<p>Gauldal Energi AS fikk i 2006 konsesjon av NVE til å oppgradere Gaula kraftverk i Holtålen kommune. Kraftverket fra 1923 ligger i Gaulavassdraget, som er vernet. De miljømessige konsekvensene for vassdraget ved en oppgradering ble vurdert til å være små, og konsesjon til å utnytte 64 % av midlere vannføring ble gitt. Dette tilsvarer en økning på 400 % i forhold til slukeevnen i det eksisterende kraftverket. Dam, inntak samt øvre del av rørgata i eksisterende Gaula kraftverk er oppgradert i den senere tid, og ble da dimensjonert med tanke på fremtidig økt vannføring. Disse komponentene beholdes derfor ved oppgraderingen av resten av kraftverket. Masteroppgaven tar utgangspunkt i egne beregninger av nedbørsfelt. Basert på disse resultatene er det gjort beregninger for dimensjonering og valg av rør til nedre del av vannveien. Det ble også gjort vurderinger av antall turbiner i kraftverket og plassering av beste driftspunkt for disse. Hoveddimensjoner for turbinene ble også regnet ut. Vurderingene er basert på resultater fra beregninger av energiproduksjonen i kraftverket, og alternativene ble rangert etter enkle økonomiske beregninger. Beregningene ble gjort i egenutviklede regneark. I oppgaven ble det konkludert med at rørgaten i Gaula kraftverk bør være av glassfiberarmert umettet polyester (GUP), og med en diameter på 1560 mm. Det anbefales at det installeres to Francisturbiner på 2,19 og 0,59 MW. Spjeldventil og synkrongeneratorer ble også anbefalt. Programvaren som ble utviklet for beregningene bør videreutvikles slik at den fungerer optimalt.</p>

<p>Med bakgrunn i de økte problemene med global oppvarming og de store klimagassutslippene fra transportsektoren, har det i det siste blitt rettet søkelys på klimavennlige alternativer for fossile brennstoff. Transportsektoren står i dag for 22 % av CO2-utslippene i Norge. Biodiesel laget av brukt frityrolje er et mulig alternativ som kan være med å redusere klimagassutslippene fra transportsektoren. Ved at man tar i bruk det som opprinnelig var et avfallsprodukt og gjør det om til drivstoff vil bruk ikke bidra til noen netto økning av klimagassutslipp. Denne oppgaven retter søkelyset på muligheten for å ta i bruk brukt frityrolje til drivstoff med tanke på ressurser, framstilling og bruk. I laboratoriet ble en bestemt mengde biodiesel fremstilt fra brukt frityrolje innhentet fra en restaurant i Trondheim. Det ble så utført en rekke analysetester som viste at det var biodiesel som var tillaget, selv om ikke den oppfylte standarden EN14214 på alle punkter. Biodieselen ble så testet på en Scania DC11 02 motor, som er lik en bussmotor. Testene viste at motoren fungerte fint på dette drivstoffet. Resultatene på ytelse og utslipp fra denne biodieselen ble vurder opp mot kommersiell biodiesel og konvensjonell petroleumsdiesel. Resultatene viste at drivstofforbruket økte med 10 % ved bruk av biodiesel fra brukt frityrolje i forhold til petroleumsdiesel, men var det samme som for kommersiell biodiesel. Resultatene viste også at NOx-utslippene av biodiesel fra brukt frityrolje var ca. 13 % høyere enn fra petroleumsdiesel, dette er uheldig pågrunn av forpliktelsene i Gøteborg konvensjonen. Imidlertid var det en klar reduksjon i både partikkelutslipp 90 %, hydrokarboner nesten 80 % og karbonmonoksid 75 %. En slik reduksjon i de lokale utslippene vil gi et betydelig positiv bidrag til lokalmiljøet i Trondheim. I oppgaven er det vurdert hvorvidt det kan være lønnsomt å opprette en bedrift som samler inn brukt frityrolje fra byens restauranter prosesserer det og selger det som biodiesel. Det ble funnet at en slik bedrift vil kunne være lønnsom og ha ca. 400 000 kroner i årlig overskudd når ikke lønnskostnader er medregnet. Likevel vil det i et slikt selskap være forholdsvis dårlig økonomi og det må vurderes om andre utviklingsmuligheter må vurderes for å øke omsetningen.</p>

