The growing worldwide energy demand and the impacts of climate change due to anthropogenic greenhouse gases emissions are among the major issues facing humanity. The global energy system, responsible for most of the greenhouse gases emissions, is therefore at the heart of global concerns. In particular, the search for a reliable, sustainable and environmentally friendly means of generating electricity is a crucial matter, with growing worries about the scarcity of fossil resources, air pollution and water acidification. For these reasons, alternatives for the sustainable production of electricity are to be found.Among the plethora of alternatives available, concentrated solar power (CSP) appears as one of the most favourable options. The stability and dispatchability of production achievable by the integration of storage and fuel-solar hybridisation are amidst the major advantages of this technology. Nevertheless, conventional CSP plants are based on stream-turbine cycles which consume large amounts of water. In addition to the low thermodynamic efficiency of this type of cycle, the installation of such plants in water-scarce areas is complicated by their reliance on water resources. Thus, the study of new concepts that overcome these drawbacks is necessary for the future of this technology. The availability of high temperature solar receivers for solar tower systems opens the way for the use of gas-turbines in hybrid solar-natural gas configurations. In order to increase the efficiency of the cycle while keeping the water consumption as low as possible, a promising alternative to the recovery of the waste heat in steam-turbines is to use a low-temperature intercooled-recuperated gas-turbine cycle.This work focuses on the analysis and optimisation of the performance of an innovative hybrid solar gas-turbine power plant with an air-based bottoming cycle (ABHSGT). The evaluation considers thermodynamic performance, economic viability and environmental impact as interrelated concerns. With this in mind, detailed steady-state and dynamic models of the power plant have been developed and validated by comparison with existing components. A second model without bottoming cycle has been built for comparison. A multi-objective optimisation using an evolutionary algorithm has then been performed, optimising both capital cost and specific CO2 emissions and resulting in a Pareto-optimal set of possible designs.The analysis of the trade-off curves resulting from the optimisation reveals promising outcomes. The global minimum for the levelised cost of electricity, found at relatively high solar shares, proves the economic potential of the technology. The integration of the bottoming cycle decreases significantly the levelised cost of electricity and the CO2 emissions of the system compared to the reference plant, and higher efficiencies are achieved.The optimal design selected for an in-depth thermoeconomic and environmental analysis exhibits a levelised cost of electricity of 109 [USD/MWhe] for a solar share of 20% and an overall exergetic efficiency 38.5%. The specific CO2 emissions are reduced by 33% compared to simple gas-fired power plant. The water consumption is kept at very low levels compared to other CSP plants, making the system suitable for the deployment in water-scarce areas. In addition, the environmental impact induced by the land use requirements is considerably lower than that of other renewable energy technologies. The sensitivity analysis performed to assess the consequence of changes in varying financial conditions on the levelised cost of electricity and the net present value reveals that the system studied represents a profitable investment in the presence of feed-in tariffs.In the light of the performance obtained in the three aspects considered (thermodynamic, economic and environmental), it can be concluded that the ABHSGT represents a promising alternative to other renewable energy technologies, especially in water-scarce areas.

The fast depletion of fossil fuel has increased the havoc and need of finding an alternative for the existing fossil fuel based energy industry. As a result, many renewable energy sources such as Solar, Wind, Geo Thermal, Bio mass, etc... are being looked in to. One of the major sources of renewable energy is our sun. There are two methods of tapping the energy from the sun. 1. Solar Thermal It involves using the sun’s heat directly in some processes or indirectly to produce electricity. 2. Photo Voltaic It involves using the light to produce electricity using Photo Voltaic cells. This report involves only the Solar Thermal part where the sun’s heat is indirectly used to produce electricity. This report focuses mainly on a method known as Compact Linear Fresnel Reflectors (CLFR). This method involves the focusing of sun’s energy to an over head tube through mirrors arranged to form the shape similar to that of a Fresnel lens and hence the name. Water runs in the over head tube, the focused energy from the sun, heats up the over head tube and produces steam which in turn runs a steam turbine which in turn produces electricity. This report focuses mainly the potential of using CLFR technology to be augmented in to existing coal fired power plants in India. India has a solar reception of 5 Peta watt hours per year with an average of 4 – 7 kW/m2 DNI. One of National Thermal Power Corporation’s Coal fired thermal power station, Dadri Thermal Power Station, has been chosen for the purpose of case study for this particular thesis. Since there is coal shortage at the power plant location and the plant is not able to produce the peak load, our primary objective was to achieve the production of peak load. The existing power cycle and the solar steam augmented power cycles have been simulated using Thermoflow software and the results have been tabulated.

