The energy demands in the world is rapidly increasing and with this,  a supply nuclear  power  is  of  much  interest.    Nuclear  fuel  is  relatively  efficient  when comparing to power sources like wind­ and hydropower plants. Pellets are used as fuel by many plants however, its main concern is to find maximize cost efficiency and  minimize  fuel­waste.   Studying  how  to  get  the  pellets  to  be  as  optimal  as possible is of massive importance and in huge focus in order to match the worlds power demand. These  pellets  are  sintered  in  a  furnace  type  known  as  ”pusher­type”  furnaces that functions continuously and is incredibly efficient when it comes to its heat transfer capacity and high­performance output.  In this sintering process, a gas­ flow from the opposite side from the pellets interacts with the solid pellets in order to get the desired reaction. However, the turbulence and the nature of the multi­ phase flow problem causes many unknown interactions and the main focus is do create a theoretical model based on the process parameters to understand what is happening in the furnace. In this study, a simplified model of the inside of the furnace chamber was created in order to observe where and when in the furnace a dissociation from CO2 to CO + O2 would occur. Data given by Westinghouse was put into a mathematical model created in MATLAB and parameters given by the thermodynamic model was in turn put in to ANSYS, a program based on Computational Fluid Dynamics for a simulation. The simulation was considered a success when the gas­mix goes from 3% CO2 to 0.4%. The CFD of the model estimates this to happen at 250 seconds, where as the thermodynamic model predicts the exchange time to be about 200 seconds.   This study is a major first step in understanding the dynamics of the furnace. / Energibehovet i världen ökar snabbt och då blir ett stadigt tillförsel av kärnenergi mycket intressant.  Kärnbränsle är relativt effektivt jämfört med kraftkällor som vind­  och  vattenkraftverk.    Pellets  används  som  bränsle  av många  kraftverk och då blir det ett upphov att hitta maximal kostnadseffektivitet och minimera bränsleavfall.  Att forska fram till hur man gör pellets så optimala som möjligt är av enorm betydelse och i stort fokus för att matcha världens energi behov. Dessa pellets sintras i en ugnstyp som kallas ”pusher­type” ugnar som fungerar kontinuerligt och är otroligt effektiva när det gäller dess värmeöverförings-kapacitet och högpresterande effekt.  I denna sintringsprocess startar ett gasflöde från motsatt sida från pelletsen med de fasta pelletsen för att få den önskade reaktionen.  Det blir ett flerfasigt flödesproblem och orsakar många okända interaktioner och huvudfokus är att skapa en teoretisk modell baserad på processparametrarna för att förstå vad som händer i ugnen. I  denna  studie  gjordes  en  förenklad  modell  av  ugnskammarens  insida för  att observera var och när i ugnen en dissociation från CO2 till CO + O2 skulle inträffa. Data från Westinghouse placerades i en matematisk modell skapad i MATLAB och  parametrar  som  gavs  av  den  termodynamiska modellen  lades  i  sin  tur  till ANSYS, ett program baserat på Computational Fluid Dynamics för en simulering. Simuleringen ansågs vara färdig när gasblandningen går från 3% CO2 till 0,4%. CFD:n  för  modellen  uppskattar att  detta  händer  vid  250  sekunder,  där  den termodynamiska modellen förutspår utbytestiden till cirka 200 sekunder. Denna studie är ett stort första steg för att förstå ugnens dynamik.

