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
Hybrid Renewable Energy System for Controlled Environment Agriculture
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Energy Technology.
2018 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

With the expected impact of climate change and the projected population growth, the availability of sweet water and arable land will become increasingly scarce and the production from traditional agriculture processes will become insufficient to sustain the population. Controlled environmental agriculture (CEA) greenhouses represent a possible approach to deal with the challenges in the agricultural sector. The main advantages are the saving of water and the good production yield, even in inappropriate climatic conditions or arid regions. However, the production of agricultural greenhouse crops is an energy-intensive process that mostly relies on conventional energy sources contributing to the environment degradation and global warming. Therefore, a sustainable and environmentally friendly way to power the agricultural sector is needed to optimize sustainability in food production.This thesis contributes to these challenges by providing a techno-economic analysis, using HOMER (Hybrid Optimization Model for Multiple Energy Resources), of a hybrid stand-alone system to power a LED-lighted Closed-loop Greenhouse (LCG) located in a farm in Morocco. An assessment of the available resources at the selected location has been performed, followed by a technology assessment. Then, a hybrid system configuration has been designed for a stand-alone system. To observe the potential economic and technical impact, a comparison has been made between a fully stand-alone system and a similar system which has the option to sell excess electricity to the grid.The resulting hybrid system configuration in both analyses is composed of photovoltaics panels, batteries and a biogas engine, using locally produced biogas, as a backup. The stand-alone system has a Levelized Cost of Electricity (LCOE) of 0.203 €/ kWh. This price is higher than the current grid rate of 0.15 €/ kWh, which means it is not competitive if the grid is available. On the other hand, the system that can sell back the excess of electricity to the grid at an assumed price of 0.05 €/ kWh, the LCOE obtained is 0.126 €/ kWh; which is lower than the current grid price and therefore competitive if the grid is available. Finally, this thesis provides a sustainability analysis focused into the economic, social and environmental dimensions.

Abstract [sv]

Med förväntade effekter av klimatförändringar och förväntad befolkningstillväxt, kommer tillgängligheten av sötvatten och odlingsbar mark bli allt knappare och produktionen med traditionella jordbruksprocesser kommer bli otillräcklig för att upprätthålla befolkningen. Växthus med noggrant kontrollerade miljöbetingelser - Controlled environmental agriculture (CEA) - utgör en möjlig strategi för att hantera utmaningarna inom jordbrukssektorn. De främsta fördelarna är minskad vattenåtgång och en bra avkastning, även under svåra förhållanden, t.ex. i torra områden. Produktionen av växthusgrödor är emellertid en energiintensiv process som ofta bygger på konventionella energikällor, vilka bidrar till miljöförstöring och global uppvärmning. Därför är ett hållbart och miljövänligt sätt att driva jordbrukssektorn nödvändigt för att optimera hållbarheten i livsmedelsproduktionen.Denna avhandling bidrar till att hantera dessa utmaningar genom att erbjuda en teknoekonomisk analys, med hjälp av HOMER (Hybrid Optimization Model for Multiple Energy Resources), av ett fristående hybrid-energisystem för att driva ett växthus med slutet kretslopp som är upplyst av LED-lampor – LED Closed-loop Greenhouse(LCG)beläget på en gård i Marocko. En bedömning av de tillgängliga resurserna på den valda platsen har utförts, följt av en utvärdering. Sedan har en konfiguration av hybrid-systemet genomförts för ett fristående system. För att observera de potentiella ekonomiska och tekniska konsekvenserna har en jämförelse gjorts med ett lokalt (stand-alone) system och liknande nätanslutet system, sodär det finns möjlighet att sälja överskottsel till elnätet.Den resulterande hybrida systemkonfigurationen i båda analyserna består av solcellspaneler, batterier och en biogasmotor som använder lokalt producerad biogas som backup till solenergin. Det fristående systemet har en Levelized Cost of Electricity (LCOE) på 0,203 €/ kWh. Detta pris är högre än den nuvarande nättariffen på 0,15 €/ kWh, vilket innebär att hybridsystemet inte är konkurrenskraftigt om man har tillgång till elnätet. Däremot så kan man i det nätanslutna systemet sälja t ett elöverskott av till elnätet till ett förmodat pris på 0,05 €/ kWh, och därmed erhålla en LCOE på 0,126 €/ kWh. Det är lägre än den aktuella kostnaden för el från elnätet och är därmed konkurrenskraftigt om elnätet är tillgängligt. Slutligen görs denna rapport en hållbarhetsanalys avseende de ekonomiska, sociala och miljömässiga dimensionerna.

Place, publisher, year, edition, pages
2018. , p. 76
Series
TRITA-ITM-EX ; 2018:205
National Category
Energy Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-232502OAI: oai:DiVA.org:kth-232502DiVA, id: diva2:1234396
Supervisors
Examiners
Available from: 2018-07-24 Created: 2018-07-24 Last updated: 2018-07-24Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(3863 kB)89 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 3863 kBChecksum SHA-512
4f316479e46db6863a7403797fddbb82579d07ec62fbd4f0aec7b2cc62af01510e17cd6f02e5039f78abe211ed5ab6d1f7067f629aa83e88bda6f8bfd66dafbb
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Energy Technology
Energy Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 89 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: 628 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