| dc.description.abstract | Verden står ovenfor store klimautfordringer hvor nye varme-, tørke- og regnrekorder kommer årlig. Det er en enighet blant forskere om at det vil være katastrofalt om klodens gjennomsnitts-temperatur økter med 2oC. For å unngå dette har De forente nasjoner (FN) satt konkrete mål for å begrense klimagassutslippene. Ett av målene er å gi alle mennesker pålitelig og bærekraftig energi. For å kunne nå disse målene er det nødvendig å finne alternative løsninger for høsting og lagring av energi.
Elektrifisering er sentralt for å unngå bruk av fossile energikilder. Norge er svært opptatt av elektrifisering på mange områder, spesielt transportsektoren, hvor etterspørselen øker. En måte å skaffe elektrisitet på, er å høste energi fra vann, noe Norge har lett tilgang til. Med tanke på klima må vannressursene utnyttes på en mer effektiv måte.
Dersom en eller flere boliger kunne generere elektrisitet fra vann de allerede har tilgang til på tomtene sine, kan dette gi ett godt alternativ for tilgang på energi. De økte strømprisene vil kunne gjøre dette til en økonomisk gunstig løsning til tross for installasjons og driftskostnader. Fra gammelt ble vann utnyttet ved vannhjul for å drive kvernsteiner som kvernet kortnet til mel. Det finnes forskjellige typer vannhjul som er tilpasset forskjellige typer vannstrøm og terreng. Vannhjul ble under den industrielle revolusjonen byttet ut med turbiner som er mer effektive og er det som benyttes mest av i Norge i dag. Norge har flere hydroanlegg hvor mange er svært inngripende i naturen
Masteroppgaven har som målsetting å finne en alternativ løsning for å høste energi fra vann. Dette kan skje i rurale og avsidesliggende strøk, uten å være invaderende for naturen. I tillegg er muligheten av batterilagring av den høstede energien fra hydroanlegget undersøkt, dette vil også være aktuelt for andre bærekraftige energikilder. Oppgaven har undersøke hvordan denne type høsting og lagring av energi kan benyttes i én til tre fritidsbolig, med eventuell lading av elbiler til disse bolig.
For at prosjektarbeidet skulle kunne bli gjennomført innfor den eksisterende tidsrammen på å en god og sikker måte, ble prosessen kartlagt i tre hoved-trinn. Trinnene består av en utredningsfase, utviklingsfase og analyse- og ferdigstillingsfasen. Utredningsfasen avdekker det historiske perspektivet og hvordan nåtidssituasjonen er. I tillegg går den igjennom ulike aktører, markedsanalyse og potensialet til oppgaven. Det er også gjort en oppdragsspesifisering med konkrete mål og planlegging.
I utredningsfasen er det gjennomgått forskjellige metoder som benyttes for å kunne gjennomføre prosjektet. Metodene som er presentert er IPD, Pugh sin metodikk, QFD, SCAMPER, modul-bygging og funksjonsanalyse. Integrert produktutvikling (IPD) sikrer at viktige punkter ikke er glemt og kartlegger derfor elementer som bør tas med i produktutviklingen. Pughs metodikk systematiserer problemstillinger og utviklingstrinn alk at avgjørelser ble tatt tidlig i prosessen. Quality Function Deployment, eller QFD, er ett hjelpemiddel som definer kundens behov og krav, og overfør dette til kvalitetsplanlegging.
SCAMPER, er et akronym for ulike trinn for å komme seg videre i prosessen, og er benyttet blant annet ved løsningsutredninger og ved «kreativ fast-kjøring». Modulisering er benyttet på for å utnytte symmetrien og standardisering av utformingen på løsningsforslag. I tillegg er funksjonsanalysen presentert – som systematiserer produktfunksjoner grafisk.
Det teoretiske grunnlaget, som er relevant for å løse oppgaven, er redegjort i siste del av utredningsfasen. Utredelsen av teori og teknologi er nødvendig for å bidra til en tilstrekkelig forståelse og danne grunnlag for arbeidet. Teorien innenfor elektrisitet, kjemisk lagring, teknologiløsningen av vannhjul og turbiner er redegjort for i teorigrunnlaget.
I utviklingsfasen er produktspesifiseringene gjennomgått. Der er det satt spesifikke mål for å danne grunnlag for krav til produktløsningen. Produktmålene og ønskede produktegenskaper er presentert og vektlagt. Funksjonene er strukturert ved hjelp av funksjonsanalysen for best å nå hovedmålet. Etter analysefasen er funksjonene dekomponert til løsningsalternativer som er evaluert i oversiktlige tabeller og vurdert i en egenscreening som gir grunnlag for konseptet.
For å kartlegge nødvendige dimensjoner for produktet er det gjort grove grunnlagsberegninger. Dette ga innsikt i produktets størrelse og form som er nødvendig for å generere og høste ønsket effekt og energi. Fra disse tallene ble det 3D tegnet konseptløsninger. Det er utført ekspert- og eksterntesting for å få tilbakemeldinger på produktet og sikre kvaliteten.
Løsningskonseptet for mikrohydroanlegget er et overfalsvannhjul som generer en effekt på over 7 kW, som fører til at anlegget leverer 5 kW. Vannhjulet har en radius på 0,5m og er 0,8m bredt. Vannhjulet består av 12 skovler som er 0,2 m dype. Hjulet består av stabilisatorringer, eiker, nav, aksel, generator, girboks og lagerhus med lager. Batteriskapet er designet for å holde 23 stk. av aktuelle type batterier, og skapet er 2,3 m høyt, 1,0 m bredt og 0,5 m dypt. Batteriskapet er satt sammen av 4 stålprofiler som holder stålveggene sammen.
