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SMALL SCALE POWER GENERATION FOR A RURAL MEDICAL CLINIC: A minor field study in Linga Linga, Mozambique
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM).
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM).
2019 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Småskalig kraftproduktion för en klinik på landsbygden : En mindre fältstudie i Linga Linga, Mozambique (Swedish)
Abstract [en]

In Sub-Saharan Africa, 76 % of the population lack access to electricity. This situation prohibits economic growth, causes major health issues, and impedes the education of its populace. Considerable work and effort are being made to increase the populace’s access to electricity. Even small amounts of electricity can make a difference and increase the quality of life. There have been several studies conducted that investigate possible solutions for small scale power generation in Mozambique, but the proposed solutions have not been implemented. Other studies have been carried out that investigate practical solutions for small scale power generation and implementing them, albeit not in Mozambique. This thesis therefore tries to cover the entire spectra, from possible solution to practical implementation, in Mozambique.

This thesis is conducted as a case study, with a rural clinic in the village of Linga Linga, Mozambique, as case. The thesis analyses the clinic’s energy demand, the most suitable renewable energy resource for the clinic as well as local materials and components to construct a small scale power generation solution. The main research question that is answered is "What renewable and sustainable small scale power generation solution can be built, using local resources, to deliver electricity to a rural medical clinic?".

To answer the main research question, necessary information was gathered, where Mozambique’s energy situation, renewable energy technologies in general and previous small scale energy projects in particular were studied. Thereafter, the energy demand as well as the daily variation of demand were investigated. An evaluation of which renewable energy resources that were locally available and most suitable was also conducted. Finally, a small scale power generation solution, using local material and components, was constructed and evaluated.

The energy demand of the clinic was estimated to be 2 795 Wh per day, with a maximum power demand of 150 W. The energy demand consisted of five lamps and one refrigerator. Solar energy was evaluated as the renewable energy resource most suitable for the particular area. Moreover, a solar power system was constructed, with a maximum power of 880 W and a total battery energy capacity of 5 760 Wh, of which 50 % can be utilised without risking the health and lifetime of the batteries. The total cost for the solar power system amounted to 141 482 MZN, corresponding to circa 20 447 SEK.

The purpose with the thesis was to evaluate a viable way to produce electricity and to implement a practical solution for a medical clinic. With a solar power system in place, the life quality of the inhabitants in Linga Linga has been improved. Looking forward, this thesis provides a piece of the puzzle for how electrification of rural Sub-Saharan Africa can be conducted, from energy demand to installation, and contributes to the Agenda 2030 goal of clean energy for everyone.

Abstract [sv]

I Subsahariska Afrika saknar 76 % av invånarna tillgång till elektricitet. Detta leder till försämrad ekonomisk tillväxt, betydande hälsoproblem och undermåliga utbildningsresultat. Omfattande arbete och åtgärder genomförs för att förbättra situationen och öka tillgången till elektricitet. Även den minsta mängd elektricitet kan göra skillnad och höja livskvaliteten. Flera studier har gjorts där möjliga lösningar för småskalig kraftproduktion i Moçambique utreds, men inga föreslagna lösningar har implementerats. Det har också gjorts studier som har undersökt praktiska lösningar för småskalig kraftproduktion och därefter implementerat dessa, om än inte i Moçambique.

Denna studie försöker därför täcka hela spektrat, från möjlig lösning till implementering, i Moçambique. Denna studie genomförs som en fältstudie där en klinik i byn Linga Linga på den moçambikanska landsbygden står i fokus. Studien analyserar klinikens energibehov, den mest lämpliga förnybara energikällan samt de mest lämpliga lokala materialen och komponenterna nödvändiga för att bygga en småskalig kraftproduktionslösning. Huvudfrågan som utreds och besvaras är: "Vilken förnyelsebar och hållbar småskalig kraftproduktionslösning kan byggas med lokala resurser för att förse en medicinsk klinik på landsbyggden med elektricitet?".

För att besvara huvudfrågan har nödvändig information inhämtats, där energisituationen i Moçambique, förnybara energiteknologier och tidigare projekt rörande småskalig kraftproduktion studerats. Därefter undersöktes energibehovet och den dagliga variationen av energiförbrukningen i kliniken. Vidare utvärderades vilka förnybara energikällor som var lokalt tillgängliga och mest lämpliga. Slutligen konstruerades en småskalig kraftproduktionslösning av lokalt tillgängliga material och komponenter.