Human needs are unlimited, but resources are limited to satisfy these needs. Because of this reason, consideration of sustainability in utilization of energy is of immense importance. As an intelligent species, mankind is interested in satisfying their needs sustainably. In this view, use of renewable energy, reduction of energy usage, and reduction/ elimination of use of fossil fuels are of great importance. It can be observed that there is rising demand for space cooling, and it has the highest share of energy consumption in the building sector. Colombo, Sri Lanka has a hot and humid climate, and above mentioned condition prominently prevails. On the other hand Sri Lanka experiences a considerable increase of energy demand and electricity tariff rates annually and this trend is prominent. Therefore the demand for finding energy efficient, renewable and cost effective solution is ever increasing. Accordingly, this study was carried out to conduct a techno-economic feasibility on thermal energy storage integrated into absorption chiller. Both these technologies are commercially available and have the measure towards sustainability. It was observed that most common air conditioning applications are in office buildings, and therefore the focus of this study is on a typical office building in Colombo city. The result of the study can be then applied to other office buildings in the city. Trace700 software tool was used to model and simulate the different system alternatives and to investigate the energy and economic performance. It was found that the cool thermal storage integrated into thermally driven absorption chiller has a good energy saving and cost saving potential and biogas can be a better energy source to supply the thermal energy required by the chiller and this energy is utilized in a sustainable manner.

De senaste 25 åren har präglats av en betydande ökning av efterfrågan på el. Tyvärr har den ökade el-produktionen skett utan hänsyn till miljön och genom ökning av CO2-utsläppen. Under de senaste decennierna har nya metoder för produktion av el från förnybara källor uppstått. I motsats till solcellspaneler eller vindkraftverk som är beroende av väderförhållandena, ”Organic Rankin Cycle” ORC erbjuda ett trovärdigt alternativ för elproduktionen. Idag tillverkas ORC av många företag. Till exempel erbjuder ett franskt företag två standardsortiment av ORC produkter som använder icke-brännbar, giftfri arbetsfluider. Emellertid är maskinernas arbetskapacitet begränsad, eftersom arbetsfluiden inte är lämplig för återvinning av värme från värmekällor över 200 °C. Denna avhandling utfördes för att förstå design parameter för en ORC maskin som arbetar, främst med fokus på arbetsfluid urvalsprocess och för att förstå de viktigaste orsakerna, varför inga sådana maskiner som använder icke-brännbar arbetsfluider kommersialiseras. Studien bygger på en litteraturgenomgång som belyser lämpliga vätskor för återvinning av låga temperaturer. Fyra vätskor valdes för studien: ett kolväte (Cyclopentan), två silikonoljor (MM och MDM) och HFC 245fa. Det senare är valt för att det är inte brännbart. Tekniska parametrar - t.ex. driftstryck och temperaturer, klämpunkter, rök kylförmåga, NPSH etc. är av intresse i detta arbet. Men ekonomiska parametrar är också avgörande, eftersom maskinerna är tänkt att vara lönsamma. Flera högpresterande ORC maskiner påträffades i litteraturen för återvinning av värme från högre temperatur med cirka 24 % verkningsgrad, dock arbetsfluiderna är brännbara och gift baserade. R245fa fungerar bra, men denna vätska ger en mindre effektiv cykeln bland de fyra ovan nämnda. Dessutom presenterar det högt förångningstryck som är nödvändig