Diplomoppgava fortsetter arbeidet som blei starta i prosjektoppgava høsten 2008. Det er utført laboratorieforsøk på en minirigg der spinn settes opp i et vertikalt rør. Nedstrøms kan vann injiseres tangentielt gjennom ei dyse i motsatt retning av spinnet. Strømningsbildet og trykksvingninger er tidligere undersøkt ved hjelp av pitot og trykkmålinger. Arbeidet i denne oppgava omfatter utbedring av miniriggen for måling med LDV, samt supplerende målinger av hastighet med LDV og trykkmålinger. En rekke målinger av hastighet og trykk er gjort for å undersøke strømningsbildet uten og med vanninjeksjon. De eksperimentelle resultata er sammenligna med numeriske beregninger gjort i ANSYS CFX. Det er funnet at vanninjeksjon dreper spinnet i strømninga, og gir lavere tangentiell hastighet. I flere tilfeller minsker trykkpulsasjonene, men det er også funnet at vanninjiseringa kan ha motsatt effekt. Dette avhenger av swirlnummer og trykk i strømninga. Det er ikke funnet sammenfallende frekvenser for trykkpulsasjona og det turbulente hastighetsleddet. De numeriske simuleringene beskriver strømningsbildet på en tilfredsstillende måte uten vanninjeksjon. Spinnet underpredikerers, i tillegg til at profilformen avviker noe. Ved vanninjeksjon dempes spinnet betraktelig mer i de numeriske simuleringene enn hva som virkelig er målt i lab. Særlig den tangentielle hastigheta og det tangentielle momentet avviker mye i verdi.

Denne oppgaven viser en metodikk for beregning av operasjonell tilgjengelighet av et aminanlegg for separasjon av CO2 fra eksosgass. Det fins foreløpig ikke anlegg som separerer CO2 fra eksosgass i en storskala sammenheng slik at det naturlig nok er veldig lite informasjon å oppdrive om tilgjengelighet til slike systemer. Det er derfor gjort flere antakelser og forenklinger med tanke på tilnærming til feilårsaker og feildata. Det er valgt å bruke en metode utarbeidet av Thangamani G. et al. [1] som grunnlag for oppbygningen av metodikken i denne oppgaven. Årsaken til dette er at man får et veldig oversiktlig og godt bilde av hvordan systemet er bygd opp med feiltrestrukturen som er benyttet i denne metoden. Monte Carlo simulering er videre benyttet til å simulere og beregne ”Tid-til-feil” og operasjonell tilgjengelighet. Man har også gjort et forsøk på å sammenlikne den empiriske fordelingen til de simulerte resultatene med spesifikke statistiske fordelinger. Resultatene viser at en normal-, gamma- eller weibullfordeling passer godt for de simulerte resultatene. Det er derimot ikke grunnlag for å trekke noen konklusjoner ut i fra de resultatene som er vist i denne oppgaven fordi de fleste feildataene er hentet fra annet prosessutstyr enn det som er i et CO2-renseanlegg. Det er ikke utviklet en god modell for simulering og beregning av reparasjonsrater, som nok vil være den største svakheten til metodikken. Det har dessverre vært vanskelig å finne gode løsninger for hvordan reparasjonsratene kunne implementeres med det informasjonsgrunnlaget og datatilgjengeligheten som fins. Det har derfor blitt lagt lite vekt på utarbeidelsen av modell for reparasjonsratene. Man må likevel understreke at det er viktig å kunne modellere gode og realistiske reparasjonsrater med tanke på å få riktige anslag for dødtiden til anlegget og dermed også tilgjengeligheten. På grunn av at det er benyttet mye feildata for utstyr som ikke er tilknyttet et CO2-renseanlegg er det vanskelig å gi noen spesifikke konklusjoner for tilgjengeligheten til et slikt anlegg. Man kan på et generelt grunnlag se at redundans av utstyrskomponenter har en stor effekt på reduksjonen av korrektiv vedlikeholdstid, sammenliknet med et seriekoblet system hvor man har redusert feilraten til enkelte feilhendelser betraktelig. Slik som anlegget er satt opp i denne oppgaven vil ikke den korrektive vedlikeholdstiden ha mye å si for dødtiden til anlegget. Dette er fordi man har implementert en forebyggende vedlikeholdsfase hvert andre år som varer i to måneder og dermed er en dominerende faktor for dødtiden. Arbeidet gjort i denne oppgaven viser at RAM-analyser av CO2-renseprosesser er et område som foreløpig er lite utforsket. Det har vist seg at utarbeidelsen av en praktisk metode for tilgjengelighetsberegninger i CO2-renseprosesser er veldig vanskelig å få til med det materialet som fins i dag. Metodikken utarbeidet i denne oppgaven er langt fra ferdigutviklet, men vil fungere som et fundament og godt utgangspunkt for videre arbeid innenfor området.

