Despite the country's rural electrification programme, kerosene is the predominant source for lighting, and unsustainable and polluting woody biomass is virtually the only option available for cooking. The rural population also struggles with unsafe drinking water in terms of widespread arsenic contamination of well water. The present work has taken an integrated approach in an attempt to mitigate problems through small-scale polygeneration, a concept linking renewable energy sources to these energy needs via novel energy conversion systems. Anaerobic digesters (AD) for biogas production are promising in the rural setting, and field surveys have identified problems in the construction, maintenance and operation of existing AD, particularly in overall performance of household digesters. Based on these results, a number of operational and technological improvements are suggested for employing digesters in polygeneration units. This study also examines one approach for small-scale, low cost arsenic removal in groundwater through air gap membrane distillation, a thermally-driven water purification technology. Integration of biogas production with power generation and water purification is an innovative concept that lies at the core of feasibility analyses conducted in this work. One of the case studies presents a new concept for integrated biogas based polygeneration and analyzes the techno-economic performance of the scheme for meeting the demand of electricity, cooking energy and safe drinking water of 30 households in a rural village of Bangladesh. The specific technologies chosen for the key energy conversion steps are as follows: plug-flow digester; internal combustion engine; and membrane distillation. One major concern is local feedstock availability for the digester, since a single feedstock is impractical to serve both cooking, lighting and water purification systems. In this circumstance solar PV could be a potential option for integrated hybrid systems. / Bangladesh har varit föremål för en svår energikris (bristande el- och gasnät) de senaste tre decennierna. Landsbygden, som innefattar 75 % av befolkningen, har varit särskilt drabbad. Trots landets elektrifieringsprogram av landsbygden är fotogenlampor den företrädande ljuskällan, medan förorenande och ohållbar träbaserad biomassa är praktiskt taget det enda alternativet för matlagning. Landsbygden kämpar samtidigt mot osäkert dricksvatten, på grund av utbredd arsenikförgiftning av brunnsvatten, med negativa hälsoeffekter som följd. Tillgång till ren energi och säkert dricksvatten är verkliga behov bland de fattiga på landsbygden, för ökad välfärd. Detta arbete antar ett integrerat tillvägagångssätt för att försöka lösa dessa problem genom småskalig polygenerering. Detta koncept länkar samman förnyelsebara energikällor av biomassa och sol med energibehoven, genom nya energiomvandlingssystem. Anaerobiska rötkammare för biogasproduktion är lovande för landsbygdsmiljö, även om det för närvarande råder en betydande klyfta mellan den tekniska och kostandseffektiva potentialen och faktisk implementering på grund av bristande tekniskt kunnande och tillgång på råmaterial, höga installations- och driftkostnader, och begränsade användartillämpningar. Intervjuundersökningar visar på problem i konstruktion, underhåll och drift av befintliga anaerobiska rötkammare. Särskilt den generella prestandan hos hushållsrötkammare identifieras som bristfällig. Utifrån dessa resultat föreslås en rad drift- och teknikförbättringar för att utnyttja rötkammare i polygenereringssystem. Denna studie undersöker även en metod för småskalig och kostnadseffektiv arsenikrening av grundvatten genom membrandestillation med luftspalt (Air Gap Membrane Distillation, AGMD), vilket är en termiskt driven vattenreningsteknik. Resultat från en experimentell undersökning visar att den undersökta AGMD-prototypen är kapabel att uppnå utmärkt separationseffektivitet med hänsyn till arsenikrening. Parametriska studier med fokus på varierande kylvattentemperatur illustrerar möjligheten att integrera AGMD-teknik i diverse termiska system. Integrering av biogasproduktion med kraftproduktion och vattenrening är ett innovativt koncept som utgör kärnan av förstudierna utförda i detta arbete. En av studierna visar ett nytt koncept för biogasbaserad polygenerering och analyserar den techno-ekonomiska prestandan av metoden för att möta efterfrågan av elektricitet, matlagningsvärme och säkert dricksvatten för 30 hushåll i en Bangladeshisk by på landsbygden. De specifika tekniker som valts för energiomvandlingsstegen är följande: plugg-flödesrötkammare, förbränningsmotor och en AGMD-enhet. Termodynamisk utvärdering inklusive mass- och energibalans av systemet undersöktes tillsammans med produktionskostnaden för elektricitet, matlagningsgas, och säkert dricksvatten. Även återbetalningsperiod och internräntan undersöktes. För att bemöta energi- och arsenikproblemen i Bangladesh, indikerar resultaten att detta polygenereringssystem är mycket mer konkurrenskraftigt och lovande (med avseende på produktionskostnaderna) jämfört med andra tillgängliga tekniker. Ett viktigt problem för rötkammaren är tillgången till lokalt råmaterial, eftersom en ensam källa till råmaterial är opraktiskt för att tillgodose efterfrågan från både matlagning, belysning och vattenrening. I detta fall kan solceller vara ett potentiellt alternativ för integrerade hybridsystem. Teknisk värdering och optimering har genomförts för elektricitet med verktyget HOMER (Hybrid Optimization of Multiple Energy Resources), för ett polygenereringssystem beläget i byn Panipara i Faridpur. Resultaten visar att systement kan tillgodoses det dagliga elektricitetsbehovet och samtidigt producera 0.4 m3 matlagningsbränsle och 2-3 L/person rent dricksvatten. Kostnadsuppskattningar visar att denna metod är högst gynnsam jämfört med andra förnyelsebara alternativ (t ex vind-, vatten-, biobränslebaserad- eller geotermisk energi). / <p>QC 20170419</p> / SIDA – the Swedish International Development Cooperation Agency, Department for Research Cooperation, SAREC- project no. SWE-2011-135 / STEM-Fjärrsyn project 2014
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-205556 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Khan, MD. Ershad Ullah |
| Publisher | KTH, Kraft- och värmeteknologi, Stockholm |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Doctoral thesis, comprehensive summary, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-KRV, 1100-7990 ; 17/01 |
Page generated in 0.003 seconds