<p>Hensikten med oppgaven var å redegjøre for mulighetene til å benytte seg av spillvarme fra holdeovnene i støperiet til forvarming av omsmeltemetall som ett ledd i å ta bruk spillvarmen ved bedriften. I den sammenheng ble det også gjennomgått hvilke andre kunder som kan tenkes å benytte seg av varme fra prosessene ved bedriften. Arbeidet med oppgaven har bestått av innhenting av data om oppvarmings- og effektbehov hos eventuelle avtakere og tilgjengelig effekt og energimengde fra nevnte varmekilde. Det har også blitt innhentet informasjon om liknende prosjekter andre steder. Spillvarmen fra prosessene er så stor at ethvert varmebehov i nærmiljøet som det kan lønne seg å dekke, vil det være mulig å dekke. Dette behovet internt er det som i dag blir dekket av elektrisk fyrte kjeler og blir distribuert med ett vannbårent varmenett. I 2005 forløp denne posten seg på 2529 MWh med en maksimal avgitt effekt på 2,2 MW. Primærenergiforbruket dette tilsvarer er 10 000 MWh og et CO2-utslipp på 3400 tonn årlig. Innsparingspotensial i den sammenheng er 1 000 000 kroner årlig når det kun tas hensyn til innkjøp av elektrisitet. Hydro Høyanger Metallverk har ett forvarmekammer som varmes opp på samme måte som det som er tiltenkt her. Erfaringen derfra gav grunnlag for å foreslå en bevegelig syklus for metallet ved opphold i forvarmekammeret, hvor det beveger seg mot innblåsningen av varmluft. Dette vil være gunstig med tanke på oppvarmingstid til ønskede 250 ºC og jevne forhold for innsatt aluminium. Forvarmekammeret vurderes også varmet opp med gassbrennere. Spillvarmeutnyttelse kan i så måte anses som et enøk-tiltak som årlig medfører redusert primærenergiforbruk på 2300 MWh og reduserte CO2-utslipp på 465 tonn. Større investeringskostnad tjenes inn på ca 2,5 år ut fra en årlig besparelse på 400 000 NOK.</p>

<p>Hovedmålet med denne Masteroppgaven har vært å gjøre en detaljert analyse av et utvalgt kompaktaggregat med luft/vann-varmepumpe, samt analysere bruken av jord/luft-varmeveksler for forvarming og forkjøling av utelufta, i lavenergiboliger/passivhus med kompaktaggregat. Den detaljerte analysen av kompaktaggregatet er utført ved hjelp av målinger i laboratoriet og vurdering og analysering av ulike forbedinger av kompaktaggregatet. Analysen av bruken av en jord/luft-varmeveksler er gjort ved å sette opp modeller for beregning av ytelsen og trykktapet. I tillegg er det også sett på ulike problemstillinger ved bruk av varmeveksleren i boliger. Ved bruk av en jord/luft-varmeveksler for forvarming og forkjøling av tillufta til boligen er det viktig at tillufta har god kvalitet. Det bør derfor benyttes et luftfilter på inntaket i tillegg til at rørene bør legges med en helning på minst 2 % for drenering av kondensert fuktighet. Temperaturendringen over røret er svært avhengig av temperaturforskjellen mellom utelufta og grunnen. Temperatur-endringen og effekt tilført lufta vil være størst i klimasoner hvor utetemperaturen varierer mye over året. Snittet fra de fem klimasonene det er gjort beregninger for, viste at temperaturendringen over kollektorrøret var på 4,1 ˚C, ved en utetemperatur på -10 ˚C. For å sørge for en stor temperaturendring og et lavt trykktap over røret, bør lufthastigheten holdes lav, typisk 1 m/s. Målingene på