leder till en ökning av kostnader för alla komponenter och öka risk för läckage. Det finnas flera frågor som ska beaktas, såsom dess termiska stabilitet i kritiska tillstånd och dess betydande inverkan på miljön (högt GWP). Av alla dessa skäl, var R245fa inte betraktas som tillräckligt bra som arbetsfluid. Efter en serie simuleringar, var MM anses vara den bästa vätskan med optimal avvägning mellan prestanda och ekonomiska faktorer. Cykeln når upp till 20,8% verkningsgrad för ångor nedkylning till 230 °C. Ändå kan elproduktionen ökas med 65 % genom att något minska cykeleffektiviteten men sänka utloppstemperaturen. / The last 25 years have been characterized by a significant rise in electricity demand. Unfortunately, the power sector has grown through very polluting power plants to meet the demand, drastically increasing the CO2 emissions. The International Energy Agency advocates for low-carbon technology investments in the power sector to curb out this phenomenon. During the last decades, new means of producing electricity from renewable sources have arisen. Contrary to PV panels or wind turbines which are dependent on weather conditions, ORCs offer a credible alternative for based-load electricity production. Many companies now manufacture ORC machines. For instance, one French company offers two standard ranges of ORC product featuring one indisputable advantage: their machines use a non-flammable, non-toxic working fluid. However, their machines’ performance is limited, as the fluid is not suitable for recovering heat from sources above 200°C. More performant ORC machines were found in the literature, recovering heat from higher temperature sources – with about 24% efficiency – however without featuring the advantage of using a non-flammable, non-toxic working fluid. This thesis was carried out in order to understand the conception work of an ORC machine, mainly focusing on the working fluid selection process to understand the main reasons why no such highly efficient machine using a non-flammable working fluid was ever commercialized. The study first relies on a literature review that highlights the suitable fluids for high temperature recovery. Four fluids – those with the highest likeliness of technical and economic feasibility – were selected for the study: one hydrocarbon (Cyclopentane), two silicon oils (MM and MDM) and the HFC 245fa. The latter is chosen for its non-flammability property, this attractive feature that is not yet done in High Temperature ORC machines. Technical parameters – such as operating pressures and temperatures, pinch points, fumes cooling ability, NPSH… - are focused on in an early stage. However, economic parameters are also decisive, since the machine is supposed to be much profitable. R245fa yields proper performance, however this fluid leads to the less efficient cycle among the four aforementioned. Moreover, it presents high evaporating pressure that necessarily leads to a rise in all components cost and increase the risk of leakage. Other issues were identified, such as its questionable thermal stability in the critical state and its significant impact on the environment (high GWP). For all these reasons, this non-flammable working fluid was not considered as valuable enough for the machine. After a series of simulations, MM was regarded as the best fluid with optimal trade-off between performance and economic factors. The cycle reaches up to 20.8% efficiency for fumes cooling down to 230°C. Yet, the electricity production can be increased by 65% by slightly reducing the cycle efficiency but lowering the fumes outlet temperature – as it increases thermal power recovery from a given fumes mass flow.

