Analysis of energy utilization in the grain mill sector in Karnataka

Energy is a major constituent of a small-scale industry such as grain mills. Based on a sample survey of several mills spread over Karnataka, a state in India, a number of energy analyses were conducted primarily to establish relationships and secondarily to look at them in more detail. Initially specific energy consumption (SEC) was computed for all industries so as to compare their efficiencies of energy use. A wide disparity exists in SEC among various grain mills. In order to understand the disparities better, regression analyses were performed on the variables energy and production, SEC and production, and energy/SEC with percentage production capacity utilization. The studies show that smaller range industries have lower capacity utilization. This paper also examines the energy savings possible by shifting industries from the lower production ranges to the next higher range (thereby utilizing installed production capacity optimally). This leads to an overall energy capacity saving of 23.12% for the foodgrain sector and 18.67% for the paddy dehusking subgroup. If this is extrapolated to the whole state, we obtain a saving of 55 million kWh.

A novel method to determine the FOCAL energy range

Determination of the energy range is an important precondition of focus calibration using alignment procedure (FOCAL) test. A new method to determine the energy range of FOCAL off-lined is presented in this paper. Independent of the lithographic tool, the method is time-saving and effective. The influences of some process factors, e.g. resist thickness, post exposure bake (PEB) temperature, PEB time and development time, on the energy range of FOCAL are analyzed.

Energy recovery from high-frequency clocks using DC-DC converters

Large digital chips use a significant amount of energy to distribute a multi-GHz clock. By discharging the clock network to ground every cycle, the energy stored in this large capacitor is wasted. Instead, the energy can be recovered using an on-chip DC-DC converter. This paper investigates the integration of two DC-DC converter topologies, boost and buck-boost, with a high-speed clock driver. The high operating frequency significantly shrinks the required size of the L and C components so they can be placed on-chip; typical converters place them off-chip. The clock driver and DC-DC converter are able to share the entire tapered buffer chain, including the widest drive transistors in the final stage. To achieve voltage regulation, the clock duty cycle must be modulated; implying only single-edge-triggered flops should be used. However, this minor drawback is eclipsed by the benefits: by recovering energy from the clock, the output power can actually exceed the additional power needed to operate the converter circuitry, resulting in an effective efficiency greater than 100%. Furthermore, the converter output can be used to operate additional power-saving features like low-voltage islands or body bias voltages. ©2008 IEEE.

Energy-aware dynamic route management for THAWS

In this research we focus on the Tyndall 25mm and 10mm nodes energy-aware topology management to extend sensor network lifespan and optimise node power consumption. The two tiered Tyndall Heterogeneous Automated Wireless Sensors (THAWS) tool is used to quickly create and configure application-specific sensor networks. To this end, we propose to implement a distributed route discovery algorithm and a practical energy-aware reaction model on the 25mm nodes. Triggered by the energy-warning events, the miniaturised Tyndall 10mm data collector nodes adaptively and periodically change their association to 25mm base station nodes, while 25mm nodes also change the inter-connections between themselves, which results in reconfiguration of the 25mm nodes tier topology. The distributed routing protocol uses combined weight functions to balance the sensor network traffic. A system level simulation is used to quantify the benefit of the route management framework when compared to other state of the art approaches in terms of the system power-saving.

