Future Energy Systems

Doktorandkurs
Kursnamn: Future Energy Systems
Omfattning (högskolepoäng): 7.5
Start och slutdatum: April 2015 to June 2015
Huvudområde: Energy Engineering
Forskarutbildningsämne: Energy Engineering
Examinator (Namn, mail, tel):
Konstantinos Kyprianidis; konstantinos.kyprianidis@mdh.se ; +46 (0) 21 15 1765
Lärare (Namn, mail, tel):
Konstantinos Kyprianidis; konstantinos.kyprianidis@mdh.se ; +46 (0) 21 15 1765
Raza Naqvi; raza.naqvi@mdh.se ; +46 (0) 21 15 1795
Sebastian Schwede; sebastian.schwede@mdh.se ; +46 (0) 21 10 7360
Värdademi: EST
Forskarutbildningssamordnare: Pablo Camacho Sanhueza
Information om obligatorium:
Each module will be examined separately, by means of coursework, group design
project and seminar.
It is important to note that most of the coursework will take place during and/or
between the scheduled training sessions discussed within this document. During
these intermediate working periods, course participants will be expected to
work on e.g. individual or group project assignment and read course literature.
N.B. The course targets doctoral candidates within Energy Engineering or
related disciplines studying at MDH or other universities. Exceptional MSc
students may also be considered for admittance. Participants from industry are
particularly welcome.
Litteratur:
The literature for the course is:
Module 1 – Biomass Gasification and Co-generation Systems:
1. P. Basu, 2010, ‘’Biomass Gasification and Pyrolysis – Practical Design’’, 2nd
Edition, ISBN: 978-0-12-374988-8.
2. H.A.M. Knoef (editor), 2012, ‘’Handbook Biomass Gasification’’, 2nd Edition, BTG
Biomass Technology Group.
Module 2 – Gas Turbine Technology:
3. H.I.H. Saravanamuttoo, G.F.C. Rogers, H. Cohen, P. Straznicky, 2008, “Gas Turbine
Theory”, 6th Ed., Pearson Education Canada, ISBN-13: 978-0132224376.
4. P. Walsh and P. Fletcher, 2004, “Gas Turbine Performance”, 2nd Ed., WileyBlackwell, ISBN-13: 978-0632064342.
Module 3 – Anaerobic Digestion Systems:
5. Gerardi, M.H., 2003. “The microbiology of anaerobic digesters”, Wastewater
microbiology series. Wiley-Interscience, Hoboken, N.J.
6. Weiland, P., 2010. “Biogas production: current state and perspectives”. Applied
Microbiology and Biotechnology 85, 849–860.
7. Ward, A.J., Hobbs, P.J., Holliman, P.J., Jones, D.L., 2008. “Optimisation of the
anaerobic digestion of agricultural resources”. Bioresource Technology 99, 7928–
7940.
8. Holm-Nielsen, J.B., Al Seadi, T., Oleskowicz-Popiel, P., 2009. “The future of
anaerobic digestion and biogas utilization”. Bioresource Technology 100, 5478–
5484.
Module 4 – Carbon Capture and Storage:
9. IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage. ISBN-13 978-0521-86643-9 hardback. http://www.ipcc.ch/pdf/specialreports/srccs/srccs_wholereport.pdf
10. Leung, D., Caramanna, G., Maroto-Valer, M. 2014. An overview of current status
of carbon dioxide capture and storage technologies. Renewable and Sustainable
Energy Reviews (39), 426-443.
Innehållsbeskrivning (högst 500 ord):
Purpose: To familiarize yourself with different types of energy production and
consumption systems, and develop an understanding of the current state-of-theart and future technology developments.
Language: The course will be held in English.
Organization and workload: The course comprises 5 week-long training
sessions (modules) spread throughout the academic year. Lectures will be given
by the module leaders as well as invited lectures from industry and academia. All
lectures will take place at Mälardalen University in Västerås. The course workload is approximately 5 weeks of full-time study, corresponding to 7.5 Swedish
higher education credits (hec). Each module is worth 1.5hec and students are
therefore expected to devote no less than 40hrs of study per module (incl.
lecture time).
Goals
Overall, the participants should gain knowledge on the current state-of-the-art of
energy production and consumption systems and future technology
developments.
With regard to specific technologies, after completing the course students
should:
-
Module 0 – Introduction to Energy Systems:
o Be able to describe the basic constituents of an overall energy system.
o Appreciate the major energy flows
o Have an understanding of modern heat and power generation systems
Have an understanding of the major economic and environmental
drivers in energy system development.
Module 1 - Biomass Gasification and Co-generation Systems:
o Appreciate the fundamentals of biomass gasification systems.
o Have an understanding of gasification-based co-generation plants.
o Be able to develop biomass gasification projects.
Module 2 – Gas Turbine Technology:
o Have basic knowledge of the different applications of gas turbine
systems.
o Be able to carry out basic performance calculations.
o Have an understanding of gas turbine steady-state performance
o Appreciate the major gas turbine operability issues.
o Appreciate the fundamental principles of gas turbine multi-disciplinary
conceptual design and techno-economic environmental risk analysis.
o Have an understanding of basic measurement techniques and their use
within test-bed diagnostics and in-service health management.
o Have a good knowledge of the current gas turbine technology state-ofthe-art.
o Have an understanding of future gas turbine technology developments.
Module 3 - Anaerobic Digestion Systems:
o Elaborate principle knowledge about the anaerobic digestion process.
o Become acquainted with important process parameters to understand
and evaluate the process performance.
o Learn about the fields of application regarding the substrates, digestion
systems and biogas and digestate utilization.
o Compare trends in anaerobic digestion between different countries.
Module 4 - Carbon Capture and Storage Systems:
o Have basic knowledge on climate change mitigation technologies
o Be able to learn technical approaches to Carbon capture
o Describe the current status of Carbon capture and storage technology
o Understand the technical challenges for commercialization
o
-
-
-
-
The course is also intended to help establish connections and professional
networks among the participants.
Technical content
A brief outline of the topics that will form this course is given below.
Module 0 – Introduction to Energy Systems:




Description of the overall energy system (production, transportation, utilisation)
Energy flows
Modern heat and power generation systems
Major economic and environmental drivers in energy system development
Module 1 – Biomass Gasification and Co-generation Systems:





Thermal conversion of biomass,
Types of gasifiers,
Working of biomass gasification integrated with CHP systems,
Energy systems of Syngas based biofuel production,
Current status of gasification technology.
Module 2 – Gas Turbine Technology:





Day 1: Applications and basic performance calculations,
Day 2: Steady-state performance and operability,
Day 3: Introduction to multi-disciplinary conceptual design and technoeconomic environmental risk analysis,
Day 4: Basic measurement techniques, diagnostics and health management,
Day 5: Current state-of-the-art and future technology developments.
Module 3 – Anaerobic Digestion Systems:





Process description and process parameters,
Substrates,
Digestion systems ,
Biogas and digestate utilization,
Trends in different countries.
Module 4 – Carbon Capture and Storage:





Introduction to climate change and carbon capture and storage
Sources of CO2
CO2 transportation
Storage options
Techno-economic barriers for large scale deployment
Mål
Sätt kryss (X) vid mål som kursen kommer att uppfylla
Kunskap och förståelse
För licentiatexamen ska doktoranden:
X__ visa kunskap och förståelse inom forskningsområdet, inbegripet aktuell
specialistkunskap inom en avgränsad del av detta samt fördjupad kunskap i
vetenskaplig metodik i allmänhet och det specifika forskningsområdets metoder
i synnerhet.
För doktorsexamen ska doktoranden:
X__ visa brett kunnande inom och en systematisk förståelse av
forskningsområdet samt djup och aktuell specialistkunskap inom en avgränsad
del av forskningsområdet, och
X__ visa förtrogenhet med vetenskaplig metodik i allmänhet och med det
specifika forskningsområdets metoder i synnerhet.
Färdighet och förmåga
För licentiatexamen ska doktoranden:
X__ visa förmåga att kritiskt, självständigt och kreativt och med vetenskaplig
noggrannhet identifiera och formulera frågeställningar, att planera och med
adekvata metoder genomföra ett begränsat forskningsarbete och andra
kvalificerade uppgifter inom givna tidsramar och därigenom bidra till
kunskapsutvecklingen samt att utvärdera detta arbete,
X__ visa förmåga att i såväl nationella som internationella sammanhang muntligt
och skriftligt klart presentera och diskutera forskning och forskningsresultat i
dialog med vetenskapssamhället och samhället i övrigt, och
X__ visa sådan färdighet som fordras för att självständigt delta i forsknings- och
utvecklingsarbete och för att självständigt arbeta i annan kvalificerad
verksamhet.
För doktorsexamen ska doktoranden:
X__ visa förmåga till vetenskaplig analys och syntes samt till självständig kritisk
granskning och bedömning av nya och komplexa företeelser, frågeställningar och
situationer,
X__ visa förmåga att kritiskt, självständigt, kreativt och med vetenskaplig
noggrannhet identifiera och formulera frågeställningar samt att planera och med
adekvata metoder bedriva forskning och andra kvalificerade uppgifter inom
givna tidsramar och att granska och värdera sådant arbete,
X__ med en avhandling visa sin förmåga att genom egen forskning väsentligt
bidra till kunskapsutvecklingen,
X__ visa förmåga att i såväl nationella som internationella sammanhang muntligt
och skriftligt med auktoritet presentera och diskutera forskning och
forskningsresultat i dialog med vetenskapssamhället och samhället i övrigt,
X__ visa förmåga att identifiera behov av ytterligare kunskap, och
X__ visa förutsättningar för att såväl inom forskning och utbildning som i andra
kvalificerade professionella sammanhang bidra till samhällets utveckling och
stödja andras lärande.
Värderingsförmåga och förhållningssätt
För licentiatexamen ska doktoranden:
__ visa förmåga att göra forskningsetiska bedömningar i sin egen forskning,
X__ visa insikt om vetenskapens möjligheter och begränsningar, dess roll i
samhället och människors ansvar för hur den används, och
X__ visa förmåga att identifiera sitt behov av ytterligare kunskap och att ta
ansvar för sin kunskapsutveckling.
För doktorsexamen ska doktoranden:
X__ visa intellektuell självständighet och vetenskaplig redlighet samt förmåga att
göra forskningsetiska bedömningar, och
X__ visa fördjupad insikt om vetenskapens möjligheter och begränsningar, dess
roll i samhället och människors ansvar för hur den används.