This thesis focuses on assessing current technologies, policies, KPIs and modelling tools for enhancing the characterization of current energy demand coming from the residential sector in long term energy models. Today, thanks to the increasing spreading of smart grid and metering systems through the energy sector, new features are made available, allowing for more customized and optimal use of energy technologies, according to consumers’ behaviours and attitudes that affect energy demand. Through the assessment undertaken in this study, a more detailed representation of the residential demand has been made possible. In addition, it has been allowed also to identify potential benefits coming from a more flexible use of technologies and the consumer’s engagement in optimally monitoring and managing energy consumption. Finally, the OSeMOSYS modelling tool has been enhanced with a better characterisation of the demand side in its Reference Energy System. A solution for defining rates of flexibility for the demand side technologies analysed has been proposed. In addition, a theoretical framework for integrating consumers’ behaviours and attitudes in the system has been developed. This has been based on the modelling of virtual technologies representing costs and variations in energy demand associated with specific behavioural patterns, following the example provided by the Socio-MARKAL model. / Denna Thesis fokuserar på att bedöma nuvarande teknik, politik, nyckeltal och modelleringsverktyg i syftet att förbättra hur den aktuella energiefterfrågan av bostadssektorn karakteriseras i långsiktiga energimodeller. Idag har spridningen av smarta nät och mätsystem inom energisektorn ökats. Dessa tillbringar nya funktioner som möjliggör en mer anpassad och optimal användning av energiteknik: de kan nu följa beteenden och attityder som påverkar konsumenternas efterfrågan på energi. Bedömningen som genomförts i denna studie möjliggör en mer detaljerad representation av bostäders efterfrågan. Dessutom kan vi nu upptäcka de potentiella fördelarna av att, å ena sidan, ha flexibla användningar av teknologier, och, å det andra, att ha engagerade konsumenter som övervakar det optimala styrning av deras energikonsumtion. Slutligen har det OSeMOSYS modelleringsverktyget stärkts genom en bättre beskrivning av Reference Energy Systems efterfrågesida. En lösning som definierar flexibilitetsnivåer på efterfrågesidan teknologier som analyserats har föreslagits. Dessutom har ett teoretiskt ramverk som integrerar konsumenternas beteenden och attityder in i systemet utvecklats. Med referens till den Socio MARKAL-modellen har detta baserats på modellering av virtuella teknologier som föreställer både kostnader av och variationer i efterfrågan på energi i samband med specifika beteendemönster.

Environmental changes caused by human activities are frequently discussed issues andrenewable energy is given increased technological and political attention. The Swedish politicaltarget of a growth of renewable energy has boosted investment in weather dependent wind powerproduction. As a larger share of the energy supply becomes intermittent, the energy system faceschallenges in balancing the grid and maintaining a secure energy supply. Thus, new requirementson regulating capacity will be necessary to drive this transformation. AB Fortum Värme samägtmed Stockholms Stad (Fortum Heat), a district heating company operating in the Stockholmregion, has the potential to adapt its electricity production to market variations. The flexibilityoriginates from a large variation of technologies and fuels used, and the company is both aconsumer and producer of electricity. However, the electrical flexibility is limited by rampingtimes and the heating demand of the market, and inaccurate forecasts complicate the planningprocess. In this report, the historical hourly variations of wind power production from 2011-2015 inSweden were investigated and compared with the technical flexibility of Fortum Heat. Thevariations were found to be in line with the current ramping times of the company’s power plantsbut would in some cases require the plants to be in stand by mode, posing higher economic risksfor the company. The seasonal variations in Fortum Heat’s flexibility were also found tocoincide with the changes of wind power production, with some exceptions. During extremelylow temperatures, Fortum Heat produces heat alone due to liabilities towards the district heatingcustomers. Consequently, as wind power production was lower during these temperatures,Fortum Heat has to decrease its dependency on heat only production in order to enable electricityproduction. Furthermore, wind power production was smaller during higher temperatures, whenFortum Heat’s flexibility is low. Condensing power could be operated during these temperatures,but require that maintenance would have to be planned accordingly. / Miljöförändringar orsakade av mänskliga aktiviteter är ett ofta diskuterat problem och förnybarenergi ges allt större teknisk och politisk uppmärksamhet. Det