Esta página es la compilación de un proyecto de investigación rápida en asociación entre Engr308 Technology and the Environment (impartido por Lonny Grafman ) y Cal Poly Humboldt (CPH) Facilities Management durante el otoño de 2022. El cliente líder en este proyecto es Andrea Alstone, Energy Responsable de Gestión de Instalaciones de CPH.
El objetivo del curso de este proyecto es analizar el CO 2e incorporado en varios tipos de energía fotovoltaica en comparación con los posibles ahorros de CO 2e de la combinación de red actual en Cal Poly Humboldt (CPH). Esta pregunta surge de la Solicitud de propuestas de 2022 de CPH para una microrred de 3 MW en el campus. Otro objetivo de los estudiantes fue crear comparaciones convincentes y relacionadas de CO 2e para los consumidores.
Contenido
Investigación
La siguiente investigación compara calcula el CO 2e integrado de varios tipos de paneles según un estudio reciente (2021), la intensidad de CO 2e de la red energética actual de Cal Poly Humboldt, el potencial de producción de energía de la matriz de 3 MW (basado en To Catch the Sun métodos), y las posibles compensaciones de CO 2e de una microrred de 3 MW. Esto culmina con la comparación de las posibles compensaciones de CO 2e de la microrred propuesta con los distintos tipos de paneles para calcular el tiempo de recompra de CO 2e en meses.
Esta investigación es gratuita, de código abierto y adaptable en https://docs.google.com/spreadsheets/d/1WH9XovvbbvYCipAKgsEgWIDC_OD5-B5rI2btIQIv8uc/edit?usp=sharing .
CO 2e 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 comparando los impactos ambientales de los módulos de lámina posterior de vidrio sc-Si [G-BS] y vidrio-vidrio [GG] producidos en China, Alemania y la Unión Europea (UE), utilizando datos de inventario actuales”.
Al ampliar los hallazgos de ese estudio con el sistema de 3MW propuesto en CPH, encontramos que el CO2e incorporado en el panel GG de la UE fue de 1.389 toneladas, el panel G-BS de la UE fue de 1.587 toneladas, el panel GG de Alemania fue de 1.720 toneladas, el G-BS de Alemania fue de 1.587 toneladas. El panel fue de 1.918 toneladas, el panel GG de China fue de 2.480 toneladas y el panel G-BS de China fue de 2.679 toneladas, como se muestra en la Tabla 1.
| Tipo de panel y origen | GG UE | G-BS UE | Alemania | G-BS Alemania | GG China | GB-BS China | unidades |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CO 2e incorporado por kW pico | 420 | 480 | 520 | 580 | 750 | 810 | kg CO 2e /kWp |
| CO 2e integrado en la matriz propuesta | 1.389 | 1.587 | 1.720 | 1.918 | 2.480 | 2.679 | tonelada CO 2e |
El mayor CO2e incorporado se registró en el panel G-BS de China con 2.679 toneladas de CO2e incorporado para el conjunto de 3MW. El CO2e incorporado más bajo se produjo en el panel EU GG con 1,3u9 toneladas de CO2e incorporado para el conjunto de 3MW. Los límites del sistema para el CO 2e incorporado incluyen la producción, el transporte de materiales y el final de su vida útil, pero no incluyen el equilibrio del sistema, la instalación ni la operación. Por lo tanto, estos CO 2e incorporados son suficientes para comparar entre sistemas (que tendrán un equilibrio similar de sistemas, instalaciones y operaciones).
Mezcla de rejilla CO2e
Para determinar el CO 2e de la red actual de CPH, utilizamos el promedio ponderado de nuestra combinación de red actual (datos obtenidos de https://reports.aashe.org/institutions/humboldt-state-university-ca/report/2020-05-07/ OP/energy/OP-6/ ) con la intensidad promedio de CO 2e para cada tipo de combustible (la mayoría de los datos provienen de https://unece.org/sed/documents/2021/10/reports/life-cycle-assessment-electricity- opciones de generación ). Descubrimos que nuestra red actual tiene una intensidad de CO 2e de 0,343 toneladas de CO 2e /MWh, como se muestra en la Tabla 2.
