Engr 308 CPH 3 MW CO2 comparison/es

Esta página es la compilación de un proyecto de investigación rápida en colaboración entre Engr308 Tecnología y Medio Ambiente (impartido por Lonny Grafman ) y la Administración de Instalaciones de Cal Poly Humboldt (CPH) durante el otoño de 2022. La responsable del cliente en este proyecto es Andrea Alstone, la Gerente de Energía de la Administración de Instalaciones de CPH.

El objetivo del curso de este proyecto es analizar el CO₂e incorporado _en varios tipos de sistemas fotovoltaicos en comparación con los ahorros potenciales de CO₂e _de la combinación de red actual en Cal Poly Humboldt (CPH). Esta pregunta surge de la Solicitud de Propuestas de CPH de 2022 para una microrred de 3 MW en el campus. Otro objetivo de los estudiantes fue crear comparaciones de CO₂e convincentes y relacionadas _para los consumidores.

investigación

La siguiente investigación compara y calcula el CO₂e incorporado _de varios tipos de paneles basándose en un estudio reciente (2021), la intensidad de CO₂e _de la red eléctrica actual de Cal Poly Humboldt, el potencial de producción de energía del conjunto de 3 MW (basado en los métodos de To Catch the Sun ) y las posibles compensaciones de CO₂e _de una microrred de 3 MW. Esto culmina en la comparación de las posibles compensaciones de CO₂e _de la microrred propuesta con los distintos tipos de paneles para calcular el tiempo de recuperación de CO₂e _en meses.

Esta investigación es gratuita, de código abierto y adaptable en https://docs.google.com/spreadsheets/d/1WH9XovvbbvYCipAKgsEgWIDC_OD5-B5rI2btIQIv8uc/edit?usp=sharing .

_CO₂e incorporado de los paneles

Para determinar el CO2e incorporado en diferentes tipos de paneles, nos basamos en gran medida en "Una evaluación comparativa del ciclo de vida de los módulos fotovoltaicos de silicio: Impacto del diseño del módulo, la ubicación de fabricación y el inventario" ^{[ 1 ].} "Este estudio [2021] cierra esta brecha de investigación al comparar los impactos ambientales de los módulos de silicio monocristalino (sc-Si) con lámina posterior de vidrio [G-BS] y vidrio-vidrio [GG] producidos en China, Alemania y la Unión Europea (UE), utilizando datos de inventario actuales."

Al escalar los hallazgos de ese estudio con el sistema propuesto de 3 MW en Copenhague, encontramos que el CO2e incorporado _en el panel GG de la UE fue de 1389 toneladas, el panel G-BS de la UE fue de 1587 toneladas, el panel GG de Alemania fue de 1720 toneladas, el panel G-BS de Alemania fue de 1918 toneladas, el panel GG de China fue de 2480 toneladas y el panel G-BS de China fue de 2679 toneladas, como se muestra en la Tabla 1

El mayor CO₂e incorporado _se registró en el panel G-BS de China, con 2679 toneladas de CO₂e incorporado _para el conjunto de 3 MW. El menor CO₂e incorporado _se registró en el panel GG de la UE, con 1390 toneladas de CO₂e incorporado _{para el conjunto de 3 MW. El límite del sistema para el CO₂e} incorporado incluye la producción, el transporte de materiales y el fin de vida útil, pero no incluye el resto del sistema, la instalación ni la operación. Por lo tanto, estos valores de CO₂e incorporado _son suficientes para comparar entre sistemas (que tendrán un resto de sistemas, instalaciones y operaciones similares).

Gridmix CO₂e

Para determinar el CO₂e _de la red actual de CPH, utilizamos el promedio ponderado de nuestra combinación de red actual (datos procedentes de https://reports.aashe.org/institutions/humboldt-state-university-ca/report/2020-05-07/OP/energy/OP-6/ ) con la intensidad promedio de CO₂e _para cada tipo de combustible (la mayoría de los datos proceden de https://unece.org/sed/documents/2021/10/reports/life-cycle-assessment-electricity-generation-options ). Descubrimos que nuestra red actual tiene una intensidad de CO₂e _de 0,343 toneladas de CO₂e _/ MWh, como se muestra en la Tabla 2.

