The diploma thesis deals with the issues concerning implementation of the RCM (Reliability Centred Maintenance) method on large power installations (boilers and their accessories) with the use of the new AMST software tool in the conditions of a particular energy company.

This thesis deals with design is condensing steam turbines burning fossil fuels with nominal capacity of the generator of 250 MW with steam reheating and regenerative eight uncontrolled extraction points. The turbine consists of two bodies: a combined high-intermediate pressure section and low pressure parts with dual way outlet down into the water-cooled condenser. Work includes calculating thermal scheme for 100% and 75% capacity, specific heat consumption calculation and design of the flow HP-MP body. Further strength control and basic engineering design of high-medium- work completed by longitudinal section. Achievements are at the end of work compared with work 3a and the conclusion summarizes the advantages and disadvantages of the concept.

The Master´s thesis deals with issues of operational performance of two photovoltaic power plants. In the thesis is stated the history of photovoltaics, description of photovoltaic effect, used materials and production technology of the most used material in PV industry – Silicon. The basic parts and parameters of photovoltaic power plant are described. Thesis also solves, how could be done the first and periodically control due to relevant directives. The ways of diagnostics potentional failures, methods of measuring and the exam of monitoring system are stated. Practice part is focused on measuring and comparing operational performance of FVE Kurdějov and FVE Šakvice II. Operational performance was calculated from exported data for years 2014 and 2015. The thesis also contains measuring of each string connected to inventors, which are installed on the power plant. The result is an identification of strings with decreased operational performance. Based on that was created recommendations for optimalization and increase of the performance. The last part is software for simulation of photovoltaic power plant. This SW calculates potentional energy, which could be produced in a day with available data export. The calculation is defined by parameters, which are assigned.

In der Dissertation werden die während der Mahltrocknung von Rohbraunkohle ablaufenden Teilprozesse systematisch analysiert und allgemein gültigen Funktionen für den Stoffumsatz zugeordnet. Es entsteht eine Kenntnisstandmatrix, die ausgewählte Literaturstellen einordnet und unbearbeitete Forschungsfelder offenlegt. Diesbezüglich werden Untersuchungen zum Bewegungsverhalten der Kohle beim Eintritt in das Schlagrad angestellt. Anhand eines neuen Berechnungsmodells und experimenteller Fallversuche lassen sich u.a. Aussagen zur konstruktiven Ausführung der Mühlentür treffen. Weiterhin wird in der Arbeit untersucht, welchen Einfluss Partikelgröße, -dichte und -form der Kohlebestandteile Berge, Xylite und Kohlenstaub auf den Sichtprozess haben. Zur Darstellung der berechneten Trennfunktionen T(vs) dient die stationäre Sinkgeschwindigkeit vs als Trennmerkmal. Abschließend folgt ein Ergebnisvergleich mit Messwerten an einem Modellversuchsstand und an realen Mahltrocknungsanlagen im Kraftwerk.

Um die Wirtschaftlichkeit von Solarkraftwerken zu verbessern, sollte geprüft werden, inwieweit eine geschmolzene Mischung aus Natriumchlorid und Aluminiumchlorid als Wärmetransportflüssigkeit in Frage kommt. Aufgrund der Hydrolyseempfindlichkeit solcher Schmelzen kommt es durch Einwirkung von Wasser zur Bildung von Chlorwasserstoff sowie Aluminiumoxidchloriden, die in einem geschlossenen System zu einem Druckanstieg bzw. Ausfällungen führen können. Der Gesamtdruck über schwach basischen NaCl-AlCl3-Schmelzen wird durch eine hohe HCl-Löslichkeit herabgesetzt, sodass aus der Bilanz heraus ein Hydrolysegrad von ca. 50 % angenommen werden kann. Für die wassermengenabhängige Verfolgung des Druckes diente eine statische Methode mit einem Drucksensor. Der Oxidgehalt wurde voltammetrisch durch Titration mit TaCl5 und die HCl-Löslichkeit durch eine Elutionsmethode ermittelt. Für Informationen zum Lösungszustand der Hydrolyseprodukte wurden 1H- und 27Al-NMR-Spektren von hydrolysierten Schmelzen aufgenommen.

