Towards design of sustainable energy systems in developing countries: Centralized and localized options
Gelişmekte olan ülkelerde sürdürülebilir enerji sistemleri tasarımına doğru: Merkezi ve yerel seçenekler
- Tez No: 878996
- Danışmanlar: PROF. DR. BHAVIK RAMESH BAKSHI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: The Ohio State University
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 342
Özet
Gelişmekte olan ülkelerdeki enerji kullanımının önümüzdeki beş yıl içinde gelişmiş ülkelerdeki talebi eşitlemesi ve aşması öngörülüyor. Çevre sorunları, tükenmesi ve fosil yakıtların fiyat dalgalanmaları konusundaki artan endişeler, enerji talebini çevre dostu ve sürdürülebilir bir şekilde karşılama çabalarını zorluyor. Bu nedenle, bu artan enerji talebini sürdürülebilir bir şekilde karşılamak için optimum enerji karışımını üreten merkezi ve yerelleştirilmiş seçeneklerden oluşan enerji sistemleri tasarlamak esastır. Bu çalışmada, analiz edilen iki merkezi temiz kömür (CCC) teknolojisi ve üç yerelleştirilmiş enerji teknolojisi seçeneği aracılığıyla“Rampura köyündeki enerji talebi sürdürülebilir bir şekilde nasıl karşılanabilir?”sorusunu yanıtlamaya çalışıyoruz. Bu enerji teknolojilerinin analizini, bağışçı tarafı analiz tekniği emerji analizi (EA) ve kullanıcı tarafı analiz tekniği yaşam döngüsü değerlendirmesi (LCA) ortak kullanımı yoluyla gerçekleştiriyoruz. Böyle bir enerji kombinasyonunun sürdürülebilirliği, yenilenemez veya satın alınan girdilerden ziyade yenilenebilir girdilere güvenmesine bağlıdır. CCC teknolojileri, satın alınan dış girdilere neredeyse %100 bağımlı olan sürdürülemez enerji sistemleridir. Ancak, CCC teknolojilerinin artan verimliliği ve önemli ölçüde daha düşük çevresel etkileri, kömürün bir enerji kaynağı olarak daha çevre dostu kullanımına yol açabilir. CCC teknolojileri, araştırılan yerelleştirilmiş enerji seçeneklerine kıyasla daha düşük bir fiyata elektrik sağlar. Analiz edilen yerelleştirilmiş enerji seçenekleri arasında çok kristalli güneş fotovoltaik, yüzen tambur biyogaz sindirici ve aşağı akışlı biyokütle gazlaştırıcısı yer almaktadır. Güneş fotovoltaik en düşük su ve arazi kullanımına sahiptir, ancak güneş elektriği yüksek küresel ısınma potansiyeli (GWP) ile en yüksek fiyata sahiptir. Genel düşüncenin aksine, güneş elektriği oldukça yenilenemezdir. Güneş enerjisi %100 yenilenebilir bir doğal kaynak olmasına rağmen, güneş panellerinin üretiminde kullanılan malzemeler çoğunlukla yenilenemez satın alınan girdilerdir ve bu da güneş elektriğinin düşük yenilenebilirliğine neden olur. En iyi sürdürülebilirlik sonuçları, anaerobik sindirimde tam kapasite çalışması ve biyokütle gazlaştırmada tek yakıt modu (SFM) çalışması için elde edilir. Her iki işlem için de, düzgün bir şekilde çalıştırılırlarsa elektrik maliyeti 2-3 