Wet gas compression technology is of great value to the oil and gas industry for boosting of unprocessed well stream and to reduce investment costs related to equipment and personnel. The growing interest in wet gas compression leads to a general request for accurate performance calculation procedures and proper measurement techniques for multiphase flow metering in compressors. An impeller rig for examination of single-phase and multiphase performance and aerodynamic stability is under construction at the test facility at NTNU. The construction of the compressor rig is behind time due to late deliveries of the compressor components and instrumentation. The performance calculations are therefore based upon one compressor test conducted with dry gas at part-load. The thermodynamic equation of state for ambient air is verified to be consistent with the ideal gas law in the compressor pressure and temperature range. The calculated polytropic performance is calculated with ideal gas assumptions and compared to values estimated by PRO/II. By analyzing the results the sensitivity of the calculation procedures is identified and the suitability for the ideal polytropic performance calculations is validated for the actual compressor test and operating range. A sensitivity analysis is conducted in order to determine the effect of measurement uncertainties on performance calculations. Due to the low pressures involved for the compressor test, the performance calculation procedures are highly sensitive to uncertainties in the pressure measurements. Uncertainties in the temperature measurements will only slightly influence the polytropic head, but have great influence on the polytropic efficiency. The efficiency and operating range of a compressor are constrained by aerodynamic instabilities. This thesis describes the different flow phenomena associated with compressor instability and presents recommendations for suitable instrumentation and measuring techniques. Various visualization techniques are in addition evaluated to determine the suitability for multiphase compressors. Dynamic pressure transducers installed in the inlet and discharge piping are recommended for detection of pressure pulsation throughout the compressor system. Unsteady internal pressure measurements can be obtained from circumferentially distributed pressure transducers at various locations within the compressor components. Vibration probes installed at each end of the rotor are recommended for the vibration measurements. By analyzing the frequency spectrum for the pressure fluctuation and radial vibrations one can identify the type of instability phenomenon that occur. Laser measurement techniques are recommended for the flow visualization in order to obtain information on the main features of the multiphase flow field.

Gas turbines in offshore power systems contribute to about 23% of Norway’s total emissions of CO2. One method for reducing these emissions could be the addition of wind turbines to the offshore utility grids. Power from shore is another alternative, but has been proven costly due to long cables and expensive HVDC converter stations. In this thesis work, the behaviours of different wind turbine technologies during transient fluctuations in an offshore utility grid have been studied. For this purpose, a dynamic model for an offshore oil platform was developed. Models of squirrel cage and doubly fed induction generator based turbines were developed as well. None of the modelled generators experienced problems with the disturbances caused by the electromechanical transient fluctuations. Based on the behaviour of the DFIG’s grid side converter, it is believed that the result would be the same for a wind turbine with full frequency conversion. Variable speed wind turbines are expected to remain controllable throughout electromechanical transient fluctuations such as for the simulated case. However, the controllers, converters and equipment have to be designed while bearing these fluctuations in mind. The controllability of the variable speed wind turbines could be used to contribute to voltage control by production and consumption of reactive power. A controller scheme with the purpose of stabilising the voltage at the gas turbine generators’ terminal was developed, but had low impacts on the power system behaviour. A stator flux feed forward term for the speed controller was developed. The term stabilised the power output of the doubly fed induction generator. However, the impact on the power system’s frequency response was minimal, and there is probably no material value of such an addition to the control loop.

This Master Thesis is about the sand erosion challenges with the Francis turbines. The background for studying this subject is the fact that the sand erosion problem is a very negative factor for the development of new hydro electric power plants in many developing countries. The target with this Master Thesis has been to develop a new design, a revised version of the Francis turbine, reducing the sand erosion by 30- 50 per cent compared with today´s version of turbines. The present version of Francis turbines is consisting of three different vane cascades, The stay, guide and runner cascade. The sand erosion is in proportion with the relative speed between the sand particles and the steel cubed. This challenge has thus been analyzed and solved by reducing this speed through the turbine. Regarding the stay vanes, a new design has been proposed where the stay vanes are pressing the spiral casing from outside and not from the inside. This will result in the fact that the whole sand erosion problem has been removed. It has been proposed to remove the the guide vane cascade. This will consequently remove the sand erosion problem here as well. A favourable solution is to increase the reaction degree. For the runner a study of four different parameters has been carried out. These parameters were the number of pole pair in the generator, outlet angle, reaction degree and UCu distribution. The analysis shows that a reduction of sand erosion at the runner outlet was possible by selecting a higher number of pole pair along with a higher outlet angle than what is standard practice today. This result is of high significant importance since the sand erosion is biggest at the runner outlet. A change in the reaction degree may enable the erosion at the inlet of the runner, whereas a change in the UcU will change the erosion between the inlet and outlet. By selecting favourable parameter values, a substantial reduction of sand erosion in a Francis turbine will be possible. The turbines in this Master thesis have been designed in the computer program Matlab. A proposal for new design based upon the results of the parameter study has been analyzed in a CDF analysis. This analysis has been made in Ansys CFX.

