<p>Den här rapporten är ett resultat av ett examensarbete i ämnet maskinteknik med inriktning bistånd genomfört vårterminen 2010. Arbetet är ett samarbete med den svenska organisationen Ankarstiftelsen, som har bistått studenterna med kontakter i Leticia, Colombia.</p><p>Arbetet har varit förlagt dels i Sverige och dels i Leticia, Colombia och har bestått av en förstudie i Leticia samt en litteraturstudie. Målet med arbetet har varit att ta fram ett förslag på lämplig placering och val av turbinsystem, utifrån de förutsättningar som finns i området.</p><p>Rapporten presenterar olika metoder för elproduktion i Amazonasregionen, turbinsystem anpassade för strömmandevattenkraft och resultat från förstudien.</p><p>Rapporten presenterar ett förslag där en turbin av modellen Darrieus installeras på en ponton vid samhället Milagrosa. Turbinen beräknas i dagsläget täcka det elbehov som finns i samhället. Dock kvarstår finansieringsfrågan.</p> / <p>This report is the result of a thesis project in mechanical engineering with focus on development assistance, completed spring term 2010. The work is collaboration with the Swedish organization Ankarstiftelsen, which has assisted the students with contacts in Leticia, Columbia.</p><p>The work has been taken place in both Sweden and Leticia, Colombia. A literature review was carried out in Sweden and a pilot study in Leticia. The goal of this work has been to develop a suggestion on a proper placement and selection of turbine systems, based on the parameters that have been encountered.</p><p>The report presents various methods of electricity production in the Amazon region, turbine systems suitable for hydrokinetic power and the results from the pilot study.</p><p>The report presents a suggestion where a Darrieus turbine is installed on a pontoon close to the community Milagrosa. The turbine is expected in the current situation to cover the electricity needs of the community. However, the funding issue still remains to be solved.</p>

Detta arbete undersöker potentialen för småskalig vattenkraft att bidra med frekvensreglerande tjänster till kraftnätet då vårt energibehov växer. Med hjälp av fem vattenkraftverk i Alsterån i Småland gjordes en fallstudie för att utreda möjligheten att reglera produktionen för att kompensera frekvensavvikelser i kraftnätet.  Resultatet från fallstudien visade att de undersökta vattenkraftverken inte har potentialen för att bidra med frekvensreglerande tjänster, då elenergiproduktionen och reglerkraften inte möter kraven för tjänsterna. Vattenkraftverken i Alsterån tillhör den mindre gruppen bland de småskaliga vattenkraftverken i Sverige.  Arbetet lägger en grund för en större undersökning av småskaliga vattenkraftverk av högre effekt, genom att redovisa de faktorer som måste undersökas för att utvärdera potentialen för frekvensreglerande tjänster. / This report examines the potential for small-scale hydropower plants to contribute to frequency regulation services for the power grid in response to the growing energy demand. Through five hydropower plants in Alsterån in Småland, a case study was conducted to examine the possibility for production regulation to compensate the frequency deviations in the power grid. The result from the case study showed that the examined power plants does not have the potential for frequency regulation services, since the production of electrical energy and regulatory ability does not meet the demands. The hydropower plants located in Alsterån are a part of the smallest power plants, regarding the power, amongst the small-scale hydropower operation. This study creates the foundation for a more comprehensive study of small-scale hydropower plants of higher power, from presenting the factors that must be examined to evaluate the potential for frequency regulation services.

This thesis aims to propose a recommended upgrade for the generator protectionsystems in small hydropower stations. The hydropower stations examined areBrantafors, Djupafors, Horkoneryd, Kallinge ,Karlsnäs, Ronneby and Verperyd. Therecommended generator protection systems are developed from regulations basedon constitutions from Svenska Kraftnät and Elsäkerhetsverket. The recommendationpresented in this thesis is a lowest recommendation for the generator protectionsystems of small hydropower stations and in some cases the owner of the powerplant may request above this lowest level of protection. The overall documentation of the stations has been inadequate and many parametersare unknown in the stations and therefore assumptions have been made. Theassumptions have a big influence on the short circuit calculations which affects therecommended settings for short circuit protection and therefore a conservativeapproach has been used. The result of this thesis is that the hydro power station Ronneby can’t manage therequirements specified from Svenska Kraftnät, and therefore the protection system inthe hydro power station need to be adjusted. The hydropower stations Brantaforsand Verperyd can with minor adjustments meet the recommended generatorprotection. On the stations Djupafors, Horkoneryd, Kallinge and Karlsnäs largerupgrades of the generator protection systems need to be done to fulfill therecommended protection system.