I värme- och kraftvärmeverk förbränns olika typer av bränslen för produktion av el och fjärrvärme. Vid förbränningen bildas rökgaser som innehåller föroreningar, till exempel tungmetaller, från bränslet. Anläggningarna har ofta krav på utsläpp både via rökgaserna och avloppsvatten. Rökgaserna renas därmed genom olika tekniker var av en vanlig teknik är rökgaskondensering. Vid rökgaskondenseringen bildas en vätska, kallad rökgaskondensat, som delvis innehåller tungmetaller från bränslet. Rökgaskondensatet måste renas innan det kan lämna anläggningen och det görs bland annat med tungmetalljonbytare. Jonbytarmassan i tungmetalljonbytarkolonnerna behöver bytas ungefär två gånger per driftsäsong då den inte längre kan binda mer tungmetaller. Detta är en kostnad för värme- och kraftvärmeverken som de vill minimera. I denna studie undersöktes om lokal provtagning och analys på ett kraftvärmeverk av ett antal utvalda tungmetaller i rökgaskondensat är en bra metod för att optimering av reningssteget med tungmetalljonbytare. Samt om detta kan säkerställa att miljökraven för tungmetaller i det renade rökgaskondensatet uppfylls. Med optimering avses att jonbytarmassornas fulla kapacitet utnyttjas, d.v.s. att byten av jonbytarmassor kan reduceras utan att riskera otillåtna halter av tungmetaller i de renade rökgaskondensatet till följd av att jonbytarmassorna använts för länge. Även tiden som behöver avsättas för lokal provtagning och analys dokumenterades. I dagsläget sker analyser hos ackrediterade laboratorium där det tar drygt två veckor att få resultatet och under väntetiden kan mycket på anläggningen förändras. En verifiering av resultaten från studien gjordes mot resultat från ett sådant. I denna studie undersöktes lokal provtagning och analys med mätinstrumentet FREEDD som bygger på tekniken kvartskristall mikrobalans (QCM-teknik). Andra alternativ för lokal analys har inte undersökts här.  Resultatet visade att det i dagsläget är svårt att med lokal provtagning optimera reningssteget med jonbytarmassor samt kontrollera utsläppen av tungmetaller via det renade rökgaskondensatet. Korrigeringar hos mätinstrumentet och provpunkterna behöver göras för att få pålitligt resultat. Tiden som behöver avsättas för provtagning och analys beror på vilken metall som ska analyseras då tiden för preparering av prov varierar. Men om det kan möjliggöra att anläggningarna kan använda jonbytarmassorna längre samt får kontroll på utsläppen via det renade rökgaskondensatet kan det vara lönsamt att avvara den tiden. / In heating and combined heat and power plants, different types of fuels are burned to produce electricity and district heating. During the combustion flue gases containing pollutants, such as heavy metals, are formed from the flue. The plants have requirements for low emissions, both from the flue gases and the wastewater. The flue gases are purified by various techniques and a common technique is flue gas condensation. During the flue gas condensation, a liquid called flue gas condensate, is formed, which partly contains heavy metals from the flue. The flue gas condensate must be cleaned before it can leave the plant. A step in the purification of the flue gas condensate is usually heavy metal ion-exchanger. The ion-exchange mass in the heavy metal ion-exchange columns needs to be changed approximately twice per operating season as it no longer has room to bind more heavy metals. This is an expensive cost for the heating and combined heat and power plants that they want to minimize. This study investigated whether local sampling and analysis at a cogeneration plant of a number selected heavy metals in flue gas condensate is a good method for optimizing the purifications step with heavy metal ion-exchangers. And if this can ensure that the environmental requirements for the heavy metals in the purified flue gas condensate are met. Optimization means that the full capacity of the ion-exchange masses is utilized, i.e. that the exchange of ion-exchange masses can be reduced without risking unauthorized levels of heavy metals in the purified flue gas condensate as a result of the ion exchange masses being used for too long.  The time needed for local sampling and analysis was also documented. At present, analyzes are done at accredited laboratories where it takes over two weeks to get the result and during that time much can be changes at the plant. A verification of the result of the study was also made against the result of an accredited laboratory. In this study, local analysis was made with the measuring instrument FREEDD which is based on quartz crystal microbalance (QCM-technology). Other options for local sampling and analysis have not been investigated. The result showed that, in the present, it is difficult to optimize the purification step with ion-exchange masses and check emissions of heavy metals with the purified flue gas condensate. To obtain reliable result, corrections to the measuring instrument and test points need to be made. The time that needs to be set aside for sampling and analysis depends on the metal, as the time for sample preparation varies.  But if it can enable the plants to use the ion-exchange masses longer and gain control of the emissions of heavy metals with the purified flue gas condensate, it can be profitable to save that time.