Vid framställning av olika material är introduceringen av legeringselement ett betydelsefullt område. Vid framställning av stål kan egenskaperna för stålet optimeras genom att styra de kemiska reaktionerna som sker i samband med att stålet legeras. För legeringar av stål är låga halter av grundämnet bor av intresse. Tillsatser av bor vid ståltillverkningen har visats ge betydande förbättringar av olika materialegenskaper för stål. Ett känt problem är att bor uppvisar hög affinitet till flera andra grundämnen. Detta leder till att bor vid materialtillverkningen bildar ej önskvärda kemiska föreningar med dessa ämnen vilket leder till att borets bidrag till stålets egenskaper förloras i hög utsträckning.Med hjälp av termodynamiska beräkningsmodeller, såsom CALPHAD-metoden, går det att beräkna olika termodynamiska beskrivningar av kemiska föreningar. Dessa kan därefter sammanställas i databaser för framtida beräkningar. Genom att utföra utvärderingar och beräkningar på system av lägre grad, t.ex. binära system, kan i förlängningen mer komplexa beräkningar utföras på multikomponenta system som innehåller flera olika grundämnen. Databasen i detta projekt saknar en uppdaterad beskrivning av tillgänglig termodynamisk informationen för vissa borkarbider. Syftet med detta examensarbete var att utföra en utvärdering av stål mikrolegerat med bor och utföra en uppdatering av en databas med avseende på utvalda kemiska föreningar. Med programvaran Thermo-Calc har en termodynamisk utvärdering skett av Fe-B-C-systemet med avseende på de tidigare ej beskrivna borkarbiderna Fe3(B,C) och Fe23(B,C)6. Deframtagna beskrivningarna av föreningarna implementerades i databasen på ekvationsform och beräkningar utfördes för att påvisa pålitligheten i beskrivningarna. Resultaten från beräkningarna visades överensstämma väl med referenser i litteraturen. / When studying the production of different materials, the introduction of alloying elements is of great importance. The material properties of steels can be optimized through control of the different chemical reactions taking place in the production process. For different steel alloys, alloying with the element boron has shown an increased hardenability for the end products. One problem with boron is that it shows high affinity to several other elements. This can lead to boron forming different chemical compounds that are not desired and thus losing the contribution of boron to the hardenability effect. With the help of thermodynamic calculation models, such as the CALPHAD-method, it is now possible to calculate different kinds of thermodynamic descriptions for chemical compounds. These descriptions can be used in databases for future calculations. By making evaluations of thermodynamic systems of lower degrees, for example a binary system, one could perform more complex calculations of systems involving many elements and compounds. The database used in this project lacked an updated thermodynamic description of selected boron carbides. The purpose of this Master’s Thesis was to perform a thermodynamic evaluation of steel alloyed with small amounts of boron. Using the updated descriptions, the database was updated with the latest thermodynamic information regarding the chemical compounds of Fe3(C,B) and Fe23(C,B)6.A thermodynamic evaluation has been performed using the software Thermo-Calc for the boron carbides Fe3(C,B) and Fe23(C,B)6 in the ternary system Fe-B-C. These new descriptions were implemented in the database and through calculations validated against published articles and journals. The results from the calculations were shown to be satisfactory when comparing to other published results.

Lead (Pb) is frequently used as an alloying element in brass to enhance machinability and castability. However, this element poses a significant risk to human health and the environment. The 2021 revision of the Drinking Water Directive imposed stricter limits on Pb content in brass, encouraging the development of lead-free brass. Several studies have identified tin (Sn) as a potential substitute for Pb in brass. This master’s thesis examines the thermodynamic description of the Cu-Zn-Sn ternary system, using the Swerim Cu database. The investigation involved casting five alloys in the Cu-rich corner, followed by heat treatment at 550 oC until homogenized, and quenching, after which the samples were analyzed to determine the bcc and fcc phase composition. The results were used to confirm the thermodynamic description, and the ternary parameters of the fcc and bcc phases were optimized to match the experimental results. After the optimization, a significant enhancement is achieved in the description of the Cu-Zn-Sn ternary system, which better fits the experimental data. / Bly  (Pb)  används  ofta  som  ett  legeringselement  i  mässing  för  att  förbättra bearbetbarheten och  gjutbarheten.    Detta  element  utgör  dock  en  betydande  risk för människors  hälsa  och miljön.   2021 års översyn  av  dricksvattendirektivet införde strängare  gränser  för  Pb-halten  i mässing,  vilket  uppmuntrade utvecklingen av blyfri mässing.    Flera  studier  har  identifierat tenn  (Sn)  som  ett potentiellt substitut  för  Pb i mässing.   Denna  masteruppsats  undersöker den termodynamiska beskrivningen  av det ternära  Cu-Zn-Sn-systemet  med  hjälp  av Swerim Cu-databasen.   Undersökningen innefattade  gjutning  av  fem  legeringar  i det  Cu-rika hörnet, följt av värmebehandling vid 550 oC tills de homogeniserades, och härdning, varefter proverna analyserades  för  att bestämma  bcc-  och  fcc-fassammansättningen.   Resultaten  användes  för att  bekräfta den  termodynamiska  beskrivningen,  och  de  ternära  parametrarna  för  faserna  fcc och bcc  optimerades  för  att  matcha  experiment resultaten.  Efter  optimeringen  uppnås  en betydande  förbättring  av  beskrivningen  av  det  ternära  Cu-Zn-Sn-systemet,  vilket bättre  passar experimentdata.