Feasibility of combined wind-wave energy platforms

The European Union has set out an ambitious 20% target for renewable energy use by 2020. It is expected that this will be met mainly by wind energy. Looking towards 2050, reductions in greenhouse gas emissions of 80-95% are to be sought. Given the issues securing this target in the transport and agriculture sectors, it may only be possible to achieve this target if the power sector is carbon neutral well in advance of 2050. This has permitted the vast expansion of offshore renewables, wind, wave and tidal energy. Offshore wind has undergone rapid development in recent years however faces significant challenges up to 2020 to ensure commercial viability without the need for government subsidies. Wave energy is still in the very early stages of development so as yet there has been no commercial roll out. As both of these technologies are to face similar challenges in ensuring they are a viable alternative power generation method to fossil fuels, capitalising on the synergies is potentially a significant cost saving initiative. The advent of hybrid solutions in a variety of configurations is the subject of this thesis. A singular wind-wave energy platform embodies all the attributes of a hybrid system, including sharing space, transmission infrastructure, O&M activities and a platform/foundation. This configuration is the subject of this thesis, and it is found that an OWC Array platform with multi-MegaWatt wind turbines is a technically feasible, and potentially an economically feasible solution in the long term. Methods of design and analysis adopted in this thesis include numerical and physical modelling of power performance, structural analysis, fabrication cost modelling, simplified project economic modelling and time domain reliability modelling of a 210MW hybrid farm. The application of these design and analysis methods has resulted in a hybrid solution capable of producing energy at a cost between €0.22/kWh and €0.31/kWh depending on the source of funding for the project. Further optimisation through detailed design is expected to lower this further. This thesis develops new and existing methods of design and analysis of wind and wave energy devices. This streamlines the process of early stage development, while adhering to the widely adopted Concept Development Protocol, to develop a technically and economically feasible, combined wind-wave energy hybrid solution.

Modelling induction melting energy savings

Electromagnetic processing of liquid metals involves dynamic change of the fluid volume interfacing with a melting solid material, gas or vacuum, and possibly a different liquid. Electromagnetic field and the associated force field are strongly coupled to the free surface dynamics and the heat-mass transfer. We present practical modelling examples of the flow and heat transfer using an accurate pseudo-spectral code and the k-omega turbulence model suitable for complex and transitional flows with free surfaces. The 'cold crucible' melting is modelled dynamically including the melting front gradual propagation and the magnetically confined free surrounding interface. Intermittent contact with the water-cooled segmented wall and the radiation heat losses are parts of the complex problem.

Energy Management in UK Non-Domestic Buildings - a New Perspective to Provoke Reduced Carbon Emissions

Politicians, industry and the public generally accept the need for energy consumption to be cut to deliver climate change mitigation measures essential for us to avoid climate disaster. For non-domestic fuel users current energy policy has attempted to drive this through rational economic responses to energy cost pressures. This reliance on voluntary action has created an “Energy Inconsistency”, that is a marked difference between energy opportunities that have been proven technically viable, financially rational and retrofit feasible and those actually adopted. Other factors must therefore be involved to influence what appear to be simple carbon and cost saving opportunities. This paper presents a new approach to energy efficiency and consumption in non-domestic buildings, viewing attitudes and behaviours of building owners and users as the key driver of energy consumption. A new framework is proposed as a method to examine the impact of building ownership on the users’ and owners’ abilities to improve energy efficiency and consumption and identify opportunities to overcome the barriers inherent in these ownership structures.

Cross layer based protocols for energy aware and critical data delivery related applications using wireless sensor networks

Wireless Sensor Networks (WSNs) have been an exciting topic in recent years. The services offered by a WSN can be classified into three major categories: monitoring, alerting, and information on demand. WSNs have been used for a variety of applications related to the environment (agriculture, water and forest fire detection), the military, buildings, health (elderly people and home monitoring), disaster relief, and area or industrial monitoring. In most WSNs tasks like processing the sensed data, making decisions and generating emergency messages are carried out by a remote server, hence the need for efficient means of transferring data across the network. Because of the range of applications and types of WSN there is a need for different kinds of MAC and routing protocols in order to guarantee delivery of data from the source nodes to the server (or sink). In order to minimize energy consumption and increase performance in areas such as reliability of data delivery, extensive research has been conducted and documented in the literature on designing energy efficient protocols for each individual layer. The most common way to conserve energy in WSNs involves using the MAC layer to put the transceiver and the processor of the sensor node into a low power, sleep state when they are not being used. Hence the energy wasted due to collisions, overhearing and idle listening is reduced. As a result of this strategy for saving energy, the routing protocols need new solutions that take into account the sleep state of some nodes, and which also enable the lifetime of the entire network to be increased by distributing energy usage between nodes over time. This could mean that a combined MAC and routing protocol could significantly improve WSNs because the interaction between the MAC and network layers lets nodes be active at the same time in order to deal with data transmission. In the research presented in this thesis, a cross-layer protocol based on MAC and routing protocols was designed in order to improve the capability of WSNs for a range of different applications. Simulation results, based on a range of realistic scenarios, show that these new protocols improve WSNs by reducing their energy consumption as well as enabling them to support mobile nodes, where necessary. A number of conference and journal papers have been published to disseminate these results for a range of applications.