The high penetration of renewable energies (RE) in power systems is increasing the volatile production on the generation side and the presence of distributed energy resources (DER) over the territory. On the other hand, Virtual Power Plants (VPPs) are an aggregation of DER managed as a single entity to promote flexibility services to power systems. Therefore, VPPs are a valid approach to cope with the arising challenges in the power system related to RE penetration. This report defines the concept of a utility-scale VPP, as a tool to stabilize the grid and increase the flexibility capacity in power systems. For this purpose, the report places special emphasis in the use cases that can be developed with a utility-scale VPP. Nevertheless, implementing a utility-scale VPP is a complex procedure, as VPP solutions are highly customizable depending on the scope and the conditions of each project. For this reason, this report analyses the main factors that must be taken into account when implementing a VPP solution. The report concludes that the two most critical factors that define the viability of a VPP project are, first, the energy market design and regulatory framework and second, the technical requirements. These two must always align with the scope of the project and the use cases intended to be developed. Further, other minor factors, including a cost estimate for a VPP solution, are also considered in the report. / Den höga penetrationen av förnybara energier i kraftsystem ökar den flyktiga produktionen på produktionssidan och närvaron av distribuerade energiresurser över territoriet. Å andra sidan är virtuella kraftverk en sammanställning av distribuerade energiresurser som hanteras som en enda enhet för att främja flexibilitetstjänster till kraftsystem. Därför är virtuella kraftverk: er en giltig strategi för att hantera de uppkomna utmaningarna i kraftsystemet relaterat till förnybara energier genomslag. I denna rapport definieras konceptet med en virtuella kraftverk verktygsskala som ett verktyg för att stabilisera nätet och öka flexibilitetskapaciteten i kraftsystem. För detta ändamål lägger rapporten särskild tonvikt på användningsfall som kan utvecklas med en virtuella kraftverk-nytta. Trots det är implementering av en virtuella kraftverknyckelskala en komplex procedur, eftersom virtuella kraftverk-lösningar är mycket anpassningsbara beroende på omfattning och villkor för varje projekt. Av denna anledning analyserar denna rapport de viktigaste faktorerna som måste beaktas vid implementering av en VPP-lösning. Rapporten drar slutsatsen att de två mest kritiska faktorerna som definierar ett virtuella kraftverk projekts livskraft är, dels energimarknadens utformning och regelverk och för det andra de tekniska kraven. Dessa två måste alltid anpassa sig till projektets omfattning och användningsfall som är avsedda att utvecklas. Vidare beaktas även andra mindre faktorer, inklusive en kostnadsuppskattning för en virtuella kraftverk lösning, i rapporten.

