kth.sePublications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Puerto Rico Renewable Energy Oasis: Enhancing Disaster Relief and Recovery Efforts Through a Renewable Energy Microgrid in the University of Puerto Rico's Mayagüez Campus
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM).
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM).
2023 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

With the global rise in temperatures fueling an increase in Severe Weather Events (SWE) such as hurricanes, many islands around the world who lie in their path are seeking alternatives to their frequently outdated grid systems. These are often composed of dated infrastructure prone to damage during such events that leaves the dependent population without power for extended periods of time. In parallel to this increasingly common problem is the growing transition from centralized grids towards decentralized microgrids largely powered by Renewable Energy Sources (RES). This thesis researches a potential RES microgrid for the University of Puerto Rico's Mayagüez campus and analyzes its potential impact on disaster relief and recovery efforts for the surrounding community. The study is divided into two sections. First, a microgrid design suitable for the capus in Puerto Rico is proposed using only RES avaliable within the campus boundaries. The recomended design is based on its ability to minimize the campus's dependence on the island's grid using the lowest cost and most sustainable design. And secondly, using the selected system, the study further analyzes the potential for this microgrid to enhance disaster relief and recovery efforts for the surrounding community after SWEs by operating as an Energy Oasis (EO). This impact is measured by estimating the population size served and for how long the system can support these relief efforts. The services focused on for the Oasis operation are medical services, water purification, meal preparation, and telecommunications. Aditionally, a unique measurement of a microgrid's effectiveness as an EO is proposed within the study to provide comparison between microgrids operating in a similar fashion in any location around the world. The selected microgrid consists of 2.6-MW of PV panels, 3-MW of onshore with turbines, and a 750-kW vanadium redox flow battery (VRFB) system. The system achieves a renewable fraction of 90.8% at a levelized cost of electricity (LCOE) of 0.053 $/kWh over a 20-year period, under 20% of the current cost of electricity from the island grid. A variety of other designs consistently yield renewable fractions over 88% at similar costs. Using a tiered system of strategic load shedding across the campus during Oasis operation, the recommended microgrid can serve between 1,556 to 4,558 people depending on the load shedding profile and the service provided every day it is in operation. The results and subsequent analyses indicate that investment into a microgrid system can significantly reduce dependence on the Puerto Rican grid and provide significant savings in utilities over the course of the project. From a social perspective, the inclusion of a microgrid into a community can significantly impove the quantity and effectiveness of disaster relief efforts. In this case the Oasis Scores range between 3.32 and 5.84. Futher analysis and field trials of microgrids operated as Energy Oases will yield invaluable information on how disaster relief and recovery can be positively influenced. 

Abstract [sv]

Med den globala temperaturökningen som underblåser en ökning av allvarliga väderhändelser (SWE) såsom orkander, söker många öar runt om i världen som ligger i deras väg alternativt till sina ofta föråldrade nätsystem. Dessa är ofta sammansatta av daterad infrastruktur som är benägen att skadas under sådana händelser som lämnar den beroende befolkningen utan ström under längre perioder. Parallellt med detta allt vanligare problem är den växande övergången från centraliserade nät till decentraliserade mikronät som till stor del drivs av förnybara energikällor (RES). Denna avhandling undersöker ett potentiellt RES-mikronät för University of Puerto Ricos Mayagüez-campus och analyserar dess potentiella inverkan på katastrofhjälp och återlämingsinsatser för det omgivande samhället. Studien är uppdelad i två avsnitt. För det första föreslås en mikronätdesign som är lämplig för campus i Puerto Rico med användning av endast RES som är tillgängliga inom campusgränserna. Den rekommenderade designen väljs utifrån dess förmåga att minimera campus beroende av öns rutnät med lägsta kostnad och mest hållbara design. Och för det andra, med hjälp av det valda systemet, analyserar studien ytterligare potentialen för detta mikronät att förbättra katastrofhjälp och återhämtningsinsatser för de omgivande samhället efter SWEs genom att fungera som en energioas (EO). Denna effekt mäts genom att uppskatta befolkningens storlek och hur länge systemet kan stödja dessa hjälpinsatser. De tjänster som fokuseras på för Oasis-verksamheten är medicinska tjänster, vattenrening, måltidsberedning och telekommunikation. Dessutom föreslås ett unikt mått på ett mikronäts effektivitet som EO i studien för att ge jämförelser mellan mikronät som fungerar på liknande sätt var som helst i världen. Det valda mikronätet består av 2,6 MW solcellspaneler, 3 MW vindkraftverk på land och ett 750 kW vanadin redox flödesbatteri (VRFB) system. Systemet uppnår en förnybar andel av 90,8% till en utjämnad kostnad för el (LCOE) på 0,053 $/kWH under en 20-årsperiod, under 20% av den nuvarande kostnaden för el från öns elnät. En mängd andra konstruktioner ger konsekvent förnybara fraktioner över 88% till liknande kostnader. Genom att använda ett stegvis system för strategisk belastningsavlastning över campus under Oasis-drift, kan det rekommenderade mikronätet betjäna mellab 1 556 till 4 558 personer beroende på belastningsavlastningsprofilen och den service som tillhandahålls varje dag det är i drift. Resultaten och efterföljande analyser indikerar att investeringar i ett mikronätsystem avsevärt kan minska beroendet av det Puerto Rico-nätet och ge betydande besparingar i verktyg under projektets gång. Ur ett socialt perspektiv kan införandet av ett mikronät i en gemenskap avsevärt förbättra kvantiteten och effektiviteten av katastrofhjälpinsatser. I det här fallet varierar Oasis-poängen mellan 3,32 och 5,84. Ytterligare analyser och fältförsök av mikronät som drivs som energioaser kommer att ge ovärderligt information om hur katastrofhjälp och återhämtning kan påverkas positivt. 

Place, publisher, year, edition, pages
2023. , p. 146
Series
TRITA-ITM-EX ; 2023:350
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-334423OAI: oai:DiVA.org:kth-334423DiVA, id: diva2:1789694
External cooperation
Politecnico di Torino
Subject / course
Energy Technology
Educational program
Master of Science in Engineering - Industrial Engineering and Management
Supervisors
Examiners
Available from: 2023-08-21 Created: 2023-08-21 Last updated: 2023-08-21Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(8750 kB)566 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 8750 kBChecksum SHA-512
8a5e52c6c28302274088e6ebe1da51844086829c1cafee56f3bc6d285cf2624d0ec64bd2a54f4c4a0b473636e629c2e3e9d9d575e72dcab200f05e1f509ac992
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Industrial Engineering and Management (ITM)
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 574 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 556 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf