Disseny i aplicació del protocol d'instal·lació d'energia fotovoltaica en edificis aïllats de la xarxa elèctrica al PNAP

En el perímetre del parc es troben gran nombre d’edificacions amb mancances de subministrament elèctric per la gran dispersió de la població de la comarca. L’objectiu d’aquest estudi és desenvolupar un protocol per determinar la viabilitat de l’energia fotovoltaica en edificis aïllats i aplicar-la de forma pilot a dos edificis gestionats pels responsables del Parc Natural de l’Alt Pirineu: el Centre de Logística i Manteniment (CLM) i el Refugi del Fornet. Aquests han estat escollits per la seva representativitat com a edificis aïllats de la xarxa elèctrica convencional. S’ha elaborat una metodologia pròpia, el Protocol d’instal·lació d’energia fotovoltaica en edificis aïllats de la xarxa elèctrica. S’ha realitzat una anàlisi de sensibilitats del dimensionat fotovoltaic davant la modificació de diversos paràmetres rellevants. Això ha permès determinar les característiques òptimes de viabilitat per als dos edificis en estudi i el cost de la instal·lació fotovoltaica (17.183€ el CLM i 164.815 € el Refugi del Fornet). Els resultats obtinguts en els dos edificis pilot han mostrat el gran cost relatiu entre l’energia fotovoltaica i l’energia elèctrica produïda a partir de combustibles fòssils.

Instal·lació d'energia fotovoltaica d'una casa de colònies

Els objectius d'aquest projecte són el disseny d'una instal·lació fotovoltaica connectada a xarxa que sigui capaç de produir la mateixa quantitat d’energia que consumeix la casa de colònies a on es troba ubicada. La particularitat d’aquesta instal·lació serà que els generadors fotovoltaics aniran sobra una plataforma giratòria que seguirà el sol buscant sempre la millor i major producció energètica. El control d'aquesta estructura anirà a càrrec d'un autòmat programable. Aprofitant l'existència de panells fotovoltaics, s'ha dissenyat un sistema d’acumulació d’energia de 2 kW de potència que dotarà de corrent una línia que, en cas de falla en el sistema d’alimentació general, es mantindrà ininterrompuda. Aquesta línia serà de 230 V i està dissenyada per tenir una autonomia de 2 hores

Sistematització de la implementació i gestió de sistemes solars a l'Amazònia equatoriana

A l’Amazònia equatoriana existeixen diverses experiències de projectes d’electrificació rural aïllada mitjançant tecnologia solar fotovoltaica els quals estan malmesos i abandonats. Aquest fet no implica que l’energia solar fotovoltaica no sigui una tecnologia apropiada, sinó que mostra que molt sovint no s’han tingut en compte criteris de sostenibilitat i gestió en les etapes de disseny i implementació dels projectes realitzats. El projecte té com a objecte sistematitzar la implementació i gestió de sistemes solars a l’Amazònia equatoriana mitjançant un Manual de Bones Pràctiques. L’abast del projecte comprèn des de la recopilació d’informació sobre l’entorn i problemàtiques dels sistemes solars malmesos, fins a la redacció del propi Manual de Bones Pràctiques. S’estudien tant sistemes d’electrificació individuals com comunitaris

The dynamics of the Swiss electricity market : three essays

Executive Summary Electricity is crucial for modern societies, thus it is important to understand the behaviour of electricity markets in order to be prepared to face the consequences of policy changes. The Swiss electricity market is now in a transition stage from a public monopoly to a liberalised market and it is undergoing an "emergent" liberalisation - i.e. liberalisation taking place without proper regulation. The withdrawal of nuclear capacity is also being debated. These two possible changes directly affect the mechanisms for capacity expansion. Thus, in this thesis we concentrate on understanding the dynamics of capacity expansion in the Swiss electricity market. A conceptual model to help understand the dynamics of capacity expansion in the Swiss electricity market is developed an explained in the first essay. We identify a potential risk of imports dependence. In the second essay a System Dynamics model, based on the conceptual model, is developed to evaluate the consequences of three scenarios: a nuclear phase-out, the implementation of a policy for avoiding imports dependence, and the combination of both. We conclude that the Swiss market is not well prepared to face unexpected changes of supply and demand, and we identify a risk of imports dependence, mainly in the case of a nuclear phase-out. The third essay focus on the opportunity cost of hydro-storage power generation, one of the main generation sources in Switzerland. We use and extended version of our model to test different policies for assigning an opportunity cost to hydro-storage power generation. We conclude that the preferred policies are different for different market participants and depend on market structure.

