The aim of this thesis is the project for biomass cogeneration units using ORC cycle and subsequent use of thermal energy for drying wood biomass for a briquetting line. The introducing sections describe the principle of cogeneration, organic Rankine cycle (primarily the indication of potential applications and their use in practice) and the selection of the proper working fluid. The following sections provide a technical description of the selected plants for cogeneration unit, total circulation scheme and calculation of the evaporator working fluid. The last section is devoted to the economic evaluation of three variants according to the investor's task to design a better option for implementation.

The aim of thesis is the energy evaluation of building for public facilities - kindergarten. From the beginning work deals with the analysis of a given topic, standard and legal regulations associated with the topic. This knowledge is further applied to a specific building. It follows by evaluation of the current state of the building, its systems, internal environment and analysis of measures leading to energy savings and ensuring the quality of the indoor environment of building. Work also deals with experimental measurements of selected parameters of the internal environment.

The aim of this thesis is to design and rectena that would be able to integrate into a cloth thanks to use of textile substrate. The first part deals with the possibilities of using various communication channels and services for maximizing the useable power. Attention is focused mainly on the use of textile materials for implementing microstrip circuits. It is made valorization of all the typical characteristics and problems using different fabrics as a microwave substrate and the possibilities of realization of conductive structures of microwave patch antenna and microstrip circuits. At the second part are identified parameters and constraints used for the design of the overall device with a rectifying antenna, which will be after the verification of the function in real implementation used for the final concept using textile structures. The design is verified by simulations by CST Microwave Studio and Microwave Designer. The initial design is being gradually extended by other concepts, the use of other materials and technologies. Several design are made, their properties evaluated and the best ones are then compared based on real measurements.

This master’s thesis deals with Power to Gas technology. In this concept electrical energy is used for hydrogen production via electrolysis. Hydrogen can be injected in limited amount into natural gas grid, used for power generation via fuel cells or as a reactant for methanation process. Characteristics of hydrogen and ways of hydrogen production, storage and transport are described. Fuel cells are described as a device which uses hydrogen for power production. Crucial part of this thesis consists of a description of Power to Gas concept and a design of Power to Gas unit with electrical power of 9,5 kW. Three different units were designed for three different times of day operation. Efficiency and economical assessment was carried out for these three Power to Gas units.

The master thesis deals with proposal of size optimization of PV systems. According to results of optimization, alternative solutions of photovoltaic system were proposed for family house. From the perspective of costs efficiency were compared investment costs and savings of implementation of electricity supply directly to private consumption. Particularly for each of the proposed solution, profitability assessment of comparing purchasing costs and returns on investment was performed. Theoretical part of the master thesis consists of introduction into solar radiation principles, structure and functionality of photovoltaic systems, electronics inverters and accumulation of electric energy. The practical part is focused on measuring of electricity consumption in particular family house, calculation of sunlight intensity hitting tested house, making various solutions of photovoltaic power plants placed on the family house in order to evaluate returns on investments. In conclusion are summarized all results of investigated solutions according to economics aspects.

This diploma thesis deals with the accumulation of electrical energy in the scale of small house. The theoretical part describes the various ways of storing power. The practical part is devoted to the design and comparison of electrical energy accumulation for a particular house.

