Bolivia is a developing country in South America. Many rural communities still lack access to electricity. The extension of the National Grid System to all rural communities is not feasible due to economic and topographic challenges as well as the environmental problems that may arise. To tackle these problems, Off-grid solutions are implemented. Photovoltaic (PV) panels combined with batteries are a viable option for areas located close to the equator and high altitudes such as Bolivia. Almost always a controlled source of energy such as Diesel generators must complement the PV system due to the stochastic nature of solar energy. The use of fossil fuel can be detrimental to the environment and more environmentally friendly solutions are being investigated. The use of wood pellets in Stirling engines is a viable replacement for Diesel generators. The purpose of this study is to investigate and compare the environmental impacts caused by two Off-grid hybrid systems. The first one is composed of a Diesel generator, PV panels, and batteries. The second one is composed of a Stirling engine, PV panels, and batteries. The study area chosen for this work is the community El Carmen, Pando, in Bolivia. A Life Cycle Assessment (LCA) model is carried out for the systems according to the 4 phases of the LCA methodology. First, individual LCA models for all midpoint impact categories are generated. Secondly, a comparative LCA between the two systems, both at midpoint and endpoint, is created. Finally, a sensitivity analysis is conducted to determine the robustness of the models. The individual midpoint analysis of both systems showed that the controlled part of the electricity production (i.e., the Diesel generator and the Stirling engine) generated the greatest impact in the categories Global warming, Stratospheric ozone depletion, Ionizing radiation, Ozone formation, Fine particulate matter formation, Terrestrial acidification, Human carcinogenic toxicity, Land use, Fossil fuel scarcity, and Water consumption. All the processes related to the PV panels generated a greater impact in all Ecotoxicity categories (terrestrial, marine, and freshwater), Eutrophication (freshwater and marine), and Human non-carcinogenic toxicity. The midpoint results of the comparative LCA are inconclusive. Each system received higher scores in certain categories and lower scores in others. No firm conclusion could be drawn regarding the identification of the more environmentally friendly alternative. The Diesel/PV/Batteries system dominated the Global warming, Tropospheric ozone formation, Fine particulate matter formation, Terrestrial acidification, and Fossil resource scarcity categories. The Stirling/PV/Batteries system showed a greater impact on Stratospheric ozone depletion, Ecotoxicity, Eutrophication, Human carcinogenic toxicity, Human non- carcinogenic toxicity, and Mineral resource scarcity. The endpoint damage assessment showed that the emissions and midpoint categories described had a greater impact on Human health and Resource scarcity in the case of the Diesel/PV/Batteries system. On the other hand, the Stirling/PV/Batteries system caused greater damage to the Ecosystem category. The sensitivity analysis was conducted in two scenarios for each system. In the first scenario, alteration of fuel transport distance, no significant changes were detected in all endpoint categories. In the second scenario, alteration of Diesel/Stirling Contribution, the model showed an increasing trend (~30% for the first system and ~25% for the second one) in all categories when the contribution of the controlled part of the electricity production was increased. / Bolivia är ett utvecklingsland i Sydamerika där många landsbygdssamhällen fortfarande saknar tillgång till elektricitet. En anslutning till det nationella kraftsystemet är inte genomförbar på grund av de ekonomiska och topografiska svårigheterna samt miljöproblemen som kan uppstå. För att ta itu med problemet måste decentraliserade lösningar hittas. Solcellspaneler i kombination med batterier utgör ett möjligt alternativ för avlägsna områden som befinner sig nära ekvatorn och vid höga höjder. Ett sådant system behöver dock ytterligare en kontrollerad energikälla för att tillgodose efterfrågan på grund av den ojämna tillgången på solenergi. Det vanligaste alternativet är dieselgeneratorer. Men förbränning av fossila bränslen påverkar klimatet och mer miljövänliga lösningar undersöks. Stirlingmotorer som använder träpellets skulle kunna ersätta dieselgeneratorn i kampen för en bättre miljö. Syftet med denna studie är att undersöka och jämföra miljöpåverkan av två hybridsystem. Det ena systemet består av en dieselgenerator, PV-paneler och batterier medan det andra systemet består av en Stirlingmotor, PV-paneler och batterier. Det utvalda studieområdet är samhället El Carmen, Pando, i Bolivia. En livscykelanalys (LCA) utförs för de två systemen enligt LCA-metodiken. Först, utförs individuella LCA för vardera system för alla påverkanskategorier vid midpoint. Sedan utförs en jämförande LCA mellan de två systemen för alla påverkanskategorier både vid midpoint och endpoint. Slutligen, utförs en känslighetsanalys för att testa systemens robusthet. Den individuella analysen vid midpoint för båda systemen påvisade att den kontrollerade delen av elproduktion, det vill säga dieselgeneratorn och Stirlingmotorn, genererade den största miljöpåverkan i kategorierna Global uppvärmning, Uttunning av ozonskiktet, Joniserande strålning, Bildning av marknära ozon, Bildning av partiklar, Försurning, Cancerframkallande humantoxicitet, Landanvändning, Brist på fossila resurser och Vattenförbrukning. Alla processerna kopplade till PV-elproduktionen genererade en större miljöpåverkan i kategorierna Ecotoxicitet (mark, söt- och havsvatten), Övergödning (såväl söt- som havsvatten) och Icke cancerframkallande humantoxicitet. Resultaten vid midpoint för den jämförande LCA är inte övertygande. Vardera system fick högre poäng i vissa kategorier men lägre poäng i andra. Ingen tydlig slutsats kunde dras angående identifieringen av det mer miljövänliga alternativet. Diesel/PV/Batteri-systemet dominerar kategorierna Global uppvärmning, Bildning av marknära ozon, Bildning av partiklar, Försurning och Brist på fossila bränslen medan Stirling/PV/Batteri-systemet påvisade större miljöpåverkan i kategorierna Uttunning av ozonskiktet, Ekotoxicitet, Övergödning, Cancerframkallande humantoxicitet och Brist på mineraltillgångar. Skadebedömningen vid endpoint påvisade att de redovisade utsläppen och midpoint- katergorierna har en större påverkan på människors hälsa och resursbrist i Diesel/PV/Batteris fall. Däremot påvisade det Stirling/PV/Batteri-systemet en större påverkan på ekosystemet. Känslighetsanalysen utfördes i två scenarier. I det första scenariot ändrades avståndet för bränsletransport. Ingen signifikant skillnad påvisades i någon av de tre endpoint- kategorierna. I det andra scenariot, Diesel/Stirling insats, påvisades en ökande trend (~30% för första systemet och ~25% för det andra) i alla endpoint-kategorier med ökandet av insatsen från den kontrollade delen av elproduktion.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-299637 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Seres, Sandu |
| Publisher | KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0178 seconds