Brayton-Stirling-Membrane Distillation systems for clean energy and water access in rural Bolivia
Tid: On 2024-06-05 kl 13.00
Plats: F2, Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Energiteknik
Respondent: Luis Antonio Choque Campero , Kraft- och värmeteknologi, Energy technology
Opponent: Professor Juha Kaikko, Lappeenranta-Lahti University of Technology
Handledare: Professor Andrew R. Martin, Kraft- och värmeteknologi; Dr Wujun Wang, Kraft- och värmeteknologi
Abstract
Avlägsna landsbygder i utvecklingsländer står inför stora utmaningar när det gäller tillgång till stabil energiförsörjning och rent vatten. Denna avhandling presenterar en utredning av ett innovativt koncept, Brayton-Stirling-membrandestillation (BSMD) kraftvärme, för att samtidigt tillhandahålla el och vatten med fokus på småskaliga, lokala applikationer på landsbygden i Bolivia.
BSMD-systemet kombinerar Brayton- och Stirlingcykler för att utnyttja termisk energi från förbränning av lokalt tillgänglig jordbruksbiomassa. Värmeenergin från förbränningen utnyttjas kaskadkopplat i cyklerna, där även restvärme på låg temperatur används för att driva vattenrening genom membrandestillation.
Termodynamiska analyser visade att systemets prestanda varierar från 100-200 kW producerad el och upp till 0,7 m3/h dricksvatten. Parametrar som turbinens inloppstemperatur, tryckförhållande, regeneratorns effektivitet och arbetsmedium påverkar värme- och kraftverkningsgraden. Turbinens inloppstemperatur hade störst effekt på både el- och vattenproduktion.
Flermålsoptimering med icke-linjär programmering (MNLP) användes för att optimera systemets effekt, med hänsyn till faktorer som turbinens inloppstemperatur, vattenbehov och elbehov. Resultaten visar systemets förmåga att uppfylla dubbla mål, efterfrågan på el och rent vatten, samtidigt som man minimerar överskottseffekt och underskott.
Avhandlingen utökar konceptet genom att integrera PV-paneler, batterier och BSMD-systemet. Geografisk mångfald beaktades, vilket betonade systemets anpassningsförmåga till varierande solinstrålning, temperatur och höjd.
Ekonomiska indikatorer för tre byar med cirka 500 personer presenteras, inklusive jämförande kostnad för elektricitet (LCOE) och jämförande kostnad för rent vatten (LCOW). Systemet saknar för närvarande ekonomisk bärkraft, men pågående teknisk utveckling och komponentintegrering kan leda till kostnadsreduktioner i framtiden.