Le développement rapide des batteries lithium-ion nécessite des études de vieillissement précises. L'objectif de la thèse est de préciser sur une nouvelle chimie de cellule (NMC) l'impact des paramètres sur le vieillissement, à savoir la température, l'intensité du courant et l'état de charge, et de le mettre en œuvre dans un modèle prédictif et reparamétrable.Une campagne de tests permet de quantifier l'impact unitaire des paramètres de vieillissement sur la perte de capacité de chaque batterie. Nous intégrons les résultats dans un modèle de fatigue. Celui-ci module l'impact d'un ampère-heure échangé par les conditions d’échange de cet ampère-heure au moyen de fonctions de pondération. Ce modèle est ensuite implémenté dans un logiciel, muni de son interface homme machine. Il permet à l'utilisateur de se familiariser avec le vieillissement et de faire des calculs de prédiction de perte de capacité de la batterie.Cependant, ce modèle peut dériver avec le temps en raison de sollicitations répétées. Par conséquent, ses paramètres doivent être mis à jour au moyen de mesures sur le terrain, afin de rester précis. Ces mesures sur le terrain sont soumises à la méthode dite d'analyse incrémentielle des capacités (ICA), consistant à analyser la quantité dQ/dV en fonction de V. Nous avons montré que l’évolution des pics observables sur l’ICA peut être corrélée à la cinétique du premier modèle de fatigue, ce qui permet de se servir de cette mesure pour le recalibrer. Cette mesure permet de réaliser le couplage avec le modèle de fatigue. Enfin, des tests applicatifs permettent de valider la méthode développée. / Reliable development of LIBs requires accurate aging studies. The objective of the thesis is to clarify on a new cell chemistry (NMC) the impact of the parameters on aging, namely the temperature, the rated current intensity and the state of charge, and to implement it in a predictive and updatable model.A test campaign makes it possible to quantify the unit impact of the aging parameters on the loss of capacity of each battery cell. We integrate the results into a fatigue model. The latter modulates the impact of an exchanged ampere-hour by the exchange conditions of this ampere-hour by means of weighting functions. This model is then implemented in a software, equipped with its man/machine interface. It allows the user to become familiar with aging and to make prediction calculations of loss of battery capacity.This model can drift with time due to repeated solicitation, so its parameters need to be updated by on-field measurements, to remain accurate. These on-field measurements are submitted to the so-called Incremental Capacity Analysis method (ICA), consisting in the analysis of dQ/dV as a function of V. We have shown that the evolution of the peaks observable on the ICA can be correlated with the kinetics of the first fatigue model. This measurement makes it possible to couple with the fatigue model. Finally, application tests validate the method developed.