Field A is a marginal oil field located in the North Sea, operated by Det norske oljeselskap ASA (hereby Det norske). Det norske are currently working on the maturation of the field development, and have identified three development options. •Floating production, storage and offloading (FPSO), with a bridge link to a well head platform (WHP). •Subsea tie-back to a host facility. •Jack-up with production facility (JUDP) and WHP. Produced oil will be stored in a floating storage unit (FSU). The produced oil will be stabilized to the export specifications and offloaded to a shuttle tanker. The base case for gas export is to export wet gas to a platform on another field, Field B, where it will be dehydrated and conditioned to meet the export specifications in one of the export pipelines connected to the platform. There are however uncertainties concerning the processing suitability at Field B, and Det norske is therefore investigating the possibilities for installing dehydration and conditioning equipment on the Field A platform. In this thesis, different methods for dehydration and conditioning of the Field A gas is tested through process simulations in HYSYS. A mapping of the gas infrastructure in the Field A area reveals two dry gas export pipelines; Statpipe and Vesterled, and two rich gas export pipelines; FUKA and Sage. This thesis is mainly based on dry gas export, and therefore most of the work is put into export in Statpipe or Vesterled. A literature study concerning different methods to dehydrate and condition the gas is performed. The simulations later in the thesis are based on this study. To get a comparison basis for the different development alternatives in terms of weight, costs and complexity, a simulation of a basic Field A process with no dehydration or conditioning is first simulated. This will also be the Field A process if wet gas export to Field B is chosen as the solution for gas protraction at Field A. The basic process is then expanded with different equipment for dehydration of the gas, and the different dehydration processes are briefly evaluated. The dehydration processes are then varied and/or expanded to achieve both adequate dehydration and hydrocarbon dew point in the gas, based on the export specifications in Statpipe and Vesterled. The final processes, achieving both proper water- and hydrocarbon dew point in the export gas, are evaluated and compared to the basic process without dehydration and conditioning, in terms of weight, costs and complexity,. Based on the findings in this thesis it seems dry gas export from Field A is difficult to achieve. Based on the limited information available from the operating company of Field B, the Field B process is simulated in HYSYS to check the process suitability for the Field A gas. Finally, an alternative solution to achieve dry gas export from Field A, by bleeding off propane in the process, is briefly discussed. The solution of rich gas export in either FUKA or Sage is also briefly discussed.

Europa har et stadig økende energiforbruk, og har samtidig mål om å redusere bruken av fossile brensel. De termiske kraftverkene er trege å regulere, og et økende innslag av vindkraft forsterker en allerede vanskelig effektsituasjon. Vannkraft egner seg godt til effektregulering på grunn av rask og billig lastendring. Norge kan bidra som effektregulator for Europa. Ved å øke effektinstallasjonen i eksisterende vannkraftverk ved og ved å bygge pumpekraftverk. Fallet mellom Tyrvelstjerna og Strandevatnet i Hol er godt egnet for et pumpekraftverk. Strandevatnet er allerede regulert som en del av Hol-reguleringen og Tyrvelstjerna ligger slik til at de kan demmes sammen til et magasin på 9Mm3 med en 230m lang og 30m høy dam. Høydeforskjellen er ca 500m og avstanden mellom magasinene er ca 2km. Svingesjakt er ikke nødvendig på grunn av den korte vannveien. Stålforing av trykksjakt blir heller ikke nødvendig hvis stasjonen plasseres langt nok inne i fjellet. Det går vei langs Strandevatnet og 2 420kV-linjer går mellom Strandevatnet og Tyrvelstjerna. Utbyggingskostnadene for Tyrvla pumpekraftverk er regnet ut ved hjelp av NVE’s kostnadsgrunnlag for vannkraftanlegg(Slapgård,05). Kostnadene for utbygginger fra 10 til 1000MW er undersøkt. De totale årlige kostnadene for kraftverket består av årlig avskriving av investeringskostnaden og de årlige driftskostnadene. Den totale virkningsgraden i pumpedrift er ca 89 %. I turbindrift er virkningsgraden ca 90 %. Det betyr at en taper ca 20 % av energien ved å først pumpe vann opp og så produsere vannet ned igjen. Dermed må strømprisen under pumpedrift være minst 20 % høyere når det produseres enn når det pumpes for å få positivt driftsoverskudd. Simulering av drift med spotpriser fra Sør-Norge i 2006 og 2007 gir ikke nok inntekter til at investeringen er lønnsom. Spotprisenes døgnvariasjoner er ca 1 øre/kWh i disse årene. Spotprisene på den nederlandske APX-børsen hadde i 2007 en døgnvariasjon på ca 12 øre/kWh. Med disse prisene ville Tyrvla pumpekraft blitt svært økonomisk. Kraftverket blir lønnsomt allerede med en døgnvariasjon på ca 5øre/kWh. Hovedgrunnen til at kraftverket ikke er lønnsomt nå er begrenset nettkapasitet. Hvis nettkapasiteten mellom Norge og Europa blir stor nok vill vi få prisvariasjoner som ligner mer på de europeiske i Norge. Men nettkapasiteten også internt i Norge må styrkes for at prisvariasjonene skal bli store nok til lønnsomhet for Tyrvla pumpekraftverk. Etter at kraftforbindelsen mellom Nederland og Norge ble åpnet har Statnett varslet at Sørlandet kan bli eget prisområde på grunn av begrenset nettkapasitet. Dermed vil prisvariasjonene fra denne kabelen bli dempet mot Hallingdal inntil kapasiteten i det norske nettet er øket.