Energy Management for Stand-Alone Renewable Energy Systems (E-MAN-RES). Simulacions de sistemes.

L’objecte del present informe és la descripció dels treballs duts a terme en l’Activitat 2 del projecte E-MAN-RES: models de simulació i càlcul per optimització i anàlisi de sensibilitat de la gestió de la demanda, per part de la Universitat Politècnica de Catalunya.

Análisis de viabilidad técnica-económica del parque eólico Altos de Peralta

RESUMEN La energia eolica se considera una forma indirecta de energia solar. Entre el 1 y 2% de la energia proveniente del sol se convierte en viento, debido al movimiento del aire ocasionado por el desigual calentamiento de la superficie terrestre. La energia cinetica del viento puede transformarse en energia util, tanto mecanica como electrica. La energia eolica, transformada en energia mecanica ha sido historicamente aprovechada, pero su uso para la generacion de energia electrica es mas reciente, en respuesta a la crisis del petroleo y a los impactos ambientales derivados del uso de combustibles. El objetivo principal de este trabajo es hacer un analisis de viabilidad desde un punto de vista tecnico y economico de un parque eolico situado en el municipio de Barasoain (Navarra). Desde el punto de vista tecnico se han estudiado los aspectos constructivos del parque considerando sus diferentes infraestructuras de obra civil y electrica asi como los niveles de recurso eolico. En el ambito economico y financiero se han analizado los aspectos y ratios mas relevantes que definen un proyecto de estas caracteristicas asi como el modelo de financiacion elegida basada en el Project- Finance. Entre las conclusiones mas destacadas de este proyecto cabe destacar la contribucion de la construccion del parque al desarrollo social y economico de la zona donde queda ubicado contribuyendo a la creacion de puestos de trabajo, tanto en la fase de construccion como de explotacion y una perfecta armonia con condicionantes medioambientales de la zona. El analisis tecnico realizado nos indica la viabilidad tecnica del parque tanto desde el punto de vista de recurso eolico como la idoneidad para poder evacuar la energia producida. Por otro lado, los resultados obtenidos cumplen perfectamente con los estandares requeridos por los financiadores de los parques y resultando ser muy atractivos para sus accionistas

Optimal management of microgrids

Desenvolupament dels models matemàtics necessaris per a controlar de forma òptima la microxarxa existent als laboratoris del Institut de Recerca en Energia de Catalunya. Els algoritmes s'implementaran per tal de simular el comportament i posteriorment es programaran directament sobre els elements de la microxarxa per verificar el seu correcte funcionament.. Desenvolupament dels models matemàtics necessaris per a controlar de forma òptima la microxarxa existent als laboratoris del Institut de Recerca en Energia de Catalunya. Els algoritmes s'implementaran per tal de simular el comportament i posteriorment es programaran directament sobre els elements de la microxarxa per verificar el seu correcte funcionament.

Business Sphere, Vol. 20, no.1

Wind power is the fastest growing source of energy in the nation. New installations have expanded total U.S. generating capacity by 45 percent and injected over $9 billion in new investments into the economy in 2007. These new wind projects accounted for about 30 percent of the entire new power-producing capacity added nationally in 2007. According to our figures at the American Wind Energy Association, installed wind power capacity in the U.S. is now over 16,800 megawatts, and the future looks bright. With every wind turbine that goes up, America’s dependence on fossil fuels for power generation goes down. Wind energy represents a tremendous opportunity to use a non-polluting, inexhaustible source to meet our electric power needs.