svenska politiska målet om enökning i förnybar energi har gett ett uppsving för investeringar i väderberoendevindkraftsproduktion. Då en större del av energiutbudet blir intermittent uppkommer svårigheteri att balansera elnätet och att upprätthålla ett säkert energiutbud. Därför kommer nya krav påreglerkapacitet att vara nödvändiga för att driva på denna transformation. AB Fortum Värmesamägt med Stockholms Stad, ett fjärrvärmeföretag med verksamhet i Stockholmsregionen, harpotentialen att anpassa sin elektricitetsproduktion till marknadsvariationer. Flexibilitetenkommer från stora variationer i teknik och bränsle, och företaget är både konsument ochproducent av elektricitet. Den elektriska flexibiliteten är dock begränsad av rampingtider samtmarknadens värmebehov och felaktiga prognoser kan försvåra planeringsprocessen. I denna rapport undersöks de historiska, timvisa variationerna i vindkraftsproduktion mellan2011-2015 i Sverige och jämförs med den tekniska flexibiliteten hos Fortum Värme. Enligtuträkningarna visade sig variationerna vara i linje med de nuvarande rampingtiderna hosföretagets anläggningar, men kunde i några fall kräva att verken opererar i stand by vilket i sintur utgör en högre risk för företaget. Säsongsvariationerna för Fortum Värmes flexibilitetsammanföll enligt beräkningarna med förändringarna i vindkraftsproduktion, med vissaundantag. Under extremt låga temperaturer producerade företaget endast värme på grund avskyldigheter mot sina fjärrvärmekunder. Eftersom vindkraftsproduktionen minskar under lågatemperaturer måste därmed Fortum Värme minska sitt beroende av endast värmeproduktion föratt möjliggöra elproduktion. Vindkraftsproduktion var dessutom mindre under högretemperaturer, när Fortum Värmes flexibilitet är låg. Kondenskraft kan i dessa fall vara ettalternativ men kräver att underhåll planeras i enlighet med elbehovet.

Electric and hybrid cars is one of the technologies to reduce the uses of fossil fuel. What is common with an electric car and a hybrid car is the use of battery to store electrical energy. To sustain high performance, long lifetime and to keep high safety in an electric vehicle it’s very important to control the temperature of the battery cells. Therefore it’s important to have a sufficient and well-designed cooling system that can keep the battery cells within recommended temperature range when the car is driving. In this thesis, battery cooling and battery heat generation in the KTH formula student car “EV12e” are simulated and analyzed. The first part is to modulate the heat production that can occur when driving the car at the formula student competition. The second part is analyzing predesigned air-cooling. The “Thévenin Equivalent circuit” was used as battery model with a fixed value of cells internal resistance, the heat was approximated with Joule heating and the internal chemical heating was neglected. By using logged data from last year’s car “EV11e” on Silverstone 2015, a drive cycle could be estimated for EV12e with driving time and by using a parametric study of driving behavior. To simulate the airflow and heat transfer in cooling channels the software “COMSOL Multiphysics®”. Simplified geometric structure of the battery and cooling channels were imported to the software together with parameters specified from the car “EV12e”. This data was then used to simulate the temperature changes in the battery. The result showed that the battery generates 0.8-1.4MJ heating at 500-900W, for driving time of 25 minutes and a specific driving behavior. When driving at 500W output power under outdoor temperature of 30 o C, the maximum temperature of the battery reaches 49 o C at the end of the race. If the driver uses the maximum theoretical power output, the internal heating can come up to 950W after 25 min driving and reaches temperature of 64 o C with the initial and outdoor temperature of 25 o C. The pre-designed air cooling can manage to keep the battery temperature under the maximum allowable battery cell temperature with the outdoor temperature at 25 o C or lower. If the outdoor temperature is higher than 25 o C the driver will have to consider the battery temperature when driving and should avoid quick accelerations. / Eldrivna bilar och elhybridbilar är en av de tekniska lösningarna för att minska användandet av fossila bränslen. Gemensamt för el och hybridbilar är att båda använder sig av batterier för att lagra elektrisk energi. För att erhålla bra prestanda, livslängd och säkerhet i ett eldrivet fordon är batteriernas temperatur en mycket avgörande faktor. För att undvika att temperaturen blir allt för hög i battericellerna behövs ett väldesignat kylsystem för att ta hand om värmeutvecklingen som uppstår inuti cellerna när bilen körs. I den här rapporten analyseras luftkylningen och värmeutvecklingen av högspänningsbatteriet i KTH Formulastudent bilen ”EV12e”. Arbetet är uppdelat i två delar: Första delen handlar om att göra en modell för värmeutvecklingen som uppstår i battericellerna vid tävling, andra delen utgörs av CFD med värmeöverföring