Thermo-Calc software AB develops high quality thermodynamic and kinetic databases to predict and simulate accurately multi-component phase behaviour in complex systems. One problem with their Ni-based alloys and superalloy solutions database (TCNI8) is poor description of tungsten partitioning for multi-component nickel based alloys. This work investigates the thermodynamic description of some lower-order systems i.e., Ni-W, Al-Ni-W and Cr-Ni-W by performing key experiments on three binary Ni-W alloys, and two ternary alloys (Al-Ni-W and Cr-Ni-W). Experiments at four different temperatures were carried out in which alloys were homogenized, equilibrated, quenched and investigated to determine the equilibrium solid/liquid compositions. Experimental results are used to validate the thermodynamic descriptions of the liquid and the fcc phase. Unlike ternary Al-Ni-W and Cr-Ni-W, binary Ni-W reproduced the experimental information in a satisfactory way. Ternary parameters for fcc are changed to fit the experimental results of this work. The findings of this work highlight that ternary parameters for the fcc of Al-Ni-W and Cr-Ni-W systems significantly effect the tungsten partitioning values in higher order systems. / Thermo-Calc Software AB utvecklar termodynamiska och kinetiska databaser av hög kvalitet för att korrekt kunna förutsäga och simulera jämvikter och fasomvandlingar i komplexa flerkomponentsystem. Ett problem med deras databas för Ni-baslegeringar och superlegeringar (TCNI8) är att beskrivning av volframpartitionering stämmer dåligt för nickelbaslegeringar. I detta arbete undersöktes den termodynamiska beskrivningen av vissa lägre system, dvs Ni-W, Al-Ni-W och Cr-Ni-W genom att utföra nyckelförsök på tre binära Ni-W-legeringar och två ternära legeringar (Al-Ni-W och Cr-Ni-W). Experimentvid fyra temperaturer utfördes i vilka legeringarna homogeniserades,jämviktsbehandlades, släcktes och undersöktes för att bestämma sammansättning för jämvikt fast fas/smälta. De erhållna experimentella resultaten användes för att validera den termodynamiska beskrivningen av smältan och fcc-fasen. Till skillnad från ternära Al-Ni-W ochCr-Ni-W, reproducerade den experimentella informationen den binära Ni-W-beskrivningen tillfredsställande. Ternära parametrar för fcc justerades efter de experimentella resultaten från detta arbete. Resultaten visar att de ternära parametrarna för fcc i Al-Ni-W och Cr-Ni-W systemen signifikant påverkar volframs fördelning mellan fast fas och smälta i nickelbaslegeringar.

The Arlanda area is a construction intensive area facing problems with risk of leaching of arsenic (As) from the bedrock to surface- and groundwater. Construction projects in the area have had problems with high levels of As in the bedrock and the risk of leaching increases through processing of aggregates and blasting of the bedrock. Additionally, there are high concentrations of As in potable water and elevated concentrations are correlated with occurrences of metasedimentary rock, but may also be related to other rock types. The existing geological information of the area was collected in the 1960´s and modern petrographic information as well as modelling of P-T and redox conditions are needed to understand the As mineralogy of the bedrock. Methods used in this project include field work, optical microscopy, electron microprobe analyses, geothermometry calculations, pseudosection modelling in Perple_X and geochemical modelling in PHREEQC. The results indicate that the As-rich bedrock domain include rocks of both igneous and sedimentary origin. As-bearing minerals löllingite and arsenopyrite were found in the matrix of two of the metasedimentary rock samples, while no As-minerals were found in metavolcanic samples. P-T estimates from several geothermobarometry models all suggest amphibolite facies metamorphism for the area, with pressure of 3.0-5.5 kbar and temperature of 490-640 °C. Simple modelling of equilibration of löllingite and arsenopyrite in pure water indicate that As(III) is the dominating oxidation state of As and that the molality of As increases with increasing T and decreasing pH. The results of this thesis provide new information on the petrography and P-T conditions for metamorphism of As-bearingsupracrustal rocks in the Arlanda area, but future research is needed to be able to predict the spatial occurrence of As in the bedrock. / Arlandaområdet är ett av de mest expansiva områdena i Sverige där en stor mängd infrastrukturprojekt är planerade under de närmaste 5-20 åren. Tidigare byggnadsprojekt i området har dock stött på problem med höga bakgrundshalter av arsenik (As) i berggrunden och det finns även en risk för urlakning av As från