Den sannsynlige utviklingen med hensyn til bygningers energiforsyning frem mot 2020 viser at bruken av elektrisitet til oppvarming vil se en utflatende tendens etter hvert som alternative oppvarmingssystemer får tildelt mer og mer plass i lovverket. Myndighetenes ønske om økt bruk av alternative energibærere til oppvarming vil utvikle seg fra stimulans til regulering. Bygningers oppvarmingsbehov vil i tiden frem mot 2020 reduseres. Nye bygninger vil bli bygd etter strengere forskrifter, og lavenergi- og passivhus vil bli mer og mer brukt. Samtidig vil forbruket av teknisk utstyr øke, noe som vil gi et økt behov for elektrisitet. Dermed vil bygningers faktiske energibehov kun ha en utflatende tendens. Energiforbruket til oppvarming vil reduseres men energiforbruket til tekniske utstyr vil øke slik at det totale bildet vil kun ha en utflatende tendens. Myndighetenes intensjon for de tekniske forskriftene må få bedre oppfølging. Samtidig som det er krav fra bygningsenergidirektivet om oftere revisjon, må utviklingen av kompetanse for bygningens alle berørte parter bli bedre. En strengere kontrollordning, hvor virkelig energiforbruk blir målt og sammenlignet med beregnet, vil føre til at energiforbruket i nye bygninger med tiden reduseres. Implementering av bygningsenergidirektivet og det kommende fornybardirektivet gir et økende fokus på bruk av primærenergi og CO2-utslipp fra bygninger. Innføringen av energimerkeordningen vil gi økt fokus på bygningers energiytelse og forhåpentligvis føre med seg positive resultater.

I oppgaven har karakteristikkene for en pumpeturbin blitt simulert. Verktøyet for simuleringene har vært OpenFOAM. Griddene til simuleringene ble laget i Gambit og ble importert til OpenFOAM via fluent gridformat. Geometrien til pumpeturbinen som er benyttet i simuleringene ble stilt til rådighet av Rainpower. Det ble simulert for 28 driftspunkt fordelt på tre forskjellige ledeskovlåpninger. For å begrense simuleringstiden ble kun en av turbinens skovler ble tatt med i beregningsområdet. Resultatene viser god overensstemmelse med måledata for den aktuelle pumpeturbinen, se Figur 1. For å kunne sammenligne resultatene bedre ble det korrigert for tap som er med i måleverdiene, men som ikke omfattes av CFD simuleringene. Konvergens for simuleringer langt fra bestpunkt er problematiske på grunn av områder med tilbakestrømning eller sirkulerende strømning. OpenFOAM versjonene brukt i oppgaven er versjonene 1.5 og 1.5_dev. Versjonen ble byttet underveis fordi de periodiske grensebetingelsene ikke fungerte med versjon 1.5. Figur 1 Volumstrømskarakteristikker