Récemment, les sources d’énergie renouvelables telles que l’énergie éolienne et solaire, sont devenues des éléments essentiels des réseaux électriques en tant qu’alternatives d’énergie propre aux combustibles fossiles. Cependant, la qualité de la production de telles ressources énergétiques dépend de différents facteurs incertains, tels que les conditions météorologiques. Par conséquent, la gestion intermittente des sources d’énergie renouvelables est l’un des principaux défis à relever pour une utilisation à plus grande échelle.Une solution possible pour réduire les effets de l'intermittence des ressources énergétiques sur la production d'énergie et la stabilité du réseau consiste à utiliser les technologies de stockage d'énergie. Les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP) semblent être la méthode de stockage propre unique qui peut être utilisée pour lutter contre la nature intermittente de l’énergie éolienne et solaire. Les STEP utilisent des pompes-turbines réversibles pouvant fonctionner comme des pompes pour stocker l'excès d'énergie électrique dans le réseau et comme des turbines pour générer de l'énergie électrique, lorsque davantage d'énergie électrique est nécessaire. Ainsi, les STEP aident à stabiliser le réseau en présence de ressources en énergies renouvelables intermittentes.Ce travail met l’accent sur les conditions de fonctionnement de la turbine pour le démarrage des STEP. Dans les STEP, la condition de fonctionnement de démarrage est généralement visitée plusieurs fois, à la suite d'un basculement entre les modes de pompage et de turbine. Ainsi, l'amélioration des performances des régulateurs de vitesse utilisés pour le démarrage devient plus importante lorsque l'on traite avec des STEP afin de permettre une récupération rapide de la tension.Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet pluridisciplinaire INNOVHYDRO, qui regroupe différents laboratoires et entreprises tels que, GIPSA-lab où cette thèse a été préparée, G2Elab, GE et EDF.Dans cette thèse, une architecture de contrôleur prenant en compte les limitations informatiques des microcontrôleurs existants utilisés chez GE est proposée. Elle apporte une solution au problème du démarrage rapide de la turbine tout en évitant l'excitation de fortes oscillations de pression. De plus, les contraintes de couple s'intègrent facilement pour permettre un démarrage en douceur, ce qui réduit la fatigue des composants mécaniques, résultant du démarrage répétitif des turbines.Des solutions sont proposées pour ajuster les gains du contrôleur, tout en tenant compte de la dynamique non linéaire de l'actionneur utilisé chez GE. Pour commencer, une méthodologie de réglage est décrite pour garantir la stabilité asymptotique et les performances en boucle fermée, tout en minimisant la limite supérieure de l'erreur de suivi en sortie. De plus, une approche d'optimisation systématique est développée pour sélectionner les gains du contrôleur afin de minimiser le temps nécessaire pour obtenir une connexion stable au réseau, tout en respectant les contraintes de couple maximales. De plus, des algorithmes sont utilisés pour choisir les paramètres du contrôleur de sorte que des certificats de robustesse soient obtenus sur le contrôleur résultant.De plus, un simulateur a été développé pour les centrales hydrauliques et utilisé pour tester le contrôleur proposé. Le simulateur est constitué d’un système d’équations différentielles continues qui modélisent systématiquement le comportement des différents composants de la centrale hydraulique, tels que les conduites forcées, les tunnels, les réservoirs et les cheminées d’équilibre. De plus, le comportement non linéaire et les caractéristiques en S des régions instables des turbines hydrauliques, généralement modélisées par des diagrammes de Hill, sont pris en compte avec succès. De plus, la dynamique non linéaire de l'actionneur est incluse dans le modèle mathématique complet. / Recently, renewable energy resources such as, wind and solar energy, have become integral parts of electric grids as clean energy alternatives to fossil fuels. However, the quality of production of such resources of energy depends on different uncertain factors, for instance, weather conditions. Therefore, dealing with the intermittent nature of renewable energy resources is one of the main challenges when using them on a larger scale.A possible solution to reduce the effects of energy resources intermittency on energy production and grid's stability, is to use energy storage technologies. Pumped storage power plants (PSPs) seem to be the unique clean storage method that can be used to counteract the intermittent nature of wind and solar energy. PSPs make use of pumps-turbines which are capable of working as pumps to store excess electric energy in the grid, and as turbines to generate electric energy, when more electric energy is needed. Thus, PSPs help in stabilizing the grid in the presence of intermittent renewable energy resources.The emphasis in this work is on turbine start-up operating mode for PSPs. In PSPs, the start-up operating mode is usually visited multiple times, as a result of switching back and forth between pumping and turbine modes. Thus, enhancing the performance of the speed governors used for starting-up becomes more important when dealing with PSPs to enable a rapid voltage recovery.This PhD thesis is part of the multidisciplinary INNOVHYDRO project that includes different laboratories and enterprises such as, GIPSA-lab where this thesis was prepared, G2Elab, GE and EDF.In this thesis, a controller architecture that takes into account the computational limitations of existing microcontrollers in use at GE, is proposed. It provides a solution to the problem of fast turbine start-up, while avoiding the excitation of sharp pressure oscillations. In addition, torque constraints are easily integrated to achieve smoother start-up, which reduces the fatigue of the mechanical components, resulting from repetitive start-up of turbines.Different approaches are proposed to tune the controller gains, while taking into account the nonlinear dynamics of the actuator used at GE. To begin with, a tuning methodology is outlined to guarantee the asymptotic stability and the closed-loop performance, while minimizing the guaranteed upper bound on the output tracking error. In addition, a systematic optimization approach is developed to select the controller gains to minimize time needed to get a stable start-up, while respecting maximum torque constraints. Moreover, randomized algorithms are used to choose the controller parameters such that robustness certificates are obtained on the resulting controller.Furthermore, a simulator has been developed for hydraulic power plants and used to test the proposed controller. The simulator constitutes of a system of continuous differential equations, which systematically model the behavior of the different components of the hydraulic power plant such as, penstocks, tunnels, reservoirs and surge tanks. In addition, the nonlinear behavior and unstable regions 'S-characteristics' of hydraulic turbines, usually modeled by Hill charts, are successfully taken into consideration. Moreover, the actuator's nonlinear dynamics are included in the overall mathematical model.

Das Konzept des Minimum-Energie-Pfades (MEP) dient als grundlegendes Modell, um den Ablauf chemischer Reaktionen zu verstehen. Es basiert auf der Theorie des Übergangszustandes, derzufolge Ausgangsstoffe und Reaktionsprodukte energetisch stabile Zustände bilden, die durch eine Potentialbarriere voneinander getrennt sind. Beim Übergang der Reaktanten in die Produkte gilt es, diese Barriere zu ¨uberwinden.

Im Freistaat Sachsen werden ca. 11.000 Gebäude mit Erdwärme klimatisiert. Genutzt wird die Wärme aus der Tiefe vor allem bei Ein- und Mehrfamilienhäusern zur Heizung und Warmwasserbereitung. Bei Planung und Bau von Erdwärmeanlagen sind Aspekte der Qualitätssicherung und rechtliche Vorgaben zu beachten. Interessierten Bürgern, Planern und Bohrfirmen werden u. a. folgende Fragen beantwortet: Welche Nutzungsformen der Erdwärme gibt es? Welche Qualitätsanforderungen, Richtlinien und Gesetze sind einzuhalten? Wie wird eine Anlage richtig geplant? Wo und wie werden Bohrungen bei Behörden beantragt?