berggrunden till både yt-och grundvatten. Denna risk ökar under byggnadsarbeten i och med till exempel sprängning av berg. Ytterligare ett problem är att det i området runtomkring Arlanda ofta är höga halter av arsenik i dricksvattenbrunnar. Från data över As-halter i bergborrade brunnar har man kunnat se att höga halter av As ofta förekommer i metasedimentära bergarter, men även kan uppträda i andra bergarter. Den tillgängliga geologiska informationen över området är insamlad på 60-talet och ny petrografisk information, samt modellering av tryck- och temperaturförhållanden är nödvändig för att förstå förekomst av As i berggrunden. Målet med detta projekt är att med hjälp av fältarbete, optisk- och elektronmikroskopering, samt termodynamisk modellering få djupare kunskap kring ytbergarterna i området och utvärdera förekomsten av arsenik i dessa. Under vilka tryck- och temperaturförhållanden som de metamorfa bergarterna omvandlats studeras genom beräkningar från mineralsammansättningar samt modellering i programmet Perple_X. Resultatet från projektet visar att bergarter i As-anrikade zoner är av både magmatiskt och sedimentärt ursprung. Arsenikmineralen löllingit och arsenikkis dokumenterades endast i bergarter av sedimentärt ursprung. Bergarternas kemiska sammansättning tyder också på att de högsta As-halterna finns i de metasedimentära bergarterna. Modellering i PHREEQC visar att As(III) är den dominerande formen av As när löllingit och arsenikkis reagerar med vatten. Tryck- och temperaturberäkningar samt tryck- och termodynamisk modellering tyder på metamorfos under amfibolitfacies, med tryck omkring 3.0-5.5 kbar och temperatur omkring 490-640 °C. Resultaten från detta projekt ger ny information om de metamorfa bergarterna i Arlanda området och förekomst av As i dessa. Vidare studier är nödvändiga för att kunnaförutse i vilken form och i vilka bergarter As förekommer.

The Scandinavian Caledonides form a mountain range comprising nappe stacks of numerous far-travelled thrust sheets. The thrust sheets consist of diverse lithologies representing pre- and synorogenic sedimentary and igneous rocks subsequently metamorphosed to various degrees, from the Late Neoproterozoic to Middle Devonian. In particular, (ultra)-high-grade metamorphic rocks have been recorded in the Seve Nappe Complex (SNC), extending >1000 km along strike of the Scandinavian Caledonides. Included in the SNC of northern Sweden is the Vássačorru Igneous Complex (VIC), consisting of bimodal magmatic suites, that formed c. 845 Ma. Fieldwork was conducted in the Kebnekaise mountains of northern Sweden, focusing on the high-grade Aurek metagabbro within the VIC of the SNC. Aurek is a key locality representing both initial stages of Iapetus Ocean formation in the Ediacaran and later stage Caledonian subduction affinities, from the collision between Laurentia and Baltica. In this study, petrological description, zircon U-Pb geochronology, mineral chemistry analysis, whole rock composition, and thermodynamic modeling was performed. Zircon U-Pb geochronology yielded protolith ages of 609±2.5 Ma, and 614±2.3 Ma, suggesting the Aurek metagabbro to not be part of the VIC, as has previously been described. The age of Aurek can instead be correlated to the Kebnekaise Dyke Swarms at c. 607 Ma, in the Kebnekaise mountains. Whole rock major and trace element data of e.g., Al2O3 (15.0 – 25.0 ppm) versus SiO2 (46.0 – 53.0 ppm), Rb (2.0 – 18.0 ppm), Zr (8.0 – 58.0 ppm) versus Y (2.7 – 18.0 ppm), Th/Yb ratio 0.25 – 2.0 and Nb/Yb ratio 1.30 – 5.14, indicate assimilation of continental crust. These major and trace element signatures show that the protolith of the Aurek metagabbro probably was emplaced in a continental rift setting in the Ediacaran. Semi-quantitative thermodynamic modeling from this study present blueschist to amphibolite facies conditions for the Aurek metagabbro at 11.8 – 12.6 kbar and 480 – 565 oC, confirming the unit experienced subduction, possibly in the Late Cambrian to Early Ordovician. The metamorphic grade and protolith age show similar features to correlative rock sequences in the Tsäkkok Lens, south of Aurek, in Norrbotten. Consequently, this study concludes that subduction, exhumation and subsequent deformation for Aurek, probably was equivalent to those of the Tsäkkok Lens, extending the HP affinities of the SNC further north in the Swedish Caledonides. / Skandinaviska Kaledoniderna utgör en bergskedja bestående av olika skollor som transporterats hundratals kilometer från sin ursprungskälla. Skollorna består av varierande bergarter som representerar olika utvecklingsskeden i formationen av Kaledoniderna under senare Neoproterozoikum och mellan Devon. Utmärkande har höggradiga