Formålet med denne masteroppgaven er å utvikle, implementere og teste en algoritme for optimale bud i Elspot for en gitt vindkraftpark. Bakgrunnen for dette er innføring av nytt prissystem for balanseavregning i regulerkraftmarkedet (RKM). Denne regelendringen fjerner merinntektsleddet for ubalanser og har som hensikt å gi Statnett bedre oversikt over forventet produksjon i driftsdøgnet. Dette forventes å få særskilt innvirkning for passive produsenter da disse vanligvis har de største ubalansene mellom meldt og faktisk levert effekt. RKM blir dermed bestående av to forskjellige prissystemer, 1-pris og 2-pris. I 1-pris blir ubalanser gjort opp til regulerkraftpris, såfremt det har vært foretatt en aktiv regulering fra Statnett. For å bli beregnet i 1-pris må produsenten være aktivt regulert. Forbrukere får alltid 1-pris. I 2-pris kan ubalansen bli gjort opp til enten spotpris eller regulerkraftpris. Dersom produsentens balanse støtter systemets reguleringstilstand blir ubalansen gjort opp til spotpris. Er ubalansen i mot systemets reguleringstilstand blir regulerkraftpris gjeldene, hvilket vil føre til en merkostnad i forhold til om ubalansen hadde vært gjort opp i Elspot. 2-pris blir kun gjeldende for passive ubalanser. Med dette menes ubalanser som ikke er meldt inn til Statnett. Produsenter med uregulerbar produksjon kan overføre ubalansen sin fra 2-pris til 1-pris ved å oppdatere produksjonsbalansen sin. For å finne optimale bud må RKM og effekten fra vindparken modelleres. I modelleringen av RKM opprettes en rekke scenarioer med regulerkraftpris. For vindkraftmodellen blir vindeffekten beregnet som en funksjon av vindprognosen og utfallsrommet til effekten blir representert med scenarioer. Volumet til det optimale budet blir beregnet ved hjelp av en optimeringsalgoritme. Denne algoritmen er forskjellig for hvert prissystem. De resulterende optimale volumene er avhengige av hvilket prissystem eventuelle ubalanser avregnes i. Optimale bud for 1-pris vil finnes på ytterpunktene, 0 % og 100 %, av tilgjengelig kapasitet. Optimale bud for 2-pris vil være i samme størrelsesorden som prognosert vind. Modellerte priser i RKM viser seg å spille en stor rolle for nivået til det optimale budet, både for 1-pris og for 2-pris. Ut ifra resultatene av optimale bud kan det konkluderes med at det nye regulerkraftregimet til Statnett fungerer etter hensikten. For et utvalg av dager vil det optimale budet prestere bedre netto kontantstrøm en et referansebud, når faktiske data tas hensyn til.

Samandrag

I masterprojektet har huvudsyftet varit att följa upp installationerna och driften av energi centralen samt energibrunnarna vid universitetssjukhuset Nye Ahus under perioden januari- april 2009 genom att analysera mätdata från perioden. Utifrån detta har även alternativ för att minska bruket av spetslast vid täckning av högtemperaturskursen arbetats fram. För att även öka förståelsen kring energibrunnar och dynamiken i termiska lager så gjordes simuleringar i starten av masterprojektet med programmet EED för de termiska lagret. -Simuleringarna i EED visade på att det nuvarande lagret med 228 brunnar måste ha en effektbegränsning på ca 30 W/m för att med åren undgå en sjunkande årsmedel-temperatur i energilagret Ur analysen av mätdatan från perioden januari-april 2009 -Värmepumparna har levererat 85% av det totala lågtemperatursbehovet på 6,89 GWh -Ca 55% av den upptagna energin i förångaren under analysperioden kommer från återvinningskursen medan resterade 45% är hämtad från det termiska lagret -Hetgasvärmeväxlarna har endast levererat 12% av det totala högtemperatursbehovet på 1,27 GWh. Vid analys av alternativen för att minska användandet av spetslast i högtemperaturskursen blev det funnit att: -Beroende av installationens COP varierar största tillåtna investering, STI, mellan 12-19 Mkr. Där ett COP =5 för installationen har ett STI = 19, 0 Mkr -CO2-värmepump till uppvärmning av tappvatten från 5-75 °C har ett teoretisk årsvärmefaktor COP = 5,3 -CO2-värmepump till uppvärmning högtemperaturskursen från 43-83°C samt förvärmning av tappvatten från 5-40 °C har ett teoretisk årsvärmefaktor COP = 4,9 -Hybridvärmepumpen i kaskad lösning med kondenseringskursen uppnår ett årsvärmefaktor COP = 3 Det blir anbefallt att gå vidare med en grundligare analys av båda alternativen gällande användning av CO2-värmepump.