kompaktaggregatet var utført ved en utetemperatur på mellom 3,5 og 5 ˚C. Ved en utetemperatur på 3,5 ˚C og en romtemperatur på 26 ˚C, ble tilluftstemperaturen på 22,5 ˚C. Over måleperioden hadde varmepumpa en varmefaktor på 2,06, mens kompaktaggregatets varmefaktor var på 1,3. Temperaturvirkningsgraden på varmegjenvinneren lå i snitt på 0,833 i perioden med oppvarming av tappevannet. På starten av oppvarmingsperioden leverte aggregatet maksimal varmeytelse. Når avviket mellom målt og ønsket temperatur i berederen ble mindre, leverte varmepumpa effekt i tillegg til at det elektriske varmeelementet leverte laveste eller ingen effekt. Når det gjelder tiltak for å forbedre kompaktaggregatet, vil bruk av suggassvarmeveksler, CO2 som arbeidsmedium og økt luftmengde til fordamperen kunne bidra til bedre effektfaktor. Det bør også benyttes en systemløsnings som gir mulighet for å levere kjøling og oppvarming samtidig. Bruk av en jord/luft-varmeveksler vil gjøre aggregatet bedre egnet for norske forhold. Bruk av underkjølings-varmeveksler for forvarming av utelufta bør ikke benyttes. Hvilke systemløsninger som er best egnet og som bør benyttes vil bli et optimaliseringsspørsmål, hvor en bedre og mer effektivt systemløsning veies opp mot pris, driftssikkerhet og plassen det krever.</p>

<p>Vannkraftlaboratoriet har i den siste tiden opplevd stor pågang fra eksterne firmaer som ønsker å teste modeller av turbiner og andre vannkraftmaskiner. Det er derfor ønskelig å kartlegge kapasiteten til pumpene i Vannkraftlaboratoriet. I denne oppgaven er det utført målinger av pumpene. På grunnlag av målingene er det utarbeidet en pumpekarakteristikk med virkningsgradskurver. Pumpene, to KSB 400-665, ble kjørt i singel-, serie- og parallelldrift, og det ble utarbeidet pumpekarakteristikker for disse konfigurasjonene. Det ble ved undersøkelser funnet at pumpekarakteristikken er stabil i alle områder. Det ble utført trykkpulsasjonsmålinger på pumpene og i rørsystemet for å se i hvor stor grad trykkpulsasjoner fra pumpene kan påvirke turbinforsøk. Av den grunn er pumpene kjørt i system med en høytrykks-Francis modellturbin. Pumpas løpehjulsfrekvens (turtallsfrekvens) og harmonier, samt løpeskovlfrekvens ble identifisert i trykkpulsasjonsmålingene på pumpa. Disse frekvensene dempes ut i systemet. Trykkpulsasjonsmålinger på turbinmodellens innløp viste en reduksjon av løpehjulsfrekvensen, mens harmonifrekvenser og løpeskovlfrekvensen elimineres. På grunnlag av disse observasjonene kan det slås fast at turbinforsøk ikke påvirkes av trykkpulsasjoner generert i pumpa.</p>

<p>Denne masteroppgaven er skrevet i forbindelse med et pågående doktorgradsarbeid der det blant annet skal gjøres trykkpulsasjonsmålinger på det eksisterende løpehjulet ved Tokke kraftverk. Hensikten med denne trykkpulsasjonsmålingen vil være å teste om det foreslåtte måleoppsettet virker, og å skaffe måledata av eksisterende turbin. Disse dataene vil brukes som sammenligningsgrunnlag når det skal måles på det nye løpehulet som skal installeres på et senere tidspunkt. Resultatene fra arbeidet vil også bli brukt som et grunnlag for senere sammenligning av modell- og fullskalamålinger. Under måling vil det brukes en frittstående datalogger, (CompactRIO) som vil være plassert inne i løpehjulskonusen. Fra dataloggeren vil det gå ledninger ut til miniatyr-trykktransducere som vil være limt fast til løpehjulsskovlene. I forbindelse med dette har måleoppsettet blitt ferdigstilt slik at det kan fungere under testkjøring av turbinen. I hovedsak har dette arbeidet gått ut på å lage praktiske