kat azalır. Ancak, Rampura'daki biyokütle gazlaştırıcısını SFM'de çalıştırmak için yeterli ipomea yoktur, bu nedenle analiz edilen biyokütle gazlaştırıcısı için optimum çalışma şeması ideal çift yakıt modu (DFM) çalışmasıdır. Rampura köyü ve alt sistemlerinin emerji analizi, sürdürülebilirliğin hem köyde hem de alt sistem seviyelerinde elde edilemediğini ortaya koymaktadır çünkü bunlar yenilenemeyen malzeme ve enerji girdilerine oldukça bağımlıdır. Rampura'daki genel sürdürülebilirliği iyileştirmek için, satın alınan girdilere (yem, gübre ve dizel) ve yenilenemeyen pişirme yakıt odununa olan bağımlılık azaltılmalıdır. Rampura'daki enerji talebini karşılamada, biyogaz pişirme ve %70 biyogaz pişirme senaryoları, dikkate alınan tüm hedeflerde elektrik seçeneklerinden daha iyi performans göstermektedir. Asgari arazi ve su kullanım hedefleri dışında, elektrik-RM ve elektrik-GM senaryoları örtüşmektedir ve performans açısından önemli bir farka sahip değildir. Bu sonuçlara dayanarak, Rampura'daki enerji talebini karşılamak için en iyi seçenek, tüm pişirme enerjisini doğrudan biyogaz kullanarak karşılamak olacaktır. Ancak, %70 biyogaz pişirme senaryosu, hem enerji talebini çevreye zarar vermeden karşıladığı hem de Rampura halkının kültürel ihtiyaçlarını karşıladığı için daha pratik bir seçenek olabilir. Pişirmenin %30'u geleneksel şekilde geliştirilmiş biyokütle pişirme sobaları kullanılarak gerçekleştirildiğinde, biyogaz potansiyeli Rampura'daki kalan tüm enerji talebini (pişirme, aydınlatma ve sulama için %70) karşılamaya yetecek hale gelir, dolayısıyla enerji güvenliği ve güvenilirliği sağlanır. Dahası, pişirme için biyogaz kullanmak, daha fazla tarımsal kalıntının yem olarak kullanılabilir olmasını sağlar ve aşırı odunsu biyokütle hasadından kaynaklanan çevre üzerindeki baskıyı azaltır. Ek olarak, inek gübresinden kaynaklanan CH4 emisyonları, biyogaz üretimi yoluyla önlenirken bölgedeki sanitasyon iyileştirilir. Verimsiz pişirme sobalarıyla pişirmeyle ilgili sera gazı emisyonları da biyogaz ve geliştirilmiş biyokütle pişirme sobaları kullanılarak önemli ölçüde azaltılır. Gelişmekte olan ülkelerdeki enerji talebi artan refah ve tüketicilikle birlikte artmaya tabidir. Bu artan enerji talebi yakın gelecekte gelişmekte olan ülkelerin kırsal kesimlerinde bile merkezi enerji seçeneklerinin kullanılmasını gerektirecektir. Bu talebi karşılamak için merkezi temiz kömür teknolojilerinden yararlanmak enerjiyle ilgili çevre sorunlarını, özellikle küresel ısınmayı önemli ölçüde azaltabilir. Ayrıca, bilinçli ve yenilenebilir enerji odaklı tüketim kalıplarını benimseyerek, bu bölgelerin taşıma kapasitesinin ötesinde tüketimden kaçınmak küresel düzeyde sürdürülebilirliğe ulaşmaya ve gelişmekte olan ülkelerdeki çevresel yükleri ve sorunları hafifletmeye katkıda bulunabilir.