och analysera om den redan designade luftkylningen är tillräcklig för att undvika överhettning under körning. I modell uppställningen för spillvärme användes Thévenin Equivalent ciruct som batterimodell och majoriteten av spillvärmen antogs komma från Ohm:isk uppvärmning. Genom att utgå från kör data med KTH Formula student bil ”EV11e” som tävlade 2015 på Silverstone kunde en modifierad körcykel för EV12e tas fram utifrån antagande om körtid och förarbeteende. För att simulera luftflöde i kylkanaler, värmeöverföring och batteriets temperatur användes simuleringar med FEM i programmet COMSOL Multiphysics®. I programmet importerades en geometrisk förenklad modell av batteriet till ”EV12e” samt in parametrar med bland annat den beräknade värmeutvecklingen. Resultatet var att batteriet genererar 0,8-1,4M Joule resistiv värme, vilket ger en genomsnittlig uppvärmning av 500-900W om körtiden antas vara 25minuter. Vid en körstill där batteriet genererar 500W spillvärme och en utomhus temperatur av 30o C blir den högsta uppmäta temperaturen 49o C efter körning. Om föraren istället använder maximala kapaciteten av batteriet kan den interna uppvärmningen bli som mest 950W vilket ger en högsta temperatur på 64o C om utomhus temperaturen är 25o C. Slutsatsen är att batteriets kylsystem klarar av att hantera värmeutveckling i batteriet för en utomhus temperaturen är som mest 25o C, om utomhustemperaturen är högre behöver förare anpassa sin körstill för att inte riskera att batterierna blir varmare än den maximala temperaturen på 65o C.

Progress in the miniaturization and performance in the development of electronic components along withthe increased heat dissipation as a result of this, forces companies in the industry to streamline the productdevelopment and its thermal design procedures. The rapid development of electronical equipmentrequires the company to conduct detailed risk assessment and comprehensive design calculations to assurethat the product’s reliability and requirements are up to thermal standard. To be able to keep up with theever-changing technology with increased heat dissipation, companies need to incorporate an effectivethermal design in their product development cycle. In this report, an outline is proposed to what acompany with an already established product development cycle can do to include thermal thinking intheir design of products. The project is carried out in correspondence with FLIR Systems at whosefacilities the project was conducted. The project goals were to present a thermal design process that thecompany could use as a guideline and later test this methodology on a product with known thermalchallenges. In the background research, it was discovered that a few, yet simple, steps had to be taken tobe able to effectively incorporate thermal design. This also included a selection of simulation software tosimulate the product in different stages of the development cycle to assess the thermal situation. Severalsoftwares were analyzed and two were picked out for further analysis; FloTHERM XT and SolidWorksFlow Simulation. The results show that these software effectively could simulate a model with adequateaccuracy to be used in decision-making, but could increase in accuracy if proper steps are taken beforeactual application. / Framsteg inom miniatyrisering och prestanda i elektroniska komponenter tillsammans med den ökadevärmegenereringen som en följd av detta tvingar företag i elektronikbranschen att effektiviseraproduktutvecklingen inom termisk design. Den snabba utvecklingen av elektronisk utrustning kräver attföretag genomför detaljerade riskbedömningar och omfattande konstruktionsberäkningar för attsäkerställa att produkterna upprätthåller tillförlitligheten och kraven som är satta. För att kunna hållajämna steg med den ständigt föränderliga tekniken behöver företagen införliva en effektiv termisk design isin produktutvecklingscykel. Denna rapport agerar som ett utkast till ett förslag på vad ett företag med enredan etablerad produktutvecklingscykel kan göra för att inkludera termisk tänkande i sin design avprodukter. Projektet är framtaget i överensstämmelse med FLIR Systems på vars anläggningar projektetgenomfördes. Målet med projektet var att presentera en termisk designprocess som företaget kan användasom en riktlinje och senare testa denna metod på en produkt med kända termiska utmaningar. I förstudienupptäcktes det att ett antal, men enkla, steg behövs vidtas för att effektivt kunna införliva termisk design iföretagets produktutveckling. Detta innefattade även att evaluera ett antal simuleringsprogram för attsimulera produkten i olika stadier av utvecklingscykeln med syfte att bedöma den termiska situationen.Flera program analyserades och två plockades ut för vidare analys; FloTHERM XT och SolidWorks FlowSimulation. Resultaten visar att dessa program effektivt kan simulera en modell med tillräcklignoggrannhet för att användas i beslutsfattandet för produktens fortskridande, men resultaten kan kommaatt öka i noggrannhet om lämpliga åtgärder vidtas i proaktivt syfte.