El är en färsk vara, vilket innebär att det ständigt måste vara i balans mellan produktion och konsumtion. Vid tillfällen då det exempelvis blåser mycket och behovet av el är litet, blir det ett överskott av el. Detta överskott skulle kunna nyttjas till att lagra energi till perioder då behovet är större. Detta med hjälp av pumpkraftverk. Skellefteå Kraft AB vill undersöka möjligheten till att investera i ett pumpkraftverk i Sädva. En kraftstation med en produktion på ca. 117 GWh per år. Det finns två olika sätt att använda sig av pumpkraft, det ena är att använda en separat pumpenhet och det andra är att använda sig av en vändbar turbin. En vändbar turbin har något lägre verkningsgrad än en vanlig vattenturbin på grund av att den ska fungera både som pump och turbin.  De lösningar som analyserats i denna rapport är en separat pump, en vändbar turbin med samma varvtal och ökade dimensioner som dagens turbin och en vändbar turbin med samma dimensioner och ökat varvtal. Det finns många olika sätt att pumpa vatten. I detta projekt har sex olika alternativ undersökts, pumpa nattetid mellan 02-04 och 23-05, pumpa under marsmånad, pumpa när elpriset är under 20 öre/kwh, de 25\% med lägst elpris samt under stopptid.  För att analysera inkomster och produktion har data från tidigare år använts. Alla lösningar gav en större produktion men däremot är netto inkomsten densamma som tidigare, då pumpningen kostar mer än vad man får ut vid produktion av samma mängd vatten. Den lösning som gav bäst resultat är en vändbar turbin med samma varvtal, där ligger återbetalningstiden på mellan 4-5 år. Rekomendation gällande investering är att inte bygga om Sädva kraftstation till ett pumpkraftverk, om syftet är att tjäna mer pengar. Däremot kan ett pumpkraftverk vara bra för att säkerhetställa vattennivån i magasinet. Det optimala pumpsättet är inte funnet, men detta alternativ skulle kunna leverera bättre inkomster och bör därför analyseras mera. / Electrical power is perishable which means that it constantly needs to be balance between production and consumption. At times when it, for example is windy and the need for electricity is low, it will be a surplusr of electrcity. This surplus could be used to store energy for periods of time when the demand is higher. This could be done with pumped-storage hydroelectricity. Skellefteå Kraft AB wants to investigate the possibility of investing in a pumped-storage hydroelectricity plant in Sädva. A power station with a production of approximately 117 GWh per year. There are two different ways to use pump-storage, one way is to have a separate pump unit and the other is to use a reversible turbine. A reversible turbine has slightly lower efficiency than a regular water turbine since it is supposed two work both as pump and turbine. The solutions analyzed in this report are a separate pump, a reversible turbine with the same speed and increased dimensions as today's turbine and a reversible turbine with the same dimensions and increased speed. There are many different ways to pump water. In this project six different options are examined, pumping nightly between 02-04 and 23-05, pumping during month of March, pumping when the price of electricity is under 20 öre/kwh, the 25% with lowest price of electricity and during stop time. In order to analyze revenue and production, data from previous years have been used. All solutions yielded a larger production output, but net income is the same as before, thats because pumping costs more than is expected when producing the same amount of water. The best-performing solution is a reversible turbine with the same speed, with a repayment period of between 4-5 year. Recomendation on investment is not to convert Sädva power station into a pumped-storage hydroelectricity, if the purpose is to earn more money. However, a pumped-storage hydroelectricity can be good for securing the water level in the magazine. The optimal pumping method is not yet found, but this option could maybe deliver better income and should therefore be analyzed more.

To be able to optimally plan hydropower production Vattenfall has constructed an optimization tool. This tool is simplified to keep calculation times low. The solutions are therefore not trusted to be realizable. To test if a solution can be applied in reality, Vattenfall wants to make simulations with the optimization solution as input. The aim of this project has therefore been to construct a simulation model based on table data, the best possible description of reality available.The simulation model is regarded as reliable for visualization of a proposed plan. By using optimization solutions as input to the simulation model the feasibility of the optimization solution is tested. Simulations show that optimization solutions generally are not realizable. Therefore, the simulation model was designed to calibrate the approximated relation between flow and power used in the optimization model, using the simulation result. The optimization solutions after calibration came closer to feasibility. A margin of error under 1% can be expected, when looking at the complete time period. Instantaneous error can reach over 10% and are not decreased by calibration. By modifying the optimization solutions the simulation model can produce realizable solutions, but then optimality is lost. The modified solutions also often violatelegal boundaries, regarding for example water levels.The simulation times were aimed to be kept low, but results show that a simulation can take several times longer than an optimization with the same time steps. It also requires higher time resolution to produce reliable results leading to even longer simulation times.