I denne oppgaven er det gjennomført en dynamisk analyse av vannkraftverket Fortun kraftverk. Tre fenomener er særlig vurdert i denne oppgaven: Sjaktsvingninger mellom svingesjakt og magasin, trykkstøt ved turbinen som følge av retardasjonstrykk ved endring i turbinvannføringen og reguleringsstabilitet. Sjaktsvingningene og trykkstøt beregnes analytisk ut fra kontinuitets- og bevegelsesligningen. Modeller av Fortun kraftverk er laget for å beregne trykkstøt og sjaktsvingninger. En modell er programmert for å finne retardasjonstrykket ved bruk av karakteristikkmetoden. En annen modell bruker Eulers metode for å beregne sjaktsvingningene. En båndgrafmodell beregner både trykkstøt og sjaktsvingninger i samme program. For å se på den reguleringsmessige stabiliteten er det laget et blokkdiagram av Fortun Kraftverk for å regne i frekvensplanet. Blokkdiagrammet er satt opp i programmet simulink. SINTEF-programmet LV-trans er benyttet til å simulere Fortun kraftverk. Konklusjonen er at programmene som er skrevet i denne oppgaven ser ut til å gi realistiske resultater. Ut fra beregningene for sjaktsvingninger er det fare for at frispeilstrømning på tunnelsålen kan oppstå ved pådrag i ugunstig fase. Det maksimale trykket foran turbinen blir anslagsvis på 116 mVs i tillegg til vanntrykket fra magasinet. Noe klart svar på systemets reguleringsstabilitet kom ikke fram da det er en feil i modellen som beregner apf-diagrammet til Fortun.

Våtgassytelser

På grunn av den gode reguleringsevnen til norske vannkraftverk blir turbinene i dag kjørt oftere utenfor bestpunkt. Turbinene er opprinnelig designet for å kjøres ved bestpunkt, og kan ta stor skade av å kjøres ved andre driftspunkt over lang tid. I denne oppgaven er det utført laboratorietester på en modell av Tokke kraftverk installert ved Vannkraftlaboratoriet ved NTNU. Trykkpulsasjonsmålingene er blitt utført både ved innløpet av spiraltromma, i omdreiningshulrommet, i sugerørskonusen og i utløpet av sugerøret for hele driftsområde til turbinen. Av frekvensanalysen ble det i hovedsak funnet tre dominerende frekvenser forårsaket av hydrauliske påvirkninger; Rheingans-, bladplasserings- og løpeskovlfrekvensen. I tillegg ble frekvenser forårsaket av elastiske svingninger mellom trykktank og turbin og mellom turbin og sugerørstank observert. Rheingans-frekvensen ble observert ved alle trykktransduserne på riggen. Størst trykkamplitude hadde trykktransduser nr.5 på sugerørskonusen. Dette stemmer godt overens med teorien om at det er sugerørsvirvelen som setter opp trykksvingningen. Trykkamplituden var økende rundt 50-60 % last ved alle trykktransduserne. Bladplasseringsfrekvensen ble observert i omdreiningshulrommet og i sugerørskonusen. Målingene fra omdreiningshulrommet bekrefter teorien om at trykkamplituden øker når avstanden mellom ledeapparat og løpehjulsskovl minker. Løpeskovlfrekvensen ble observert med en svært høy trykkamplitude i omdreiningshulrommet. Den høye amplituden antas å komme av plasseringen av trykktransduseren i omdreiningshulrommet. I tillegg til trykkpulsasjonsmålingene på modellturbinen ble det utført en pumpetest. Resultatene fra pumpetesten viste at trykkpulsasjonene satt opp av pumpen ble dempet helt ut gjennom trykktanken, og har ikke innvirkning på turbintestene.