Energy efficiency potential in Jamaica: challenges, opportunities and strategies for implementation

Incluye Bibliografía

Componentistica avanzata per Impianti di Combustione a Biomassa

In un quadro internazionale di forte interesse verso uno sviluppo sostenibile e sfide energetiche per il futuro, il DIEM, in collaborazione con altri istituti di ricerca ed imprese private, sta progettando l’integrazione di componentistica avanzata su di una caldaia alimentata a biomasse. Lo scopo finale è quello di realizzare una caldaia a biomasse che produca energia in maniera più efficiente e con un impatto ambientale ridotto. L’applicazione è indirizzata inizialmente verso caldaie di piccola-media taglia (fino a 350 kW termici) vista la larga diffusione di questa tipologia di impianto. La componentistica in oggetto è: - filtro sperimentale ad alta efficienza per la rimozione del particolato; - celle a effetto Seebeck per la produzione di energia elettrica direttamente da energia termica senza parti meccaniche in movimento; - pompa Ogden per la produzione di energia meccanica direttamente da energia termica; La finalità dell’attività di ricerca è la progettazione dell’integrazione dei suddetti dispositivi con una caldaia a biomassa da 290 kW termici per la realizzazione di un prototipo di caldaia stand-alone ad impatto ambientale ridotto: in particolare, la caldaia è in grado, una volta raggiunte le condizioni di regime, di autoalimentare le proprie utenze elettriche, garantendo il funzionamento in sicurezza in caso di black-out o consentendo l’installazione della caldaia medesima in zone remote e prive di allaccio alla rete elettrica. Inoltre, la caldaia può fornire, tramite l'utilizzo di una pompa a vapore o pompa Ogden, energia meccanica per il pompaggio di fluidi: tale opportunità si ritiene particolarmente interessante per l'integrazione della caldaia nel caso di installazione in ambito agricolo. Infine, l'abbinamento di un filtro ad alta efficienza e basso costo consente l'abbattimento delle emissioni inquinanti, favorendo una maggiore diffusione della tecnologia senza ulteriori impatti sull'ambiente.

Applicazione della Metodologia LCA(Life Cycle Assesment): La sostenibilità ambientale di Impianti a Biomassa della regione Emilia Romagna

Lo studio che la candidata ha elaborato nel progetto del Dottorato di ricerca si inserisce nel complesso percorso di soluzione del problema energetico che coinvolge necessariamente diverse variabili: economiche, tecniche, politiche e sociali L’obiettivo è di esprimere una valutazione in merito alla concreta “convenienza” dello sfruttamento delle risorse rinnovabili. Il percorso scelto è stato quello di analizzare alcuni impianti di sfruttamento, studiare il loro impatto sull’ambiente ed infine metterli a confronto. Questo ha consentito di trovare elementi oggettivi da poter valutare. In particolare la candidata ha approfondito il tema dello sfruttamento delle risorse “biomasse” analizzando nel dettaglio alcuni impianti in essere nel Territorio della Regione Emilia-Romagna: impianti a micro filiera, filiera corta e filiera lunga. Con la collaborazione di Arpa Emilia-Romagna, Centro CISA e dell’Associazione Prof. Ciancabilla, è stata fatta una scelta degli impianti da analizzare: a micro filiera: impianto a cippato di Castel d’Aiano, a filiera corta: impianto a biogas da biomassa agricola “Mengoli” di Castenaso, a filiera lunga: impianto a biomasse solide “Tampieri Energie” di Faenza. Per quanto riguarda la metodologia di studio utilizzata è stato effettuato uno studio di Life Cycle Assesment (LCA) considerando il ciclo di vita degli impianti. Tramite l’utilizzo del software “SimaPro 6.0” si sono ottenuti i risultati relativi alle categorie di impatto degli impianti considerando i metodi “Eco Indicator 99” ed “Edip Umip 96”. Il confronto fra i risultati dell’analisi dei diversi impianti non ha portato a conclusioni di carattere generale, ma ad approfondite valutazioni specifiche per ogni impianto analizzato, considerata la molteplicità delle variabili di ogni realtà, sia per quanto riguarda la dimensione/scala (microfiliera, filiera corta e filiera lunga) che per quanto riguarda le biomasse utilizzate.