metamorfiska bergarter återfunnits i Seveskollan som sträcker sig >1000 km längs med strykningsriktningen av de Skandinaviska Kaledoniderna. I norra Sverige inkluderar Seveskollan det magmatiska Vássačorru-komplexet, bestående av bimodal magmatism som bildats ca 845 Ma. Fältarbete utfördes kring Kebnekaisebergen i norra Sverige, med fokus på höggradig metagabbro från Aurek, ett område inom det magmatiska Vássačorru-komplexet. Aurek är ett viktigt område som representerar både initiala stadier av Iapetushavets bildande och efterföljande formationer från kollisionen mellan Laurentia och Baltica plattorna. I denna studie utfördes petrologisk beskrivning av mineral, U-Pb geokronologi av zirkon, kemisk analys av mineral och bulkkomposition av bergarter, samt termodynamisk modellering. U-Pb dateringen av zirkon resulterade i en ursprungsålder på 609±2,5 Ma och 614±2,3 Ma för metagabbro från Aurek. Detta indikerar att metagabbro i Aurek inte är en del av det magmatiska Vássačorru-komplexet, något som tidigare antagits. Åldern kan istället korreleras till Kebnekaise-gångkomplexet med en ålder på ca 607 Ma. Huvud- och spårelement i Aureks metagabbro tyder på assimilering av kontinentalskorpa, vilket föreslår att ursprungsbergarten till metagabbro i Aurek bildades i en kontinental spridningszon. Den termodynamiska modelleringen resulterade i metamorfiska förhållanden på mellan 11,8 – 12,6 kbar och 480 – 565 oC för bergarterna, vilket påvisar att den tektoniska miljön som senare präglat bergarterna förmodligen var associerad med en subduktionszon.

År 2020 listade Världshälsoorganisationen (WHO) cancer som den globalt ledande dödsorsaken med över 10 miljoner dödsfall årligen. Av dessa 10 miljoner fall förekommer nästan 70% i låg- till medelinkomstländer - en siffra som på grund av den låga prioriteringen av cancerbehandling- och diagnostik förväntas öka till 85% redan år 2030. Att utveckla enkla, specifika och prisvärda verktyg för diagnostik kommer därför att bli avgörande för förebyggandet av cancer på en global nivå. För att komma ett steg närmare denna utveckling optimerades och testades i denna studie ett mikrofluidiskt system, utvecklat genom layer-bylayer- metoden, baserat på cellulosa nanofibriller med förmågan att isolera och fånga cirkulerande tumörceller. För att uppnå en termodynamisk jämvikt optimerades systemets hydrodynamiska parametrar optimerades för att uppnå en homogen fördelning med hög densitet av det cellulosa-baserade systemet i det mikrofluidiska chippet. Då jämvikt är grundläggande för att maximera det efterföljande beläggningen av antikroppar, och därmed hur effektivt celler isoleras, modifierades parametrar såsom koncentration, flödeshastighet, inkubationstid med fler tills att önskad effekt uppnåtts. Således koncepttestades systemet genom att fånga celler spetsade i blod och därmed demonstrera att systemet kan användas i syfte att isolera cancerceller från blodprov. Detta öppnar upp för utveckling av liknande diagnostiska verktyg som kan användas för att isolera lågfrekventa celler direkt från blod. / In 2020, the World Health Organization (WHO) listed cancer as the leading cause of death worldwide, reaching a staggering number of 10 million cancer-related deaths annually. Of these 10 million deaths, nearly 70% occurred in low- and middle-income countries; a number that is expected to increase to 85% by 2030 due to the lack of resources as well as low priority of the development of cancer treatment and diagnosis. Hence, the development of a sophisticated, specific and affordable diagnostic tool will be crucial for global cancer prevention and control. In this study, a cellulose nanofibril-based Layer-by-Layer system for immuno-capture of tumour cells in a microfluidic device was optimized and tested for the development of a simple and cost-effective diagnostic tool for use in resource-limited areas. In the pursuit of a thermodynamic equilibrium, the hydrodynamic parameters of the system were optimized to achieve a homogeneous distribution with a high surface density of the cellulose-based system across the microfluidic channels. Since an equilibrated system is essential to maximize the antibody coating, and thereby cell capture efficiency, parameters including but not limited to concentration, flow rate and incubation time were altered until a desired effect had been achieved. Thus, as proof-of-concept, the system was tested by capturing cancer cells spiked into whole blood, thereby demonstrating that the system can be utilized for the purpose of isolating cancer cells from blood samples. This paves the way for the development of similar clinical diagnostic tools for the isolation of rare cells directly from whole blood.