| CONTENIDO DE ENERGÍA DEL CSU | |||
| de SENA Etiqueta de Energía | 2018 | Intensidad de CO2e | |
|---|---|---|---|
| ENERGÍA | MEZCLA DE ENERGÍA | por tipo de combustible | |
| RECURSOS | (Actual) | (g CO2e/kWh) | |
| Renovable elegible | Fuente (cita) | ||
| -- Biomasa y residuos | 3,70% | 0 | Biomas EIA |
| -- Geotérmica | 3,70% | 2 | |
| -- Hidroeléctrica elegible | 0,10% | 13 | CEPE ACV 2021 |
| -- Solares | 11,20% | 28 | CEPE ACV 2021 |
| -- Viento | 10,30% | 21 | CEPE ACV 2021 |
| Carbón | 0% | 1095 | CEPE ACV 2021 |
| Gran Hidroeléctrica | dieciséis% | 147 | CEPE ACV 2021 |
| Gas natural | 55% | 513 | CEPE ACV 2021 |
| Nuclear | 0% | 6.4 | CEPE ACV 2021 |
| TOTAL | 100% | 311.1 | g CO2e/kWh |
| Total en toneladas por MWh | 0.343 | toneladas CO2e/MWh | |
Producción de energía y potencial de CO 2e evitado
Para determinar la posible compensación de CO 2e de la red, determinamos la producción de energía mensual promedio de la red de 3 MW y aplicamos la intensidad de CO 2e de nuestra red actual. Los datos de insolación mensual provienen de NREL, se eligió un conservador 90% para la eficiencia del equilibrio 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. La producción total anual se estimó en más de 4.000 MWh y el total anual de CO 2e evitado fue de más de 1.400 toneladas.
| Mes | Insolación (horas/día) | Duración del mes (días/mes) | Energía (MWh) | CO2e evitado mensualmente (ton CO2e/mes) |
|---|---|---|---|---|
| Enero | 2.893 | 31 | 237,3 | 81,4 |
| Febrero | 3.309 | 28 | 245.2 | 84.1 |
| Marzo | 3.876 | 31 | 317,9 | 109.0 |
| Abril | 4.664 | 30 | 370.2 | 126,9 |
| Puede | 5.248 | 31 | 430,5 | 147,6 |
| Junio | 6.084 | 30 | 482,9 | 165,6 |
| Julio | 5.212 | 31 | 427,5 | 146,6 |
| Agosto | 4.672 | 31 | 383.2 | 131,4 |
| Septiembre | 5.14 | 30 | 408.0 | 139,9 |
| Octubre | 4.249 | 31 | 348,5 | 119,5 |
| Noviembre | 3.185 | 30 | 252,8 | 86,7 |
| Diciembre | 2.664 | 31 | 218,5 | 74,9 |
| Total | 4122.7 | 1413.6 | ||
Tiempo de recompra de CO 2e
Estos datos se combinaron para determinar cuánto tiempo llevaría recomprar el CO2e incrustado en varios tipos de energía fotovoltaica en comparación con la red CPH actual. La Figura 1 muestra estos datos combinados en una imagen.
Este estudio de los módulos Glass-Back Sheet (G-BS) y Glass-Glass (GG) de la UE, China y Alemania comparó dos métricas: emisiones de dióxido de carbono y tiempo. Se concluyó que el CO 2e incrustado en el panel EU GG fue de 1.389 toneladas y el período de recompra fue de 11,5 meses. El CO 2e incrustado en el panel EU G-BS fue de 1.587 toneladas y el período de recompra fue de 14 meses. El CO 2e incrustado en el panel GG de Alemania fue de 1.720 toneladas y el período de recompra fue de 15,5 meses. El CO 2e incrustado en el panel G-BS de Alemania fue de 1.918 toneladas y el período de recompra fue de 16,5 meses. El CO 2e incrustado en el panel China GG fue de 2.480 toneladas y el período de recompra fue de 20,5 meses. El CO 2e incrustado en el panel China G-BS fue de 2.679 toneladas y el período de recompra fue de 22 meses.
| Tipo de panel y origen | GG UE | G-BS UE | Alemania | G-BS Alemania | GG China | GB-BS China | unidades |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CO 2e integrado en la matriz propuesta | 1.389 | 1.587 | 1.720 | 1.918 | 2.480 | 2.679 | tonelada CO 2e |
| Tiempo de recomprade CO 2e en comparación con la red | 11.5 | 14 | 15.5 | 16.5 | 20,5 | 22 | meses |
Los cálculos y suposiciones 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 otras personas interesadas en realizar análisis similares. Las entradas del usuario están resaltadas en amarillo y los cálculos en blanco. Se necesitan datos de matriz de red e información de energía 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
Advertencias
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 integrados que son específicos del sitio e iguales (por ejemplo, llevar los paneles a Humboldt, instalación en el sitio, etc.).
- No incluimos la variabilidad del tiempo de uso de CO2e en nuestra combinación de red, lo que tendrá un gran impacto al usar baterías para el cambio de carga.
- Esto no analizó 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 múltiples 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.
Datos de la página- ↑ https://doi.org/10.1016/j.solmat.2021.111277
- ^ Vista en vivo del análisis de la hoja de cálculo de Google: https://docs.google.com/spreadsheets/d/1WH9XovvbbvYCipAKgsEgWIDC_OD5-B5rI2btIQIv8uc/edit?usp=sharing