Rural electrification in developing countries has become one of the greatest challenges for achieving global access to electricity—one of the United Nation’s sustainable development goals. Governments, international entities and private companies are tasked with improving the quality of life for people and reducing environmentally harmful emissions. Bolivia’s political agenda has been working in coordination with international cooperation organizations, and it has achieved great improvements in access to electricity in recent years. Different strategies and technologies have been used in the various climate scenarios that span Bolivia’s territory. Although more Bolivians have access to electricity than 10 years ago, insufficient knowledge, training, and follow-up from local and national actors (such as power producers, power distributors, and electricity service providers) prevent these solutions from operating as expected. This study explores the integration of a Stirling engine into a small power production system for use in remote rural areas. The Stirling engine is a well-known technology that can use local fuels to generate power and heat. Here two different hybrid power systems in three case studies are compared: the first system is using photovoltaic (PV) panels, batteries, and diesel engines and the second is using PV panels, batteries, and Stirling engines. In a sustainability analysis the environmental effects, economy, and performances—efficiency and reliability—of the two systems are compared. In addition, the study discusses the maintenance of the Stirling engine in Bolivia rural conditions. The study began by gathering data from 17 households in different communities, which had just obtained access to electricity. These communities are characterized by different environmental and climate conditions, which allows us to better understand how the systems operate under Bolivia’s varying climate and to consider the state of its economy and technical capacity. With the help of GIS (Geographical Information System) maps, three Bolivian communities were selected: Tirina, Tablani, and El Carmen. Six hybrid power system were simulated for these communities, two dynamic models per community. The comparison between the two systems shows that Stirling engine hybrid power system produces at least 7 Tons per year less CO2 emissions than the Diesel hybrid power system per community. The financial analysis used the levelized cost of electricity (LCOE) to show the two systems’ cost per kilowatt-hour (in USD). The LCOE of the Stirling system is higher than the diesel engine in the three communities. The net present value was calculated to reflect the costs of the initial investment, as well as maintenance, spare parts, and so on, over the duration of the study. Finally, performance of the two systems was analyzed through a simulated one-day dynamic test of both systems in the three communities. The two systems responded without problem to the communities’ power demands. These power demands have peaks between about 5 kW and 7 kW. / Landsbygdselektrifiering i utvecklingsländer har blivit en av de största utmaningarna för global tillgång till el - ett av FN: s mål för hållbar utveckling. Regeringar, internationella enheter och privata företag står inför utmaningen att förbättra livskvaliteten för människor och minska miljöfarliga utsläpp. Bolivias politiska agenda har handlat om att arbeta samordnat med internationella samarbetsorganisationer och har uppnått stora förbättringar avseende tillgången till el de senaste åren. Olika strategier och tekniker har använts i de olika klimatscenarierna som spänner över Bolivias territorium. Även om fler bolivianer har tillgång till el än för tio år sedan, förhindrar otillräcklig kunskap, utbildning och uppföljning från lokala och nationella aktörer (som kraftproducenter, kraftdistributörer och elsleverantörer) att dessa lösningar fungerar som förväntat. Denna studie undersöker integrationen av en Stirling-motor i ett litet kraftproduktionssystem för användning i avlägsna landsbygdsområden. Stirling-motorn är en välkänd teknik som kan använda lokala bränslen för att generera energitjänster. Här jämförs två olika hybridsystem i tre fallstudier: det första systemet har solcellspaneler (PV), batterier och dieselmotorer [1] och det andra har solcellspaneler, batterier och Stirling-motorer. I en hållbarhetsanalys jämförs de två systemens miljöeffekter, kostnader och prestanda - effektivitet och tillförlitlighet. Dessutom diskuterar studien underhållet av Stirling-motorn i landsbygden i Bolivia. Studien började med insamling av data från 17 hushåll i olika samhällen, som just hade fått tillgång till el,. Dessa samhällen kännetecknas av olika miljö- och klimatförhållanden, vilket gör det möjligt för oss att bättre förstå hur systemen fungerar under Bolivias varierande klimat och att ta hänsyn till läget för dess ekonomi och tekniska kapacitet. Med hjälp av GIS-kartor (Geographical Information System) valdes tre bolivianska samhällen ut: Tirina, Tablani och El Carmen. Sex hybridsystem simulerades för dessa samhällen, två dynamiska modeller per samhälle. Jämförelsen mellan de två systemen visar att Stirling-motorns hybridkraftsystem producerar minst 7 ton per år mindre koldioxidutsläpp än Diesel-hybridkraftsystemet för respektive samhälle. I den finansiella analysen användes ”levelized cost” för el (LCOE) för att visa de två systemens kostnad per kilowattimme (i USD). LCOE för Stirling-systemet är högre än dieselmotorn i de tre samhällena. Nettonuvärdet beräknades för att återspegla kostnaderna för den initiala investeringen, såväl som underhåll, reservdelar med mera under studiens varaktighet. Slutligen analyserades de två systemens prestanda genom ett simulerat dynamiskt test omfattande en dag för respektive system i de tre samhällena. De två systemen uppfyllde då utan problem samhällenas effektbehov. Dessa effektbehov har toppar mellan 5 kW och 7 kW.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-293905 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Choque Campero, Luis Antonio |
| Publisher | KTH, Tillämpad termodynamik och kylteknik, Stockholm |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Licentiate thesis, monograph, info:eu-repo/semantics/masterThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-AVL ; 2021:21 |
Page generated in 0.0023 seconds