Denne oppgaven analyserer utviklingen av fornybar fjernvarme i Norge frem mot 2020 med bakgrunn i nye krav og føringer for energiløsninger. Fornybar fjernvarme er i denne oppgaven definert som fjernevarme basert på forbrenning av avfall og biobrensler. Oppgaven innledes med en oversikt over pådrivere og krav som påvirker energibruk og energiforsyning for bygninger i Norge. Videre følger netto energibruk for bygninger i Norge i tiden fremover beregnet ut i fra dagens krav og antatte krav i 2020. Forhold angående bruk av primærenergi samt CO2 utslipp i forbindelse fornybar fjernvarme er klarlagt. Det er videre gjort estimater for teoretisk potensial og antatt faktisk potensial for fornybar fjernvarme i Norge. Siste del omhandler økonomiske konsekvenser for et gitt området med fornybar fjernvarme der dagens behov for levert varme er sett i forhold til levert varme i 2020. For at fornybar fjernvarme i tiden fremover skal få et solid grunnlag for utvikling i Norge, er det nødvendig med politiske føringer som gjør dette lønnsomt både for sluttbruker og produsent. Av pådrivere vil regjeringen, fagdepartementene og Stortinget som lovgivende myndighet være de viktigste. Beregninger gjort ved bruk av en antatt forskrift for 2020, ”TEK20”, viser en nedgang i netto energibehov på 9 % for kontorbygg og en nedgang på 18 % for småhus i forhold til TEK07. Nedgangen i oppvarmingsbehovet er henholdsvis 45 % og 9 % sammenlignet med TEK07. Forhold som har betydning for primærenergiforbruk ved bruk av fornybar fjernvarme er i hovedsak virkningsgraden for fjernvarmeanlegg og distribusjonssystem og faktorer knyttet til disse . I tillegg vil transportkanaler og innretninger hos sluttbruker ha betydning. Det tekniske potensial for fornybar fjernvarme er estimert til omlag 38-41 TWh, hvor 35 TWh er biobrensel og 3-6 TWh er avfall. Det totale faktiske potensialet i 2020 er estimert til 1,7 TWh ut i fra prosjekter som ikke er lønnsomme uten offentlig støtte. Ved historisk estimering av fornybar fjernvarme, vil produsert energi i 2020 være omlag 8,2 TWh, hvor 4,5 TWh er produsert fra biobrensler og 3,7 TWh fra avfall. I en analyse av Trehørningen forbrenningsanlegg er det beregnet en nedgang på 20,2 % i behovet for levert varme for et gitt område i 2020 i forhold til dagens behov.

Byggebransjen er i stadig endring, og vi lever i et samfunn hvor brukere stiller høyere krav til kvalitet på bygg, enten det er boliger, kontorlokaler eller industri. Å ta de riktige beslutningene tidlig i byggeprosjektene er vesentlig for at det endelige resultatet blir godt. Dette krever god planlegging og de riktige verktøyene for å enes om hva som bør gjøres, og hvordan. Målet med denne masteroppgaven er å utvikle et relevant beslutningsstøtteverktøy for byggebransjen, med utgangspunkt i metoden Analytisk Hierarki Prosess (AHP). Gjennom arbeidet med oppgaven er metoden AHP grundig vurdert og sammenlignet med andre metoder, med mål om å vurdere om den er relevant for verktøyet. Det er spesielt skalaen som AHP er bygd på som er blitt diskutert. På bakgrunn av gjennomgangen av AHP er det kommet frem til at metoden er gunstig for bruk i et verktøy rettet mot byggebransjen. Videre er derfor et slikt verktøy utviklet i Microsoft Excel. Det bygger på et eksisterende verktøy utviklet av Eta Energi AS, men kommer med vesentlige endringer. Mange av endringene består i å senke brukerterskelen på verktøyet, slik at sjansen er større for at det blir tatt i bruk. Det innebærer blant annet en mer intuitiv oppbygning av verktøyet, navigasjonsknapper for enklere navigering, nye forklaringer på faktorene som vurderes, samt estetiske endringer. I tillegg er det lagt til rette for lagring av data i Microsoft Access slik at man etterhvert kan bygge opp en database av tidligere erfaringer. Tilslutt er det utarbeidet en detaljert brukermanual for verktøyet. Denne beskriver gangen i verktøyet i detalj og er rikt illustrert med skjermbilder og eksempler. En kort presentasjon av AHP er tatt med innledningsvis. Brukermanualen er også med på senke brukerterskelen og heve kvaliteten på verktøyet som helhet.