Energibehovet för kliniken uppskattades till 2 795 Wh per dag, med ett maximalt effektbehov om 150 W. Energibehovet består av fem lampor och ett kylskåp. Solenergi utvärderades som den lämpligaste energikällan för applikationen. Ett solkraftssystem konstruerades också, med en maximal effekt om 880 W och en total batterikapacitet om 5 760 Wh, av vilken 50 % kan användas. Den totala kostnaden för systemet uppgick till 141 482 MZN, motsvarande cirka 20 447 SEK.

Avsikten med denna studie var att utvärdera både en teoretisk möjlig lösning såväl som en praktisk implementering av en kraftproduktionslösning till en klinik. Med ett system på plats, har nu livskvaliteten för invånarna förbättrats. För den framtida forskningen bidrar denna studie till att lägga kunskapspusslet om hur elektrifiering av subsahariska Afrika kan genomföras, från energibehov till installation, och bidrar därmed till Agenda 2030 och det globala målet om hållbar energi för alla.

Abstract [es]

Na África subsaariana, 76 % da população não tem acesso a electricidade. Este problema inibe o crescimento económico, causa enormes problemas de saúde e conduz a precários resultados em matéria de educação. Trabalhos e esforços consideráveis têm sido envidados no sentido de aumentar o acesso à rede eléctrica. Por menor que seja o sinal de energia, pode fazer a diferença e melhorar a qualidade de vida. Diversos estudos têm sido realizados com vista a encontrar possíveis soluções para geração de energia de pequena escala em Moçambique contudo, as soluções propostas não chegaram a ser implementadas. Outros estudos foram levados a cabo de forma a encontrar soluções práticas de geração de energia em pequena escala e a sua implementação mas não em Moçambique. Esta tese, por sua vez, procura cobrir o espectro completo, partindo de uma possível solução para uma implementação prática em Mocambique.

Esta tese é realizada como um estudo de caso, baseado em uma clínica localizada na vila de Linga Linga, Moçambique. A tese analisa a demanda de energia da clínica, os recursos de energia renováveis mais apropriados assim como os materiais locais e componentes necessários para a construção de um gerador de energia de pequena escala. A principal questão da pesquisa a qual se responde é " Que geradores de energia de pequena escala renováveis e sustentáveis se podem construir com o uso de recursos locais por forma a fornecer energia a uma clínica médica?".

Para responder a principal questão da pesquisa, foi levada a cabo uma revisão literária, onde se estudadou a situação de acesso a energia em Moçambique, as tecnologias de energias renováveis no geral e os projectos anteriores voltados para a energia de pequena escala. Em seguida, a procura pela energia foi de igual modo investigada como variação diária. Foi feita uma avaliação sobre os recursos de energias renováveis disponíveis localmente e os mais apropriados. Por fim, uma solução para geração de energia de pequena escala com recurso a materiais e componentes locais foi construída e avaliada.

A demanda da clínica foi estimada em 2 795 Wh por dia, com uma demanda máxima de 150 W de energia. As exigências de energia consistiam em cinco lâmpadas e um refrigerador. A energia solar foi avaliada como sendo a energia renovável mais apropriada para a área em particular. Adicionalmente, foi construído um sistema de energia solar com potência máxima de 880 W e uma capacidade total da bateria de 5 760 Wh, dos quais se pode usar 50 %. O custo total do sistema de energia solar totalizou 141 482 MZN, correspondendo a cerca de 20 447 SEK.

A tese tenciona avaliar uma forma viável de produzir electricidade e implementar uma solução prática para uma clínica médica. Com o sistema de energia solar estabelecido, a qualidade de vida dos habitantes de Linga Linga foi melhorada. Olhando para frente, esta tese oferece uma solução sobre como se pode processar a electrificação da África subsaariana, desde a demanda pela energia até a sua instalação e seu contributo para a meta energia limpa para todos da Agenda 2030.

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 111
Series
TRITA-ITM-EX ; 2019:409
Keywords [en]
Renewable Energy, Small Scale Power Generation, Rural Mozambique, Electrification, Minor Field Study
Keywords [sv]
Förnybar energi, Småskalig kraftproduktion, Moçambikansk landsbygd, Elektrifiering, Minor Field Study
Keywords [es]
Energia Renovável, Geração de Electricidade de Pequena Escala, Moçambique Rural, Electrificação, Menor Área de Estudo
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-264114OAI: oai:DiVA.org:kth-264114DiVA, id: diva2:1372138
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-11-22 Created: 2019-11-22 Last updated: 2019-11-22Bibliographically approved

Open Access in DiVA

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

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