For energy companies involved in the construction and operation of offshore wind power plants, such as Vattenfall, the knowledge of maximum wind speed is critical for logistics, safety and economic reasons. This thesis investigates the possibility to forecast maximum wind speeds at offshore sites, studies the accuracy of these forecasts, and details the employed methodology, so that it can be adapted to other cases in the future. In order to produce maximum wind speed forecasts, different statistical models were selected, some of them appropriate for short-term predictions (from 1h to 6h ahead), the others aiming at longer-term predictions (days ahead, up to 72h). The methodology consisted in selecting the right parameters for each model, depending on wind measurements and weather forecasts at the tested sites. Then forecasts were issued using the models’ equations, forecasted maximum wind speeds were compared with the real values, and the model delivering the best forecasts selected. The study demonstrated that, if appropriate statistical models were chosen – such as Vector Auto-Regression for short-term, and Generalized Additive Model for long-term – the average errors of precision for maximum wind speeds prediction were lower than 2 m/s, making the forecasts accurate enough to be used. Some work on the models still has to be done before they can be fully integrated into Vattenfall’s in-house weather forecasting system, but the first results are promising. / Energiföretag som Vattenfall, som deltar i byggandet och driften av vindkraftverk, behöver löpande ha korrekt kunskap om vindhastighetsvärden, som är avgörande för logistiken, säkerheten och ekonomin. Detta examensarbete undersöker möjligheten att förutsäga maximala vindhastigheter på offshore platser, studerar riktigheten i dessa prognoser, och specificerar tillgängliga och beprövade metoder för väderprognoser så att de kan anpassas till Vattenfalls behov. För att komma fram med prognoser om maximalt vindhastighet, olika statistiska modeller har valts. Några av dem är lämpliga för kortsiktiga prognoser (från 1 timme och upp till 6 timmar i förväg), andra syftar till att leverera förutsägelser på längre sikt (dagar framåt, upp till 72h). Metodiken bestod i att välja rätt parametrar för varje modell, beroende på vindmätningar och väderprognoser på de testade platserna. Prognoserna utfärdades med hjälp av modellernas ekvationer och de prognostiserade maximala vindhastigheterna jämfördes med de uppmätta värden i verkligheten, därmed kunde den mest lämpade modellen identifieras. Studien visar att i förekommande fall då statistiska modeller valdes - såsom Vector Auto-Regression för kortsiktiga, och respektive Generaliserad Additiv Modell för långsiktiga prognoser - det genomsnittliga precisionsfelet för förutsägelsen av maximal vindhastighet var lägre än 2 m/s, således var prognoserna tillräckligt noggranna för att appliceras i riktiga tillämpningar. En del arbete på modellernas inlärning återstår att göras innan de kan integreras fullt ut i Vattenfalls interna väderprognossystemet, men de första resultaten härmed är mycket lovande.