Riconversione degli impianti saccariferi per la valorizzazione della filiera agro-energetica: analisi di impatto sul comprensorio agricolo

Il presente lavoro trae origine dagli obiettivi e dalle relative misure applicative della riforma dell’OCM zucchero del 2006 e nello specifico dal Piano nazionale per la razionalizzazione e riconversione della produzione bieticolo-saccarifera approvato dal MIPAF nel 2007. Lo studio riguarda la riconversione dello zuccherificio di Finale Emilia (MO), di appartenenza del Gruppo bieticolo-saccarifero Co.Pro.B, in un impianto di generazione di energia elettrica e termica che utilizza biomassa di origine agricola per la combustione diretta. L'alimentazione avviene principalmente dalla coltivazione dedicata del sorgo da fibra (Sorghum bicolor), integrata con risorse agro-forestali. Lo studio mostra la necessità di coltivazione di 4.400 ettari di sorgo da fibra con una produzione annua di circa 97.000 t di prodotto al 75% di sostanza secca necessari per l’alimentazione della centrale a biomassa. L’obiettivo é quello di valutare l’impatto della nuova coltura energetica sul comprensorio agricolo e sulla economia dell’impresa agricola. La metodologia adottata si basa sulla simulazione di modelli aziendali di programmazione lineare che prevedono l’inserimento del sorgo da fibra come coltura energetica nel piano ottimo delle aziende considerate. I modelli predisposti sono stati calibrati su aziende RICA al fine di riprodurre riparti medi reali su tre tipologie dimensionali rappresentative: azienda piccola entro i 20 ha, media da 20 a 50 ha e grande oltre i 50 ha. La superficie di entrata a livello aziendale, se rapportata alla rappresentatività delle aziende dell’area di studio, risulta insufficiente per soddisfare la richiesta di approvvigionamento dell’impianto a biomassa. Infatti con tale incremento la superficie di coltivazione nel comprensorio si attesta sui 2.500 ettari circa contro i 4.400 necessari alla centrale. Lo studio mostra pertanto che occorre un incentivo superiore, di circa 80-90 €/ha, per soddisfare la richiesta della superficie colturale a livello di territorio. A questi livelli, la disponibilità della coltura energetica sul comprensorio risulta circa 9.500 ettari.