løsninger som gjør det mulig å montere måleoppsettet, samt å forhindre vannlekkasje inn til det elektriske utstyret. I oppgaveteksten var det planlagt gjennomføring av målinger ved Tokke Kraftverk under masterperioden. Dette ble det dessverre ikke gitt mulighet til, grunnet økonomiske årsaker. I stedet ble det, etter samtaler med veileder, valgt å fokusere på å ferdigstille måleoppsettet samt å lage all nødvendig programvare. I tillegg er det kjørt tester for å verifisere at måleoppsettet virker. Siden det viste seg vanskelig å bruke et eksisterende LabView-program, har all nødvendig programvare blitt programmert fra bunnen av. Den programmerte CompactRIO-kontrolleren fungerer på den måten at den ved gitte tidspunkt, som samsvarer med en på forhånd bestemt kjøreplan, vil logge data fra sensorene. Ved de samme tidspunktene vil det bli logget ledeskovlåpning og trykkforhold i sugerørskonusen. Det er også blitt laget verktøy for frekvensanalyse, som vil brukes til frekvensanalyse av de ulike måledataene. I oppgaven er det også gjort tester på programvaren og måleoppsettet. Det største problemet som dukket opp, var begrensninger ved hardwaren på CompactRIOen. Dette medfører at det ved jevne mellomrom må overføres data, og i disse periodene blir det ikke logget data fra sensorene. Rådataene skal frekvensanalyseres, og det er derfor laget et program som tar hensyn til loggepausene ved å legge inn kunstige loggpunkter, basert på snittverdier til hver sensor.</p>

<p>Denne oppgaven tar for seg lekkasje, spredning og fordamping av flytende naturgass (LNG) på vann, uten forbrenning. Det er sett nærmere på noen av de fysiske prosessene som ligger til grunn og hvordan disse vil kunne påvike hverandre. Det er foretatt en kort gjennomgang av tidligere eksperimenter med fordamping av LNG på vann. Et teoretisk grunnlag, som omhandler koking og spredning, samt grunnleggende sammenhenger for numeriske simuleringer, presenteres for å underbygge forståelsen. Det presenteres også korrelasjoner for å beregne konvektivt varmeovergangstall ved koking og spredning av LNG. Det er utarbeidet en numerisk modell for lekkasje, spredning og fordamping av LNG på vann, uten forbrenning. Denne er kalt LNGPOOL. Det er også gjort en modifikasjon av den eksisterende multikomponent væskedammodellen (MPM) i det numeriske simuleringsverktøyet Kameleon FireEx. Modifiseringen går ut på å implementere korrelasjoner slik at det konvektive varmeovergangstallet mellom underlaget og LNG endrer seg med sammensetningen. Basert på simuleringer med LNGPOOL og MPM konkluderes det med at man ved å anta at LNG koker i filmregimet vil underestimere den totale fordampingstiden for utslippet med 3-7 %. Simuleringene viser også at faktorer som er av betydning for varmeoverganger er vanntemperaturen og sammensetningen til LNG. En lavere vanntemperatur vil gi et lavere gjennomsnittlig varmeovergangstall fra underlaget, og også lavere fordampingsrate. Sammensetningen påvirket fordampingen i den retning at et økt metaninnhold gir økt fordamping. Resultatene fra simuleringene er ikke tilstrekkelig validert opp eksperimentell data, men det kan allikevel tyde på at man med LNGPOOL/MPM vil kunne oppnå realistiske avdampningsrater, gitt at antagelsene som ligger til grunn for modellene er oppfylt.</p>