Electrical and optical properties of Zn-In-Sn-O transparent conducting thin films

Indium tin oxide (ITO) is one of the widely used transparent conductive oxides (TCO) for application as transparent electrode in thin film silicon solar cells or thin film transistors owing to its low resistivity and high transparency. Nevertheless, indium is a scarce and expensive element and ITO films require high deposition temperature to achieve good electrical and optical properties. On the other hand, although not competing as ITO, doped Zinc Oxide (ZnO) is a promising and cheaper alternative. Therefore, our strategy has been to deposit ITO and ZnO multicomponent thin films at room temperature by radiofrequency (RF) magnetron co-sputtering in order to achieve TCOs with reduced indium content. Thin films of the quaternary system Zn-In-Sn-O (ZITO) with improved electrical and optical properties have been achieved. The samples were deposited by applying different RF powers to ZnO target while keeping a constant RF power to ITO target. This led to ZITO films with zinc content ratio varying between 0 and 67%. The optical, electrical and morphological properties have been thoroughly studied. The film composition was analysed by X-ray Photoelectron Spectroscopy. The films with 17% zinc content ratio showed the lowest resistivity (6.6 × 10 - 4 Ω cm) and the highest transmittance (above 80% in the visible range). Though X-ray Diffraction studies showed amorphous nature for the films, using High Resolution Transmission Electron Microscopy we found that the microstructure of the films consisted of nanometric crystals embedded in a compact amorphous matrix. The effect of post deposition annealing on the films in both reducing and oxidizing atmospheres were studied. The changes were found to strongly depend on the zinc content ratio in the films.

Reuse of Lime Sludge from Water Softening and Coal Combustion Byproducts, TR-459, 2004

Disposal of lime sludge remains a major challenge to cities in the Midwest. Disposal of lime sludge from water softening adds about 7-10% to the cost of water treatment. Having effective and safe options is essential for future compliance with the regulations of the State of Iowa and within budget restrictions. Dewatering and drying are essential to all reuse applications as this affects transportation costs and utility. Feasibility tests were conducted on some promising applications like SOx control in power generation facilities that burn coal, replacement of limestone as an ingredient in portland cement production, dust control on gravel roads, neutralization of industrial wastewater pH, and combination with fly ash or cement in construction fill applications. A detailed report and analysis of the construction fills application is presented in the second half of the report. A brief discussion of the results directly follows.

Selective ablation of photovoltaic materials with UV laser sources for monolithic interconnection of devices based on a-Si:H

Lasers are essential tools for cell isolation and monolithic interconnection in thin-film-silicon photovoltaic technologies. Laser ablation of transparent conductive oxides (TCOs), amorphous silicon structures and back contact removal are standard processes in industry for monolithic device interconnection. However, material ablation with minimum debris and small heat affected zone is one of the main difficulty is to achieve, to reduce costs and to improve device efficiency. In this paper we present recent results in laser ablation of photovoltaic materials using excimer and UV wavelengths of diode-pumped solid-state (DPSS) laser sources. We discuss results concerning UV ablation of different TCO and thin-film silicon (a-Si:H and nc-Si:H), focussing our study on ablation threshold measurements and process-quality assessment using advanced optical microscopy techniques. In that way we show the advantages of using UV wavelengths for minimizing the characteristic material thermal affection of laser irradiation in the ns regime at higher wavelengths. Additionally we include preliminary results of selective ablation of film on film structures irradiating from the film side (direct writing configuration) including the problem of selective ablation of ZnO films on a-Si:H layers. In that way we demonstrate the potential use of UV wavelengths of fully commercial laser sources as an alternative to standard backscribing process in device fabrication.