Orientador: Ivonete Ávila / Resumo: O crescimento populacional e o progresso tecnológico têm levado a crescente demanda por recursos naturais e energia, resultando na intensificação de impactos ambientais. O setor de energia é um dos principais emissores de CO2 antropogênico, principalmente devido a utilização de combustíveis fósseis, o que tem levado à busca por soluções tecnológicas visando a redução dos impactos ambientais associados à sua geração. Nesse contexto, esse trabalho visa realizar uma avaliação de desempenho ambiental da geração de energia elétrica das centrais termelétricas Fernando Gasparian e Piratininga com inserção da técnica de captura de CO2 por oxicombustão. Essa avaliação é realizada por meio de uma proposta conceitual própria que inclui avaliação do ciclo de vida (ACV) e avaliação termodinâmica com bases exergéticas. A avaliação termodinâmica abrange a operação das termelétricas, por meio de análise energética e exergética utilizando a teoria do custo exergético e o método CExC (cumulative exergy consumption). A ACV abrange desde a extração dos recursos até o fim de vida das instalações, utilizando os métodos de contabilização de recursos CED (cumulative energy demand), CExD (cumulative exergy demand) e CML IA baseline. Os resultados da avaliação termodinâmica permitiram verificar que a câmara de combustão é a principal destruidora de exergia e a inserção da técnica de oxicombustão impõe maior penalidade energética por causa da inserção dos componentes de separação de ar e processamento ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Population growth and technological progress have led to an increasing demand for natural resources and energy, resulting in the intensification of environmental impacts. The energy sector is one of the main emitters of anthropogenic CO2, mainly due to the use of fossil fuels, which has led to the search for technological solutions aimed at reducing the environmental impacts associated with its generation. In this context, this work aims to carry out an environmental performance evaluation of the electric power generation at the Fernando Gasparian and Piratininga thermoelectric plants with the insertion of the CO2 capture technique by oxy-combustion. This assessment is carried out through a conceptual proposal that includes life cycle assessment (LCA) and thermodynamic assessment with exergetic bases. Thermodynamic evaluation covers the operation of thermoelectric plants, through energy and exergetic analysis using the theory of exergetic cost and the CExC method (cumulative exergy consumption). ACV covers everything from resource extraction to the end of the facility's life, using the resource accounting methods CED (cumulative energy demand), CExD (cumulative exergy demand) and CML IA baseline. The results of the thermodynamic evaluation allowed to verify that the combustion chamber is the main destroyer of exergy and the insertion of the oxy-combustion technique imposes a greater energy penalty due to the insertion of the air separation unit and CO2 processing unit for CO2... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

In recent years, deep geothermal energy has been widely exploited through closed-loop borehole heat exchanger system for building heating. In order to precisely evaluate the sustainable heat extraction capacity and the impact of different designs and operating parameters, two heat transfer models are implemented in the open-source scientific software OpenGeoSys (OGS), with respect to the Deep Borehole Heat Exchanger (DBHE) and Enhanced U-tube Borehole Heat Exchanger (EUBHE) system. Besides, three types of boundary conditions are implemented, including the constant inflow temperature, the constant heat extraction rate, and constant building thermal power that integrates the ground source heat pump (GSHP) module. By applying the two BHE models, the influence of different designs and operating parameters on the GSHP system is evaluated. The sustainable heat extraction capacity and efficiency of a deep EUBHE system are predicted. Moreover, its performance and efficiency are further compared against the 2-DBHE array system that has the same total borehole length. It is found that the soil thermal conductivity is the most important parameter in the design of DBHE and EUBHE systems. The sustainable specific heat extraction rate of the EUBHE system is 86.5 W/m higher than an array with 2 DBHEs. Under the building thermal load of 1.225 MW, the total electricity consumed by the EUBHE system is approximately 27 % less than the 2-DBHE array over 10 years. The average Coefficient of System Performance (CSP) value of the EUBHE system is 1.66 higher over 10 heating seasons. The two numerical models implemented in the OpenGeoSys software can be used to predict and optimize the thermal characteristics of the closed-loop DBHE and EUBHE systems in real projects.