The world is facing global warming and the challenge to reduce greenhouse gas emissions. Wind power is a renewable source of energy with no greenhouse gas emissions when operating. Therefore, it could contribute in this challenge. Vattenfall is a Swedish energy company that invests in the wind power business and have many wind turbines in operation. On behalf of Vattenfall this study has been performed with the aim to find how wind conditions affect wind turbines and how it is correlated to amount of alarms, time loss, energy availability and time availability in a wind turbine. Improving this knowledge will be an advantage when making investments in wind turbines and their maintenance. A statistical analysis was conducted in order to examine correlations of wind speed and turbulence intensity with the number of alarms, time loss, energy availability and time availability of a turbine. A case study of Lillgrund, an offshore park in Sweden, was performed since the park layout is tightly spaced and hence interesting in sense of turbulence intensity. Lillgrund suffered to a lot of blade vibration alarms and therefore these alarms were investigated deeper in terms of the wind conditions one hour, one day and one week before the alarm occurred. Four additional parks with other turbine types and manufacturers than Lillgrund’s were also included in the correlation analysis. The amount of alarms per year of each turbine was examined in order to compare this with the failure curve of a wind turbine. The purpose was to see if the wear-out period had started earlier for turbines with certain wind conditions but unfortunately the turbines were not old enough to draw a conclusion. The analysis resulted in positive correlations for high turbulence and high amount of alarms and blade vibration alarms for the Siemens SWT-2.3-93 turbines investigated while there were no clear correlations for time loss, energy availability and time availability. Also, the other turbine types had no strong correlations for the investigated parameters. From the results it can be concluded that there are no strong correlations for the wind conditions investigated and energy availability and time availability. It can also be said that the amount of alarms in Siemens SWT-2.3-93 turbines increases with higher turbulence. Hence, alarms do not influence the energy availability noticeably for this type of turbine. / Världen står inför en global uppvärmning och utmaningen att minska utsläppen av växthusgaser. Vindkraft är en förnybar energikälla utan utsläpp av växthusgaser vid drift som skulle kunna bidra positivt i denna utmaning. Vattenfall är ett svenskt energiföretag som investerar i vindkraftsverksamhet och äger många vindkraftverk. Denna studie genomförts på uppdrag av Vattenfall med syfte att finna hur vindförhållanden påverkar vindkraftverk och hur de är korrelerade till mängden av alarm, tidsförlust, energitillgänglighet och tidstillgänglighet i ett vindkraftverk. Att förbättra denna kunskap kommer att vara en fördel när investeringar i vindkraftverk och deras underhåll görs. En statistisk analys genomfördes för att undersöka korrelationer av vindhastighet och turbulensintensitet med antalet alarm, tidsförlust, energitillgänglighet och tidstillgänglighet hos en turbin. En studie av Lillgrund, en havsbaserad park i Sverige, genomfördes då parkens turbiner är placerade tätt intill varandra och därmed ger ett intressant perspektiv på turbulensintensitet. Lillgrund har en stor mängd bladvibrationsalarm och därför har dessa alarm undersökts djupare när det gäller vindförhållandena en timme, en dag och en vecka innan alarmet inträffade. Ytterligare fyra parker med andra turbintyper och tillverkare än Lillgrunds ingick i korrelationsanalysen. Mängden alarm per år för varje turbin undersöktes för att jämföra detta med felintensitetskurvan för ett vindkraftverk. Syftet var att se om utslitningsperioden hade börjat tidigare för turbiner med vissa vindförhållanden men tyvärr var de studerade turbinerna inte tillräckligt gamla för att dra slutsatser kring detta. Analysen resulterade i positiva korrelationer för hög turbulens och hög mängd av alarm och bladvibrationsalarm för de undersökta Siemens SWT-2.3-93-turbinerna medan det inte fanns några tydliga korrelationer för tidsförlust, energitillgänglighet och tidstillgänglighet. Även de andra turbintyperna saknade starka samband för de undersökta parametrarna. Av resultaten kan slutsatsen dras att det inte finns några starka samband för de undersökta vindförhållandena och energitillgängligheten och tidstillgängligheten. Det kan också sägas att mängden alarm i Siemens SWT-2.3-93-turbiner ökar med högre turbulensintensitet. Därför påverkar inte alarm energitillgängligheten märkbart för denna typ av turbin.