Pienvesivoimalanmallinnus ja jakeluverkkovaikutusten tarkastelu

Tässä työssä simuloitiin Valkealassa sijaitsevaa Tirvan pienvesivoimalaitosta ja sen vaikutusta sähkönjakeluverkkoon. Pienvesivoimalaitos mallinnettiin PSCAD-ympäristöön verkko- ja voimalaitostietojen perusteella. Sähköverkko kuvattiin malliin koko 110 kV:n siirtävän verkon ja Tirvan pienjänniteverkon väliltä. Mallin avulla tehtiin sarja hajautettua sähköntuotantoa koskevia tarkasteluita. Tarkasteluissa huomattiin voimalaitoksen verkkoonliitynnän aiheuttavan standardien ylärajoilla olevan transienttisen muutoksen voimalaitoksen jännitteisiin. Työssä tehtiin yksityiskohtaisempi jännitehäviöiden mittaus voimalaitoksen pullonkaulana toimivalle pienitehoiselle jakelumuuntajalle. Tuotannon lisäämisen yhteydessä näkyvän yllättävän jännitteen laskun syyt paikannettiin muuntajalla tapahtuviin loistehon siirrosta johtuviin ylimääräisiin jännitehäviöihin. Voimalaitoksella ei ole merkittävää vaikutusta vikatilanteiden virtoihin.

Energiataseen hallinta ja optimointi metsäteollisuusintegraatissa

Diplomityö on tehty UPM-Kymmene Oyj, Kaukaan tehtailla Lappeenrannassa. Integroidussa metsäteollisuudessa energiantuotanto koostuu yleensä sähkön- ja lämmöntuotannosta. Kaukaan tehtailla prosessien lämmöntarve saadaan katettua kokonaisuudessaan omalla tuotannolla, kun taas kulutetusta sähköstä ainoastaan puolet on tuotettu itse. Loput sähköntarpeesta joudutaan ostamaan ulkopuolelta. Tutkimuksen pääpaino on ollut selvittää, miten kustannukset ovat riippuvaisia energiantuotannosta erilaisissa käyttöolosuhteissa. Työn tuloksena on luotu tietokonepohjainen laskentamalli, jonka avulla Kaukaan tehtaiden energiantuotantoa voidaan ohjata taloudellisesti optimaalisimmalla tavalla kulloinkin vallitsevassa käyttötilanteessa. Lisäksi tutkimuksessa on analysoitu tehdasintegraatin lämmönkulutuksen seurannan mahdollisuuksia lämmönsiirtoverkon nykyisten mittausten perusteella. Työssä on kerrottu yleisesti metsäteollisuuden energiankulutuksesta Suomessa. Lisäksi on esitetty arvioita energiankulutuksen kehityksestä tulevaisuudessa sekä keinoja energiatehokkuuden parantamiseksi. Kaukaan tehtailla lämmönkulutuksen seurantaan käytettävät mittausmenetelmät ja -laitteet on esitelty virtausmittausten osalta sekä arvioitu nykyisten mittausten luotettavuutta ja riittävyyttä kokonaisvaltaisen lämpötaseen hallintaan. Kaukaan tehtaiden energiantuotantojärjestelmästä on luotu termodynaaminen malli, johon energiantuotannosta aiheutuneiden kustannusten laskenta perustuu. Energiantuotannon optimoinnilla pyritään määrittelemään tietyn tarkasteluhetken käyttötilanteessa taloudellisesti optimaalisin kattiloiden ajojärjestys. Tarkastelu on rajattu lämmöntuotannon lisäämisen osalta maakaasun käytön lisäämiseen ja höyryturbiinien ohitukseen. Sähkön ja maakaasun hinnan sekä ympäristön lämpötilan vaihtelujen vaikutusta optimaaliseen ajojärjestykseen on havainnollistettu esimerkkien avulla.