The potential for electrical energy storage to both provide services to the electrical grid and help to better integrate renewable energies in the electrical system is promising. This report investigates one type of storage, compressed air energy storage (CAES), where energy is stored by compressing air during hours of low electricity demand and later expanding the air to generate electricity during high demand hours. To this day it exists two large plants, but small facilities have yet to be implemented, raising the question whether it could be viable to use CAES on a smaller scale as well. By creating a model of a CAES system based on the principles of thermodynamics and applying it to a hypothetical group of residences, its ability to balance daily fluctuations in electricity demand is explored. The result show that the system is able to cover some of the demand but there is no economic profit to be gained. The results of this report suggest that a CAES system of this size is not a viable option during current price market for electricity in Sweden but during other circumstances it could be relevant. / Dagens energisystem kräver vissa tjänster för att kunna behålla stabilitet och tillgodose energibehovet. Energilagring är ett sätt att förse systemet med dessa tjänster samtidigt som det också skapar möjlighet att bättre utnyttja förnyelsebara energiresurser, som vind och sol, som annars kan vara för oförutsägbara för att kunna utnyttjas maximalt. I denna studie undersöks komprimerad luft som energilagring (CAES). Sammanfattningsvis används billig elektricitet under timmar då elförbrukningen är låg för att komprimera luft och lagra denna för att sedan expandera luften igen och på så vis generera elektricitet vid behov eller då det finns ekonomisk vinstmöjlighet. CAES systemet kan vara uppbyggt och dimensionerat på flera olika sätt vilket undersöks samt beskrivs i närmare detalj. Möjligheten att använda CAES i liten skala för att tillgodose ett dagligen varierande energibehov undersöks och det utrönas ifall detta är ekonomiskt gynnsamt eller inte. Detta undersöks genom att skapa en modell över ett CAES-system som appliceras på energibehovet för en grupp bostäder. Resultatet visar att systemet kan täcka en del av energibehovet men ekonomisk vinning är inte möjligt. Utifrån dessa resultat konstateras att CAES i liten skala inte är ett ekonomiskt försvarbart alternativ för att täcka toppar i ett varierande energibehov vid det rådande energipriset i Sverige men under andra omständigheter skulle det kunna vara möjligt.