Running water is an ecosystem that has high biodiversity despite its relatively small presence on the planet in terms of area. Water is also one of the most affected ecosystems, where hydropower is one of the actors with great impact and widespread use. Hydropower production often change the flow regime in rivers and damages, among other things, the littoral zone which is dependent on a natural flow regime. Without the natural flow regime's disturbance, the natural flora of the littoral zone is either displaced by upland vegetation, or it the zone becomes barren. One way to mitigate the negative effects of hydropower on the ecosystem are realesing water with a natural-like temporal variation in the original reaches. Reaches are often completely dry when water is redirected in to pass the turbines in the hydropower station. Previously there have been no attempts in Sweden to model the riparian potential below the dams using a theoretical environmental flow regime. This paper shows a way to inventory the potential for vegetation establishment of the riparian zone by field inventory of suitable substrate for riparian vegetation. For the inventoried locations, models of environmental flow at four levels of discharge (5, 10, 15 and 20% of the mean annual discharge) are used to predict the potetial extent of riparian vegetation. The modeling is done in ArcGIS using the "Riparian Topoghraphy Tool." The modelling show how much of the potential of water that inundates the riparian zone at varying levels of the hydropower production loss. / Rinnande vatten är ett ekosystem som har hög biodiversitet trots sin arealmässigt relativt ringa förekomst på vår jord. Vattendrag är också ett av de mest påverkade ekosytemen, där vattenkraften är en av aktörerna med stor inverkan och stor utbredning. Produktionen av vattenkraft ändrar ofta flödesregimen i vattendrag vilket slår hårt mot bland annat strandzonen, vars organismsamhällen är beroende av en naturlig flödesregim. Utan den naturliga flödesregimens störningar blir den naturliga floran i strandzonen undanträngd av annan vegetation, eller så blir strandzonen kal av för kraftiga störningar. Fåror torrläggs ofta helt då vatten leds till turbinerna i kraftverket. Ett sätt att mildra de negativa effekter vattenkraften har på ekosystemet är att tappa vatten i de ursprungliga fårorna med en tidsmässig variation liknande naturliga vattendrag. Tidigare har det inte gjorts några försök i Sverige att modellera strandzonens potential nedom dammar att hysa vegetation med hjälp av en teoretiskt miljöanpassad flödesregim. Den här rapporten visar på ett sätt att inventera potentialen för utveckling av strandzonen genom att i fält inventera lämpligt substrat för strandvegetation. För de inventerade lokalerna modelleras sedan ett miljöanpassat flöde baserad på fyra nivåer med ökande andel av årsmedelflödet (5, 10, 15 och 20 %). Modelleringarna sker i ArcGIS med hjälp av verktyget ”Riparian Topoghraphy Tool”. Modelleringarna visar hur mycket av potentialen som hamnar inom strandzonen vid olika nivåer av produktionsbortfall. / Ekologisk potential i naturfåror

No description available.

The function of a turbine governor is to maintain the grid frequency close to the nominal value, which in the Nordic grid is 50 Hz. This thesis uses a standard turbine governor from Vattenfall AB, which is implemented with a PLC. The turbine governor gives a control signal which controls the guide vane opening and thus the water flow through the turbine. A test bench for the turbine governor was created where the software LabView was used together with special hardware. The software simulates a Francis hydro power turbine, which gives a feedback signal to the turbine governor. Data for the hydro power turbine, used in the simulation, has been taken from an actual power plant. The user of the test bench has the possibility to choose between actions and to change parameters. For example to give start or stop order, or change setpoint. In this thesis has, for example, a change of guide vane opening setpoint, a grid disturbance, and stops of the turbine, been tested. Validation shows that the result agrees reasonably well with the reality. The result leads to the conclusion that it is possible to create a test bench for the turbine governor with the aid of LabView.