<p>I denne rapporten er det blitt gjort en detaljert analyse av varmepumpeanlegget på Skøyen Vest i Oslo. Anlegget er verdens største varmepumpeanlegg som benytter grovrenset kloakk som varmekilde. Varmepumpeanlegget består av to varmepumpeaggregater, VP1 og VP2 som til sammen har en ytelse på 27,6 MW. Varmepumpene er likt bygd opp og benytter R-134a som arbeidsmedium i en to – trinns varmepumpeprosess med 40 bars, to - trinns turbokompressor. Det høye driftstrykket gjør at varmepumpene kan levere fjernvarmevann med en turtemperatur på 90oC. Varmepumpene benytter underkjølingsvarmevekslere i tillegg til kondensatorer. Varmepumpene opererer normalt i serie, det vil si at returvannet først forvarmes i underkjølerne, før det varmes opp til 90oC i kondensatorene. I en slik sammenkobling er underkjølerne parallellkoblet og kondensatorene seriekoblet i forhold til returvannet. Dette for å utnytte varmepumpenes ulike kapasitet og øke varmepumpeanleggets totale COP. Varmepumpene er også utstyrt med hver sin 4-veis ventil som alternerer strømningsretningen på kloakken gjennom fordamperne en gang i timen. Dette for å hindre akkumulasjon av masse fra kloakken i fordamperen. Rapporten viser at anlegget fungerer meget godt. Med kondenseringstemperatur på 90oC opererer varmepumpene nære kritisk punkt for R-134a. I dette området er strupningstapet stort og dette utnyttes i underkjølerne som står for ca 20 % av total varmeytelse for anlegget. I rapporten er det blitt sett på om naturlige arbeidsmedier som CO2 og ammoniakk kan erstatte R-134a i store varmepumpeanlegg. R-134a har en GWP på 1300 og er derfor svært miljøskadelig. Teoretiske beregninger i denne rapporten viser også at ammoniakk oppnår en COP som er ca. 6 % høyere enn R-134a i en to - trinns varmepumpeprosess med kondenserings – og fordampningstemperatur på henholdsvis 90oC og 2,5oC, underkjøling på 15 K og ellers like driftsbetingelser. Ammoniakk har gode varmeoverføringsegenskaper. Dersom disse blir tatt med i beregningene, slik at kondenserings – og fordampningstemperatur endres til 88oC og 4oC blir økningen i COP ca 11 % i forhold til R-134a. I rapporten er det også sett på enkle tiltak som kan øke anleggets COP. Dersom turtemperaturen senkes vil dette føre til en lavere kondenseringstempertur som vil gi an høyere COP for anlegget. Teoretiske beregninger gjort i denne rapporten viser at både COP og varmeytelsen øker tilnærmet lineært med synkende kondenseringstemperatur. Dersom en slik senkning av turtemperaturen gir en øking i spisslasten vil tiltaket virke mot sin hensikt da varmepumpene alltid vil være mer energieffektive enn elektro- og oljekjeler. En reduksjon av returtemperaturen i fjernvarmenettet ville også være positivt for varmeleveransen fra varmepumpene. Teoretiske beregninger viser at jo høyere returtemperaturen er, desto mindre blir varmeleveransen fra varmepumpene når turtemperaturen er fastsatt til 90oC og volumstrømmen gjennom kondensatoren holdes konstant. I rapporten er det også sett på hvordan beleggdannelse i VP1s fordamper påvirkes av den regelmessige endringen av strømningsretningen på kloakkvannet. Data fra fordamperen ble hentet ut fra varmepumpenes driftsdatabase for vinteren 2008. De utleste verdiene ble sammenlignet med verdiene for et identisk, rent fordamperrør. På denne måten ble det beregnet en foulingfaktor Rf for fordamperrørene. Trykktapet i fordamperen ble også analysert ved å lese ut effektbehov til kloakkpumpen fra driftsdatabasen. Resultatene viser at strømningsendringen i fordamperen har minimalt og si for varmeovergangen mellom kloakkvannet og arbeidsmediet, men den har en betydelig effekt på trykktapet i fordamperen.</p>