Den svenska vattenkraften står för nästan 50 % av landets elproduktion vilket gör dess konstruktioner till en viktig del av samhällets infrastruktur. För att ett vattenkraftverk ska fungera effektivt och säkert ställs höga krav på komponenternas funktion och kondition. I dagsläget genomförs därför rutinmässiga kontroller på, i och runt dessa anläggningar. För de aggregatnära inre vattenvägarna genomförs detta ca vart åttonde år i samband med reparationer av turbinerna, vilka då måste tömmas på vatten. För till- och utloppstunnlarna, som ofta är drivna i berg, finns det dock inte några sådana rutiner. Detta i kombination med att majoriteten av Sveriges vattenkraftverk har uppnått en ålder på över 50 år gör att branschen har börjat bli intresserade av att få kännedom om skicket på tunnlarna. Att genom-föra inspektioner genom att torrlägga dessa är dock en tidsödande process som kräver att kraftverket är avstängt under en lång tid och därmed ger en stor ekonomisk förlust för ägaren. Detta arbete har därför utförts med syfte att utvärdera till vilken grad inspektioner med undervattensfarkoster, ROV, kan användas som alternativ till inspektioner av inre vatten-vägar, både aggregatnära och i till- och utloppstunnlarna. En litteraturstudie har genomförts, om vattenkraftverk, vanliga skador, dagens inspektionsmetoder samt hur en ROV är uppbyggd och fungerar. Arbetet innefattar även tre praktiska moment bestående av deltagande på en inspektion av torrlagda aggregatnära inre vattenvägar och en inspektion med ROV i en 2,5 km lång utloppstunnel samt egna försök med inhyrd ROV för att undersöka vilka typer av betongskador som är möjliga att detektera. Resultatet från samtliga delar i arbetet pekar på att besiktningar med ROV kan övervägas för flera olika typer av inspektioner. För till- och utloppstunnlar är denna typ av inspektion många gånger den enda rimliga. För de aggregatnära inre vattenvägarna ger dagens inspektionsmetoder med torrläggning ett fullgott resultat, men ROV skulle kunna vara ett alternativ vid svårtillgängliga delar, t.ex. på grund av utformning eller stora läckage. / Swedish hydro power accounts for nearly 50 % of the country's electricity production which makes the constructions within this production system an important part of the societal infrastructure. To ensure safe and efficient operation of these hydroelectric power plants high demands are put on the components function and condition. Therefore, routine inspections are carried out inside and around these facilities. For the waterways directly connected to the power station, such as penstocks, wicket gates and draft tubes, these checkups are made about every eight years simultaneously as planned repairs of the turbine, when the waterways have to be emptied. For the head and trail race tunnels, which often are driven in bedrock, there are no such routines. This, in combination with the fact that the majority of the Swedish hydroelectric plants have attained the age of over 50 years, has led to an increased interest within the industry in ways to increase their knowledge about the condition of these water passageways. To conduct inspections by draining the tunnels is however a very time consuming process that requires the power plant to be turned off for a long time causing a major financial loss for the owner. The purpose of this master thesis is to assess the extent to which inspections with remotely operated vehicles, ROV, can be used as an alternative method for inspections of covered waterways, both those close to the power house and the head and tail race tunnels. A literature study of hydro power plants, common damages, current inspection methods and the construction and function of an ROV, has been conducted. The method also includes three practical activities, participation at inspections in drained waterways and at an ROV inspection of a 2.5 km tail race tunnel. Furthermore, tests with a rented ROV were carried out to investigate what type of concrete damages that are possible to detect using this method. The result from all parts in this thesis indicates that examinations by ROV can be considered for several types of inspections. For head and tail race tunnels, this type of inspection is often the only reasonable method. For the waterways directly connected to the power station, current inspection methods by draining show good result. But the ROV could here be an alternative in inaccessible areas, for instance due to waterway design or heavy leakage for instance.