I rapportens första del behandlas vad som orsakar omfattande driftstörningar och krav från nätägare som ställs på mindre vattenkraftsstationer med asynkrongeneratorer. Det gjordes med hjälp av en enkätundersökning som skickades ut till ett antal medlemmar i Svensk vattenkraftsförening (SVAF). Rapporten tar upp allmänt om småskalig vattenkraft i Sverige, olika typer av vattenkraftverk och dess uppbyggnad. Resultatet från undersökningen visar att de som drabbas av kortare driftstopp på upp till en vecka oftast beror på nätbortfall medan längre driftstopp beror på mekaniska problem inne i vattenkraftverket. De elektriska felen som beror på t.ex. kondensatorbatterier eller generatorer har bara i några få fall inneburit längre driftstopp. Undersökningen har visat att kraven hos olika vattenkraftägare varierar i stor utsträckning. Majoriteten av de som svarade på enkäten uppger att de faskompenserar sin asynkrongenerator men ytterst få ligger inom AMP:ens rekommendationer gällande effektfaktor. Rapportens andra del behandlar ett mindre vattenkraftverk i Östebyn där en asynkrongenerator som förbrukar mer reaktiv effekt än vad avtalet med nätägaren tillåter är installerad. Avsikten är att ta fram ett lösningsförslag för att minska den reaktiva förbrukningen genom installation av ett kondensatorbatteri. Vattenkraftverket har för tillfället ingen faskompenseringsutrustning och ägaren behöver välja mellan att faskompensera sin asynkrongenerator eller bli debiterad för överuttaget. Rapporten behandlar även problem och vad man bör ta hänsyn till vid installation av ett kondensatorbatteri. Vid tomgångskompensering med kondensatorbatteri kan den reaktiva förbrukningen minskas så att inget överuttag sker. Ett intervall på storleken beräknades fram med hjälp av mätdata till 21,2 – 26,1 kVAr. Priset på ett kondensatorbatteri och kostnaden för debiteringen har lett fram till en payback-tid för investeringen på ungefär sex år. / The first part of this thesis includes what causes disruptions in small hydropower stations with asynchronous generators and what requirements the power grid owners have. This was made through a survey that was sent to a group of members in Svensk vattenkraftförening (SVAF). The thesis includes general information about small hydropower stations and how they are constructed. The survey shows that the ones that are affected by short disruptions in production is often caused by grid loss while longer disruptions, over a week, is often caused by mechanical failure. The electrical failures that are caused by problems in capacitor banks or generators have only in a few cases caused disruption for a longer period of time. The survey shows that the requirements from the power grid owners towards the owners of the hydropower station vary. The majority of the responders claim that they have reactive power compensation installed but only a few of them are within the recommended interval that is set by the AMP. In the second part of the report a small hydropower station where an asynchronous generator consumes more reactive power than the agreement with the power grid owner allows. Therefore the owner needs to reduce the reactive power usage from the grid or pay a fee. The purpose is to find a solution on how to reduce the required reactive power from the grid. The thesis also includes different aspects to consider when installing a capacitor bank. To reach an accepted level of reactive power usage from the grid, an idle current compensation is recommended. The conclusion of this thesis is that a capacitor bank within the size interval of 21,2 - 26,1 kVAr is required and the payback time of this investment will be approximately six years.

<p>This thesis concerns partial discharges in stator windings and the possibility of analyzing data using statistical methods. Partial discharges, or PD, are a physical phenomenon in which discharges occur locally due to large electric fields. PD can occur in or adjacent to the insulation of stator windings and causes breakdown of the insulating materials. PD measurement can provide an idea of how widespread the PD activity is. A technique to measure and analyze PD that has become very popular over the last few decades is phase resolved PD patterns. These patterns supplies a "fingerprint" of the PD activity and by visually interpreting this patterns one can, in addition to read the intensity of the PD, also get a picture of what type of PD that is active. The problem with phase resolved PD patterns is that they are very complex and difficult to interpret. By applying statistical methods to PD patterns it has been investigated in this thesis whether the interpretation of the PD patterns can be simplified. The results show that the proposed methods have some advantages as they can quantify trends in the patterns. The methods have also shown to have severe limitations due to the fundamental properties of the PD patterns.</p> / <p>Detta examensarbete berör partiella urladdningar i statorlindningar och möjligheten att analysera mätdata med hjälp av statistiska metoder. Partiella urladdningar, eller PD, är ett fysikaliskt fenomen som innebär att urladdningar sker lokalt på grund av stora elektriska fältstyrkor. PD kan ske i eller intill isoleringen i statorlindningar och medför att isoleringsmaterialen bryts ner. Genom att mäta aktiviteten av PD kan man få en uppfattningav hur utbredd förekomsten av PD är. En teknik för att mäta och analysera PD som blivit mycket populär senaste decennierna är fasupplösta PD-mönster. Med dessa fås ett ”fingeravtryck” av PD-aktiviteten och genom att visuellt tolka det mönster som åskådliggörs kan man förutom intensitet av PD även få en god bild av vilken typ av PD somär aktiv. Problemet med fasupplösta PD-mönster är att de är mycket komplexa och svårtolkade. Genom att applicera statistiska metoder på fasupplösta PD-mönster har det i detta examensarbete undersökts om tolkningen kan förenklas. Resultaten visar på att de föreslagna metoderna har vissa fördelar då de kan kvantifiera tendenser som finns i mönstren. Metoderna har även stora begränsningar då egenskaperna i fasupplösta PDmönster ofta beror på många andra faktorer än bara de partiella urladdningarna i sig.</p>