Whole ship energy optimization: the case study of a chemical tanker

La presente dissertazione investiga la possibilità di ottimizzare l’uso di energia a bordo di una nave per trasporto di prodotti chimici e petrolchimici. Il software sviluppato per questo studio può essere adattato a qualsiasi tipo di nave. Tale foglio di calcolo fornisce la metodologia per stimare vantaggi e miglioramenti energetici, con accuratezza direttamente proporzionale ai dati disponibili sulla configurazione del sistema energetico e sui dispositivi installati a bordo. Lo studio si basa su differenti fasi che permettono la semplificazione del lavoro; nell’introduzione sono indicati i dati necessari per svolgere un’accurata analisi ed è presentata la metodologia adottata. Inizialmente è fornita una spiegazione sul layout dell’impianto, sulle sue caratteristiche e sui principali dispositivi installati a bordo. Vengono dunque trattati separatamente i principali carichi, meccanico, elettrico e termico. In seguito si procede con una selezione delle principali fasi operative della nave: è seguito tale approccio in modo da comprendere meglio la ripartizione della richiesta di potenza a bordo della nave e il suo sfruttamento. Successivamente è svolto un controllo sul dimensionamento del sistema elettrico: ciò aiuta a comprendere se la potenza stimata dai progettisti sia assimilabile a quella effettivamente richiesta sulla nave. Si ottengono in seguito curve di carico meccanico, elettrico e termico in funzione del tempo per tutte le fasi operative considerate: tramite l’uso del software Visual Basic Application (VBA) vengono creati i profili di carico che possono essere gestiti nella successiva fase di ottimizzazione. L’ottimizzazione rappresenta il cuore di questo studio; i profili di potenza ottenuti dalla precedente fase sono gestiti in modo da conseguire un sistema che sia in grado di fornire potenza alla nave nel miglior modo possibile da un punto di vista energetico. Il sistema energetico della nave è modellato e ottimizzato mantenendo lo status quo dei dispositivi di bordo, per i quali sono considerate le configurazioni di “Load following”, “two shifts” e “minimal”. Una successiva investigazione riguarda l’installazione a bordo di un sistema di accumulo di energia termica, così da migliorare lo sfruttamento dell’energia disponibile. Infine, nella conclusione, sono messi a confronto i reali consumi della nave con i risultati ottenuti con e senza l’introduzione del sistema di accumulo termico. Attraverso la configurazione “minimal” è possibile risparmiare circa l’1,49% dell’energia totale consumata durante un anno di attività; tale risparmio è completamente gratuito poiché può essere raggiunto seguendo alcune semplici regole nella gestione dell’energia a bordo. L’introduzione di un sistema di accumulo termico incrementa il risparmio totale fino al 4,67% con un serbatoio in grado di accumulare 110000 kWh di energia termica; tuttavia, in questo caso, è necessario sostenere il costo di installazione del serbatoio. Vengono quindi dibattuti aspetti economici e ambientali in modo da spiegare e rendere chiari i vantaggi che si possono ottenere con l’applicazione di questo studio, in termini di denaro e riduzione di emissioni in atmosfera.

Analysis and modelling of the performance of technologies for flue gas treatment in Waste-to-Energy processes

Waste management represents an important issue in our society and Waste-to-Energy incineration plants have been playing a significant role in the last decades, showing an increased importance in Europe. One of the main issues posed by waste combustion is the generation of air contaminants. Particular concern is present about acid gases, mainly hydrogen chloride and sulfur oxides, due to their potential impact on the environment and on human health. Therefore, in the present study the main available technological options for flue gas treatment were analyzed, focusing on dry treatment systems, which are increasingly applied in Municipal Solid Wastes (MSW) incinerators. An operational model was proposed to describe and optimize acid gas removal process. It was applied to an existing MSW incineration plant, where acid gases are neutralized in a two-stage dry treatment system. This process is based on the injection of powdered calcium hydroxide and sodium bicarbonate in reactors followed by fabric filters. HCl and SO2 conversions were expressed as a function of reactants flow rates, calculating model parameters from literature and plant data. The implementation in a software for process simulation allowed the identification of optimal operating conditions, taking into account the reactant feed rates, the amount of solid products and the recycle of the sorbent. Alternative configurations of the reference plant were also assessed. The applicability of the operational model was extended developing also a fundamental approach to the issue. A predictive model was developed, describing mass transfer and kinetic phenomena governing the acid gas neutralization with solid sorbents. The rate controlling steps were identified through the reproduction of literature data, allowing the description of acid gas removal in the case study analyzed. A laboratory device was also designed and started up to assess the required model parameters.