<p>Produksjon av LNG er en energikrevende prosess, spesielt på grunn av høyt kraftbehov for å gjøre naturgassen flytende. Utfordringer knyttet til utslipp av CO2 fra kraftproduserende enheter gjør det aktuelt å se på LNG-produksjon der CO2 fra kraft og varmeproduksjon fanges inn og deponeres. CO2-fangst er en termisk krevende prosess, og kommer på toppen av et allerede høyt energibehov i LNG-anlegget. Det høye termiske behovet til CO2-fangst kan påvirke utformingen av kraft og varmesystemet. Hensikten med oppgaven er å vurdere hvordan et kraft/varmesystem for et CO2-minimalisert anlegg bør utformes. Oppgaven er begrenset til primært å omfatte anvendt teknologi for prosessering av naturgass, samt at røykgass renses ved bruk av aminer. En mindre studie knyttet til oxyfuel forbrenning blir gjennomført. Det er i denne oppgaven antatt at de skal produseres 8 millioner tonn LNG per år fra gassfeltet North Field i Qatar. De ulike prosessene for produksjon av LNG blir gjennomgått, og termiske og mekaniske behov for LNG-produksjon finnes ved en simuleringsmodellering i Hysys. Simuleringsmodellen inkluderer LNG-anlegg med to ulike plasseringer for fjerning av tunge hydrokarboner, fraksjonering og flytendegjøring av gassen. Det etableres enklere modeller for gassrensing og CO2-fangst fra røykgass med fokus på å bestemme det termisk energiforbruket. En kombinert gass og dampturbin kommer i denne oppgaven ut som den beste løsningen for kraft og varmeforsyning. En moderne gassturbin har så høy virkningsgrad at det blir nødvendig med tilleggsfyring for å fremskaffe nok termisk energi. Utfordringer knyttet til NOx dannelse ved tilleggsfyring, gjør at det aktuelt å vurdere gassturbiner med lavere virkningsgrad for å fremskaffe nok termisk energi i røykgass. Flash-gass, et avfallsprodukt fra LNG-produksjonen, bør benyttes som brensel. Integrasjon av varme og kulde kan redusere termisk og mekanisk behov med henholdsvis ca 7 % og 1,2 %. Termisk forsyning bør skje ved bruk av damp. Hvor mange trykknivåer som bør benyttes, samt plasseringen av disse vurderes ut fra en eksergianalyse. Analysen viser at det er lave tap knyttet til å gå helt ned til to trykknivå, mens videre reduksjon til ett trykknivå medfører betydelige eksergitap. To trykknivå på 3,5 og 35 bar velges for termisk forsyning. GTPRO brukes for simulering av kraft/varmesystemet. Termisk virkingsgrad beregnes til 89,3 %. Simuleringen viser at det totale mekaniske og termiske energibehovet er på henholdsvis 250,7 kWh/tonn LNG og 276,3 kWh/tonn LNG. CO2-fangst fra røykgassen står for nesten 50 % av det totale termiske energibehovet, mens det mekaniske behovet til CO2-kompresjon bare utgjør ca 8 % av det totale mekaniske forbruket. Simulering viser at det er tilgjengelig mer flash-gass enn det som trengs som brensel i kraft og varmesystemet. LNG-prosessen kan justeres slik at det produseres mindre flash-gass, men det resulterer i høyere nitrogenfraksjon i LNG-produktet og kan resultere i at produktet ikke tilfredsstiller produktkravene. Felter med høyt nitrogeninnhold gir store mengder flash-gass, og derfor store mengder brensel. Slike felter er derfor godt egnet for CO2-minimalisert LNG-produksjon på grunn av det høye termiske forbruket til CO2-fangst.</p>

<p>Denne masteroppgaven gikk ut på studere konseptet behovsstyrt ogg behovstilpasset ventilasjon i skolebygg, og gjøre beregninger i den forbindelse. I tillegg ble det gjennomført en spørreundersøkelse. Spørreundersøkelsen viste at behovsstyrt ventilasjon er et velkjent bergrep i bransjen, og at dette er noe som brukes i de fleste prosjekt i dag. Beregningene viste også at man sparer energi ved å bruke behovsstyrt energi, og at dette er et system man burde ta i bruk i bygninger hvor det personantallet varierer.</p>