Özet (Çeviri)
Energy use in developing countries is projected to equal and exceed the demand in developed countries in the next five years. Growing concern about environmental problems, depletion and price fluctuation of fossil fuels pushes the efforts for meeting energy demand in an environmentally friendly and sustainable way. Hence, it is essential to design energy systems consisting of centralized and localized options that generate the optimum energy mix to meet this increasing energy demand in a sustainable manner. In this study, we try to answer the question,“How can the energy demand in Rampura village be met sustainably?”via two centralized clean coal (CCC) technology and three localized energy technology options analyzed. We perform the analysis of these energy technologies through joint use of donor-side analysis technique emergy analysis (EA) and user-side analysis technique life cycle assessment (LCA). Sustainability of such an energy combination depends on its reliance on renewable inputs rather than non-renewable or purchased inputs. CCC technologies are unsustainable energy systems dependent on purchased external inputs almost 100%. However, increased efficiency and significantly lower environmental impacts of CCC technologies can lead to more environmentally benign utilization of coal as an energy source. CCC technologies supply electricity at a lower price compared to the localized energy options investigated. Localized energy options analyzed include multi-crystalline solar PV, floating drum biogas digester and downdraft biomass gasifier. Solar PV has the lowest water and land use, however, solar electricity has the highest price with a high global warming potential (GWP). Contrary to general opinion, solar electricity is highly non-renewable. Although solar energy is a 100% renewable natural resource, materials utilized in the production of solar panels are mostly non-renewable purchased inputs causing the low renewability of solar electricity. Best sustainability results are obtained for full capacity operation in anaerobic digestion and for single fuel mode (SFM) operation in biomass gasification. For both of the processes, cost of electricity reduces 2-3 times if they are operated properly. However, there is not enough ipomea to run the biomass gasifier in SFM in Rampura, hence optimum operation scheme is ideal dual fuel mode (DFM) operation for the biomass gasifier analyzed. Emergy analysis of Rampura village and its subsystems reveal that sustainability is not achieved both at the village and in the subsystems levels since they are highly dependent on non-renewable material and energy inputs. To improve the overall sustainability in Rampura, dependency on purchased inputs fodder, fertilizer and diesel, non-renewable cooking fuel wood should be reduced. In satisfying energy demand in Rampura, biogas cooking and 70% biogas cooking scenarios perform better than electricity options in all of the objectives considered. Other than minimum land and water use objectives, electricity-RM and electricity-GM scenarios overlapand do not have a significant difference in terms of performance. Based on these results, the best option to meet the energy demand in Rampura would be to meet all the cooking energy with direct use of biogas. However, 70% biogas cooking scenario may be a more practical option since it both satisfies energy demand in an environmentally benign manner and satisfies the cultural needs of Rampura people. When 30% of cooking is performed by utilizing improved biomass cook stoves in the traditional way, the biogas potential becomes enough to meet all the remaining energy demand (70% of cooking, lighting and irrigation) in Rampura, hence energy security and reliability are ensured. Furthermore, utilizing biogas for cooking enables more agricultural residues to be available as fodder and eases the pressure on environment due to excessive woody biomass harvesting. Additionally, CH4 emissions from cow dung are avoided via production of biogas while the sanitation improves in the area. The GHG emissions related to cooking with inefficient cook stoves are also significantly mitigated through the use of biogas and improved biomass cook stoves. Energy demand in developing countries is subject to increase with increasing prosperity and consumerism. This increasing energy demand will necessitate the utilization of centralized energy options even in the rural areas of developing countries in the near future. Utilizing centralized clean coal technologies to meet this demand can ease energy related environmental problems, especially global warming significantly. And, adopting conscious and renewable energy oriented consumption patterns, avoiding consumption beyond the carrying capacity of these regions can contribute to achieve global level sustainability and ease the environmental burdens and problems in the developing countries.
Benzer Tezler
- Yüzer güneş enerjisi sistemleri: Enerji verimliliği açısından yüzer güneş enerjisi sistemlerinin dizayn optimizasyonu
Floating photovoltaic systems: Design optimization of floating solar systems in terms of energy efficiency
MUSTAFA MESUT BOZOK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖNDER GÜLER
- Sürdürülebilir proje teslim sistemi için Türkiye'de yapılan inşaat projelerine yönelik model önerisi
Sustainable project delivery system model for the construction projects in Turkey
DİNÇER AYDIN
- Sürdürülebilir cephe tasarımı eğitiminin iyileştirilmesi için uygulama projesi dersi kapsamında model önerisi, İTÜ örneği
A modal proposal in the scope of construction project course for bettering sustainable building envelope design education, ITU case
ELİF SARPAŞAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Eğitim ve Öğretimİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. FATİH YAZICIOĞLU
- Sürdürülebilir yüzer kent park modeli: Fethiye örneği
Sustainable floating urban park model: The case of Fethiye
BÜŞRA CESUR DURMAZ
Doktora
Türkçe
2023
EnerjiSüleyman Demirel Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEKİ AY
PROF. DR. ATİLA GÜL
- Kullanım odaklı ürün-hizmet sistemlerinde talebe etki eden faktörlerin değerlendirilmesi ve örnek sistem tasarımı
Evaluation of factors influencing customer acceptance of use-oriented systems and a system design example
SENA UĞUR
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
İşletmeİstanbul Teknik Üniversitesiİşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HÜR BERSAM BOLAT