The potential for electrical energy storage to both provide services to the electrical grid and help to better integrate renewable energies in the electrical system is promising. This report investigates one type of storage, compressed air energy storage (CAES), where energy is stored by compressing air during hours of low electricity demand and later expanding the air to generate electricity during high demand hours. To this day it exists two large plants, but small facilities have yet to be implemented, raising the question whether it could be viable to use CAES on a smaller scale as well. By creating a model of a CAES system based on the principles of thermodynamics and applying it to a hypothetical group of residences, its ability to balance daily fluctuations in electricity demand is explored. The result show that the system is able to cover some of the demand but there is no economic profit to be gained. The results of this report suggest that a CAES system of this size is not a viable option during current price market for electricity in Sweden but during other circumstances it could be relevant. / Dagens energisystem kräver vissa tjänster för att kunna behålla stabilitet och tillgodose energibehovet. Energilagring är ett sätt att förse systemet med dessa tjänster samtidigt som det också skapar möjlighet att bättre utnyttja förnyelsebara energiresurser, som vind och sol, som annars kan vara för oförutsägbara för att kunna utnyttjas maximalt. I denna studie undersöks komprimerad luft som energilagring (CAES). Sammanfattningsvis används billig elektricitet under timmar då elförbrukningen är låg för att komprimera luft och lagra denna för att sedan expandera luften igen och på så vis generera elektricitet vid behov eller då det finns ekonomisk vinstmöjlighet. CAES systemet kan vara uppbyggt och dimensionerat på flera olika sätt vilket undersöks samt beskrivs i närmare detalj. Möjligheten att använda CAES i liten skala för att tillgodose ett dagligen varierande energibehov undersöks och det utrönas ifall detta är ekonomiskt gynnsamt eller inte. Detta undersöks genom att skapa en modell över ett CAES-system som appliceras på energibehovet för en grupp bostäder. Resultatet visar att systemet kan täcka en del av energibehovet men ekonomisk vinning är inte möjligt. Utifrån dessa resultat konstateras att CAES i liten skala inte är ett ekonomiskt försvarbart alternativ för att täcka toppar i ett varierande energibehov vid det rådande energipriset i Sverige men under andra omständigheter skulle det kunna vara möjligt.

The use of waste (or recycled) wood as a fuel in heat and power stations is becoming more widespread in Sweden (and Europe), because it is CO2 neutral with a lower cost than forest fuel. However, it is a heterogeneous fuel with a high amount of chlorine, alkali and heavy metals which causes more corrosion than fossil fuels or forest fuel. A part of the boiler which is subjected to a high corrosion risk is the furnace wall (or waterwall) which is formed of tubes welded together. Waterwalls are made of ferritic low-alloyed steels, due to their low price, low stress corrosion cracking risk, high heat transfer properties and low thermal expansion. However, ferritic low alloy steels corrode quickly when burning waste wood in a low NOx environment (i.e. an environment with low oxygen levels to limit the formation of NOx). Apart from pure oxidation two important forms of corrosion mechanisms are thought to occur in waste environments: chlorine corrosion and alkali corrosion. Although there is a great interest from plant owners to reduce the costs associated with furnace wall corrosion very little has been reported on wall corrosion in biomass boilers. Also corrosion mechanisms on furnace walls are usually investigated in laboratories, where interpretation of the results is easier. In power plants the interpretation is more complicated. Difficulties in the study of corrosion mechanisms are caused by several factors such as deposit composition, flue gas flow, boiler design, combustion characteristics and flue gas composition. Therefore, the corrosion varies from plant to plant and the laboratory experiments should be complemented with field tests. The present project may thus contribute to fill the power plant corrosion research gap. In this work, different kinds of samples (wall deposits, test panel tubes and corrosion probes) from Vattenfall’s Heat and Power plant in Nyköping were analysed. Coated and uncoated samples with different alloys and different times of exposure were studied by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive x-ray analysis (EDX), X-ray diffraction (XRD) and light optical microscopy (LOM). The corrosive environment was also simulated by Thermo-Calc software. The results showed that a nickel alloy coating can dramatically reduce the corrosion rate. The corrosion rate of the low alloy steel tubes, steel 16Mo3, was linear and the oxide scale non-protective, but the corrosion rate of the nickel-based alloy was probably parabolic and the oxide much more protective. The nickel alloy and stainless steels showed good corrosion protection behavior in the boiler. This indicates that stainless steels could be a good (and less expensive) alternative to nickel-based alloys for protecting furnace walls. The nickel alloy coated tubes (and probe samples) were attacked by a potassium-lead combination leading to the formation of non-protective potassium lead chromate. The low alloy steel tubes corroded by chloride attack. Stainless steels were attacked by a combination of chlorides and potassium-lead. The Thermo-Calc modelling showed chlorine gas exists at extremely low levels (less than 0.1 ppm) at the tube surface; instead the hydrated form is thermodynamically favoured, i.e. gaseous hydrogen chloride. Consequently chlorine can attack low alloy steels by gaseous hydrogen chloride rather than chlorine gas as previously proposed. This is a smaller molecule than chlorine which could easily diffuse through a defect oxide of the type formed on the steel. / <p>QC 20130423</p>