Potensialet for klimagassreduksjoner gjennom lokalt initierte tiltak er beregnet å være mellom 2,5 og 8 millioner tonn CO2-ekvivalenter innen 2020. Dette utgjør 15 til 50 % av Norges mål for innenlands utslippsreduksjon, hvilket gjør kommunen til en viktig brikke i nasjonalt klimaarbeid. Et nasjonalt satsningsområde innen kommunalt klimaarbeid er utvikling av klima- og energiplaner. Per januar 2010 har 27 % av landets kommuner utarbeidet en slik plan, mens ytterligere 54 % har gjort vedtak om å utarbeide plan. I oktober 2008 inngikk Enova et samarbeid med Kommunenes Sentralforbund om kommunal satsning på miljøvennlig omlegging av energibruk og energiproduksjon. I samarbeidet inngår utvikling av et webverktøy som har til hensikt å forenkle prosessen rundt utarbeidelse og oppdatering av kommunale klima- og energiplaner. Kommunenes sentralforbund (KS) har fått ansvaret for å utvikle dette. I denne rapporten presenteres et forslag til kravspesifikasjon for et slikt webverktøy. Kravspesifikasjonen er utarbeidet for å kunne benyttes når arbeidet med webverktøyet etter planen legges ut på anbud vinteren/våren 2010. Webverktøyet anbefales inndelt i tre nivåer; administratornivå, brukernivå og nivå åpent for alle. I brukernivået skal kommunene kunne utarbeide en fullverdig klima- og energiplan. Det anbefales i rapporten at kommunen skal ledes gjennom tre hovedtrinn: kartlegging av nåsituasjonen, utarbeidelse av fremtidige utviklingsbaner og definering av målsetninger og tiltak. Anbefalinger til innhold i hvert av disse trinnene er beskrevet. Det er blant annet behov for hjelpemidler som kan bistå kommunen i å estimere effekten av hvert enkelt tiltak. I hvert trinn skal det derfor implementeres flere metoder og verktøy. En metode og to verktøy er utarbeidet i arbeidet med denne rapporten. Metoden som er utviklet skal hjelpe kommunene å se målsetninger og tiltak i sammenheng. Dårlig samsvar mellom overordnede målsetninger og effekten av tiltakene utarbeidet i eksisterende klima- og energiplaner viser at det er behov for en slik metoden. Metoden går ut på at effektene av hvert enkelt tiltak skal summeres og sammenliknes med den overordnede målsetningen. På den måten kan kommunene få oversikt over i hvilken grad målsetningene stemmer overens med den estimerte effekten av tiltakene. Ved avvik vil kommunen bli oppfordret til enten å justere målsetningene eller å videreutvikle tiltaksplanen. Det første verktøyet beregner kostnader og energibesparelser for tiltak innen veibelysning, det andre beregner reduksjon i klimagassutslipp per kjørte kilometer for privatbiler. Verktøyet for veibelysning er testet på et reelt prosjekt og viste seg å gi gode estimater både for kostnader og for energibesparelser. Verktøyet for utslipp fra privatbiler lar seg ikke teste ettersom det baserer seg på prognoser om utvikling innen bilteknologi frem mot 2030. Det knytter seg betydelige usikkerheter rundt hvilken retning bilteknologien vil ta. Dette bidrar til usikkerheter også i verktøyets beregninger. En casestudie på hvordan avvik fra antatte prognoser vil påvirke verktøyets resultater er gitt i rapporten.