_{Producción de energía y potencial de CO2e} evitado

Para determinar la compensación potencial de CO₂e _de la red, determinamos la producción de energía mensual promedio de la red de 3 MW y aplicamos la intensidad de CO₂e _de nuestra red actual. Los datos de insolación mensual provienen de NREL, se eligió un valor conservador del 90 % para la eficiencia del balance del sistema (BOS) y se aplicó un sombreado promedio del 2 % según las reuniones con el cliente. La tabla 3 muestra los valores mensuales de producción de energía y CO₂e evitado en toneladas. Se estimó que la producción anual total sería superior a 4000 MWh y el CO₂e anual total _evitado sería superior a 1400 toneladas.

Tiempo de recompra de _CO2e editar

Estos datos se combinaron para determinar cuánto tiempo tomaría recomprar el CO2e incorporado en varios tipos de paneles fotovoltaicos en comparación con la red actual de CPH. La figura 1 muestra estos datos combinados en una sola imagen.

Este estudio de módulos de lámina de vidrio con respaldo (G-BS) y vidrio-vidrio (GG) de la UE, China y Alemania comparó dos métricas: emisiones de dióxido de carbono y tiempo. Se concluyó que el CO₂e incorporado _en el panel GG de la UE fue de 1389 toneladas y el período de recompra fue de 11,5 meses. El CO₂e incorporado _en el panel G-BS de la UE fue de 1587 toneladas y el período de recompra fue de 14 meses. El CO₂e incorporado _en el panel GG de Alemania fue de 1720 toneladas y el período de recompra fue de 15,5 meses. El CO₂e incorporado _en el panel G-BS de Alemania fue de 1918 toneladas y el período de recompra fue de 16,5 meses. El CO₂e incorporado _en el panel GG de China fue de 2480 toneladas y el período de recompra fue de 20,5 meses. El CO₂e incorporado _en el panel G-BS de China fue de 2679 toneladas y el período de recompra fue de 22 meses

Los cálculos y supuestos utilizados para calcular estos resultados se pueden ver con más detalle en esta hoja de cálculo :https://docs.google.com/spreadsheets/d/1WH9XovvbbvYCipAKgsEgWIDC_OD5-B5rI2btIQIv8uc/edit?usp=sharing

Esta hoja de cálculo es específica del sitio, pero puede ser utilizada por otros interesados ​​en realizar análisis similares. Las entradas del usuario están resaltadas en amarillo y los cálculos en blanco. Se necesitan datos de matriz de cuadrícula e información de potencia del panel similares para aplicar la hoja de cálculo a diferentes campus.

presentación

Las siguientes diapositivas son de nuestra presentación final al cliente: https://docs.google.com/presentation/d/11gYHjBrmQFkhDH26e5PBzdSP02SDJQbHkzOqKovidGo/edit?usp=sharing

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Este fue un análisis rápido de un curso de educación general. Le sugerimos que haga una copia de la hoja de cálculo ^{[ 2 ]} y la evalúe usted mismo. A continuación, se presentan algunos aspectos a tener en cuenta:

• Nos basamos en un estudio para el CO2e incorporado en los tipos de paneles.
• No incluimos la mayoría de los componentes de CO2e incorporado que son específicos del sitio y los mismos (por ejemplo, llevar los paneles a Humboldt, instalación en el sitio, etc.).
• No incluimos la variabilidad del CO2e por tiempo de uso en nuestra mezcla de red, lo cual tendrá un impacto considerable al usar baterías para el desplazamiento de carga.
• Esto no consideró los costos de oportunidad, el valor futuro del dinero ni nada más que un simple tiempo de recompra de dióxido de carbono.

Comparaciones convincentes

Los estudiantes crearon varias comparaciones convincentes de CO2 para atraer a los consumidores. Los siguientes son algunos ejemplos de estudiantes de Engr308 Tecnología y Medio Ambiente durante el otoño de 2022.