Det er laget et kostnadsestimat av produktet, som viser at ved produksjon vil produktet være økonomisk gunstig å kjøpe. Prototypen er fremstilt i ulike omgivelser for å illustrere hvordan den kan se ut. I tillegg er det laget en logo og varemerke som identifiserer produktet og illustrerer dens formål.
Videre arbeid er grundigere kartlegging av løsningsalternativer og vurderinger for produktet. I tillegg må det gjennomføres grundigere beregninger og analyser av produktløsningen. Utrede sikkerheten rundt løsningsalternativene og designe beskyttelsesskur for vannhjulet og batteriskapet. I tillegg er det nødvendig med utredning av nødvendige løsninger for sensorer og alarmer, samt andre elektriske komponenter. Det burde utvikles en prototype, eller en skalamodell, og utføre testing for å kunne verifisere data. | |
| dc.description.abstract | The world is facing major climate challenges, with annual records for heat, drought, and rain. There is an agreement among scientists that it will be catastrophic if the globe's average temperature increases by 2oC. To avoid this has the United Nations (UN) set concrete goals to limit the emissions of greenhouse gas. One of the goals is to provide reliable and sustainable energy for all humans. In order to achieve these goals, there is a need to find alternative solutions for harvesting and storing energy.
Electrification is central to avoiding the use of fossil energy sources. Norway is very concerned about electrification in many areas, especially the transport sector, where the demand is increasing. One way to obtain electricity is to harvest energy from water, which Norway has an easy access to. Regarding the climate is it necessary to utilized water resources in a more efficient way.
If one or several homes could generate electricity from water which they easily have access to on their plot, then this could provide a good option for energy access. The increased electricity prices will be able to make this an economically favorable solution, despite the installation and operating costs. From ancient times, water was used with help from water wheels to drive millstones that ground the cardnet into flour. There are different types of water wheels that are adapted to different types of water flow and terrain. During the industrial revolution, water wheels were replaced by turbines, which are more efficient and are the one that is mostly used in Norway today. Norway has several hydro plants, many of which are very disruptive to the nature.
The master's thesis aims to find an alternative solution for harvesting energy from water. This can happen in rural and remote areas, without being invasive to nature. Additionally, is the possibility of battery storage of the harvested energy from the hydro plant, investigated, this will also be relevant for other sustainable energy sources. The task is to investigate how this type of energy harvesting and storage can be used in one to three holiday homes, with possible charging of electric cars for these homes.
In order for the project to be carried out within the existing time frame, in a good and safe way, the process was mapped out in three main stages. The steps consist of an investigation phase, development phase, and the analysis and finalization phase. The investigation phase reveals the historical perspective and what the current situation is like. In addition, it reviews various actors, market analysis and the potential the task has. The specifications for the assignment is defined, and concrete goals and planning to achieve them has been made.
Different methods that is used to carry out the project is reviewed in the investigation phase. The methods presented are IPD, Pugh's methodology, QFD, SCAMPER, module construction and function analysis. Integrated product development (IPD) ensures that important points are not forgotten and therefore maps elements that should be included in product development. Pugh's methodology systematizes issues and development steps, so that decisions is made early in the process. Quality Function Deployment, or QFD, is a tool that defines the customer's needs and requirements, and transfers this to quality planning.
SCAMPER is an acronym for various steps to progress in the process, and is used, for solution concepts and for "creative fast-tracking". Modularization is used to exploit the symmetry and standardization of the design of proposed solutions. In addition, the function analysis is presented - which graphically systematizes product functions.
The theoretical foundation, which is relevant for solving the task, is explained in the last part of the investigation phase. The investigation of theory and technology is necessary to contribute to a sufficient understanding and form the basis for the work. The theory within electricity, chemical storage, the technological solution of water wheels and turbines is explained in the theoreticalfoundation.
In the development phase, the product specifications are reviewed. There, specific targets have been set to form the basis for requirements for the product solution. The product goals and desired properties for the product, are presented and emphasized. The functions are structured by using the function analysis, to best achieve the main goal. After the analysis phase, the functions are decomposed into solution alternatives, that are evaluated in clear tables, and assessed in a self-screening that provides the basis for the concept.
In order to map the necessary dimensions for the product, rough basic calculations is made. This gave insight into the product's size and shape, which is necessary to generate and harvest the desired power and energy. From the result of the calculation is the concept solutions drawn in 3D. An expert and external testing has been carried out to get feedback on the product, and ensure quality.
The solution concept for the micro-hydro plant is an overshot water wheel that generates an power of more than 7 kW, which leads to the plant delivering 5 kW. The water wheel has a radius of 0.5m and is 0.8m wide. The water wheel consists of 12 blades which are 0.2 m deep. The wheel consists of stabilizer rings, spokes, hub, axle, generator, gearbox and bearing housing with bearings. The battery cabinet is designed to hold 23 pcs. of relevant type of batteries, and the cabinet is 2.3 m high, 1.0 m wide and 0.5 m deep. The battery cabinet is assembled from 4 steel profiles that hold the steel walls together.
A cost estimate of the product has been made, which shows that, upon production, the product will be economically advantageous to buy. The prototype is produced in different environments to illustrate how it might look. In addition, a logo and trademark has been created that identifies the product and illustrates its purpose.
Further work is more thorough mapping of solution alternatives, and assessments for the product. In addition, more thorough calculations and analyzes of the product solution must be carried out. Investigate the safety of the solution options and design protective sheds for the water wheel and the battery cabinet. Additionally, is it necessary to investigate the necessary solutions for sensors and alarms, as well as other electrical components. A prototype, or a scale model, should be developed and testing carried out to be able to verify data. | |