Kaukolämpöveden jäähdytyksen parantaminen

Kaukolämpöverkoston lämpötilatason alentaminen kasvattaa sähkösaalista sähkön ja lämmön yhteistuotannossa, pienentää kaukolämpöverkon lämpöhäviöitä ja lisäksi hyvä jäähdytys tuo säästöjä kaukolämpöveden pumppausenergian kulutuksessa. Työssä selvitettiin laskennallisesti kaukolämpöveden lämpötilojen alentamisen vaikutuksia ja niiden tuomia säästöjä Kuopion Energian kaukolämpöjärjestelmässä. Tulokseksi saatiin, että laskemalla paluulämpötilaa yhdellä asteella nousee vuotuinen sähköntuotanto 0,1 %, pienenevät lämpöhäviöt 0,88 % ja pumppausenergian kulutus 7,7 %. Menolämpötilaa laskemalla vaikutukseksi saatiin 0,4 % lisää sähköä ja 0,79 % pienemmät lämpöhäviöt. Työssä käytetyillä sähkön hinnalla 92 mk/MWh ja lämmön hinnalla 61 mk/MWh saatiin tulokseksi, että alentamalla paluulämpötilaa asteella on kokonaishyöty noin 68 700 mk vuodessa ja menolämpötilaa alentamalla 71 500 mk. Asiakkaiden lämmönjakojärjestelmät aikaansaavat jäähdytyksen. Ongelmana on, etteivät nykyiset yleisesti käytössä olevat kaukolämpötariffit ohjaa asiakkaita riittävästi hyvään jäähdytykseen. Asiakkaan jäähdytysmotivaation parantamiseksi tulisi kehittää tariffijärjestelmä, joka selkeästi palkitsisi hyvästä jäähdytyksestä. Työssä selvitettiin asiakaskyselyllä asiakkaiden näkemyksiä nykyisestä kaukolämpötariffista ja mielenkiintoa uusiin tariffivaihtoehtoihin. Kyselyn perustella asiakkaat olisivat motivoituneita jäähdytyksen parantamiseen, jos lämmityskustannusten alennus olisi vähintään 10 %. Meno- ja paluulämpötilan alentamisen taloudellisia hyötyjä asiakasta kohti selvitettiin esimerkkitapauksella. Vertaamalla asiakkaan aikaansaamia taloudellisia hyötyjä hänen lämmityskustannuksiinsa, selvitettiin kuinka suuri alennusprosentti jäähdytyksestä palkitsevassa tariffissa voitaisiin tarjota. Työssä käytetyillä energian hinnoilla ja lämpötilojen alentamistapauksilla asiakkaalle voitaisiin tarjota jäähdytyksestä palkitsevassa tariffissa 1-2 % alennus lämmityskustannuksista.

Sähköntuotannon kannattavuus pienissä biopolttoainekattilalaitoksissa

Tässä diplomityössä selvitettiin sähköntuotannon kannattavuus pienissä biopolttoaineita käyttävissä laitoksissa. Työ jaettiin kahteen osaan. Ensimmäisessä osassa tarkasteltiin turbiini-investoinnin kannattavuutta Punkavoima Oy:n kattilalaitoksella. Toisessa osassa tutkittiin sähkön ja lämmön yhteistuotannon mahdollisuutta pienillä laitoksilla, joissa lämpökuorma muodostuu pienen kunnan kaukolämpöverkon mukaan. Punkavoima Oy tuottaa prosessihöyryä Finnforest Oyj:n Punkaharjun tehtaille ja kaukolämpöä Punkaharjun taajamaan. Uusi 30 MWth tehoinen kattilalaitos, jota ei varustettu turbiinilaitoksella, otettiin kaupalliseen käyttöön toukokuussa 2002.Tarkastelun kohteena oli 3 erilaista turbiinivaihtoehtoa. Mahdollinen tehtaiden höyrykuorman muutos otettiin myös huomioon. Toisessa osassa tutkittiin pienten laitosten soveltuvuutta lämmön ja sähkön yhteistuotantoon. Tarkastelun kohteena olleet vaihtoehdot olivat: ORC- prosessi (Organic Rankine Cycle), Novel- voimalaitos (puun kaasutus), Wärtsilä BioGrate- voimalaitos sekä höyrykone.