Menneskene tilbringer mesteparten av livet innendørs, og inneklimaet har innvirkning på vår helse, trivsel og prestasjonsevne. Tilfredsstillende ventilasjon og klimatisering av bygninger er derfor av stor betydning. Ved hjelp av avanserte tekniske installasjoner kan et godt inneklima oppnås. Ulempen er imidlertid at slike løsninger er svært energikrevende og gjør at bygningssektoren står for en stor del av den totale energibruken. I et samfunn som retter stadig større fokus mot energisparing og effektiv energibruk, er det derfor viktig å undersøke hvorvidt tekniske installasjoner for klimatisering av rom kan gjøres mer energiøkonomiske, uten at det går utover deres funksjon. Behovsstyrt ventilasjon gir en mulighet til å redusere energien som brukes til drift av ventilasjonsanlegg. Ved å tilpasse mengder tilført luft til forurensningskonsentrasjonen i et rom, kan det unngås å ventilere for mye når forurensningsbelastningen er liten, og på denne måten reduser energibehovet til behandling og transport av ventilasjonsluften. For å få fullt utbytte av et slikt system er det svært viktig å velge ut passende styringsstrategi og plassere sensoren som skal styre anlegget slik at den gir et representativt bilde av inneklimaet i rommet. Gjennom dette arbeidet blir forurensningsspredningen i et klasserom med omrøringsventilasjon og bakkantsinnblåsning undersøkt ved hjelp av laboratorieforsøk, for å finne en passende plass for montering av en CO2 sensor. Målet var å finne en et sted hvor forurensningskonsentrasjonen varierte i samme takt som forurensningskonsentrasjonen i oppholdssonen. Resultatene viste at en god løsning for den gitte forsøksoppstillingen vil være å montere sensoren på et sted som ikke ligger i veien for brukere, men nærme oppholdssonen og forurensningskildene. Et mer konkret forslag til plasseringen krever ytterligere undersøkelser og målinger. Det er viktig å nevne at konklusjonene som her er blitt trukket mest sannsynlig ikke gjelder for rom med andre typer ventilasjon. Ved valg av plassering må det tas hensyn til at forurensningsspredningen vil påvirkes av kildestyrke, kildens plassering, varme og kalde flater, bevegelser, samt luftstrømninger generert av ventilasjonen. Derfor er det behov for å gjennomføre flere forsøk med ulike typer ventilasjonssystemer.

Hensikten med masteroppgaven er å energiattestere utvalgte yrkesbygg, som på grunnlag av dette skal sammenlignes. Utfordringer man støter på under arbeidet skal dokumenteres, og eventuelle avvik mellom planlagt og reelt medgått tidsbruk skal diskuteres. Retningslinjer for arbeidet er nedfelt i EU-direktivet ”Energy Performance Building Directive” (EPBD). Ved praktisk utførelse har man tatt utgangspunkt i standarder og lovverk som enten har blitt endret, eller fortsatt er under endring som følge av innføringen av EPBD. Alle relevante standarder og retningslinjer var ikke klare per juni 2007, derfor valgte man å ta utgangspunkt i det som gjøres ved dagens enøkanalyser. For å få innsikt i praktiske forhold deltok man på befaring i forbindelse med enøkanalyse. Det ble utarbeidet en foreløpig mal for beskrivelse av tekniske data, og denne ble brukt aktivt ved utførelse av energiattestering av byggene Vøyenenga Ungdomsskole og kontorbygningen Lilleakerveien 2c, som begge ligger i Oslo. Data ble innhentet ved befaringer, målinger og samtaler og skriftlig korrespondanse med relevante aktører. Valgt beregningsverktøy er Energi i Bygninger 3.65 (EiB). Innhenting av informasjon er den mest arbeidskrevende delen av energiattesteringen, og man har konkludert med at tidsbruken kan reduseres ved innføring av et skjema fylt ut på forhånd av driftspersonale. Viktigheten av riktig informasjon er diskutert. Simuleringer i EiB er blitt utført, og man har konkludert med at EiB ikke er et egnet verktøy for beregning av vektet tilført energi og spesifikk varmetapskoeffisient. Man opplevde problemer i forhold til natt- og helgesenkning og fikk uventet lave verdier for varmetapstall. Beregnet varmetapstall i EiB er derfor ikke brukt videre i vurdering av byggene. Vøyenenga Ungdomsskole anbefales å bli tildelt et primærmerke for vektet tilført energi i energiklasse C. Kontorbygningen Lilleakerveien 2c anbefales å bli tildelt et primærmerke for vektet tilført energi i energiklasse D.