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
Design of Stand Alone Renewable Power Supply Systems on Futuna Island, Vanuatu
Uppsala University, Disciplinary Domain of Science and Technology, Technology, Department of Engineering Sciences.
2011 (English)Independent thesis Advanced level (professional degree), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

This Master’s Degree project has been performed on behalf of Vanuatu Renewable Energy and Power Association. The purpose of the project was to suggest the design of stand-alone renewable power supply systems on Futuna Island in the Republic of Vanuatu. Futuna is the easternmost island in Vanuatu with a population of about 400 people. The island covers an area of just 13 km2. The proposed sites for power production were the villages of Mission Bay, Matangi, Herald Bay and Iahsoa. In Mission Bay and Matangi the power should be produced by wind turbines and in Herald Bay and Iahsoa, solar modules are proposed.

The results of the study showed that some parts of Futuna Island can be suitable for wind power production and wind speeds in the order of 5-7 m/s are suggested. However, wind monitoring on the sites are required to estimate the exact potential. Furthermore, the study showed that there is less uncertainty involved with estimating the power output from the solar modules. In addition, solar power proved to be more reliable and less vulnerable to local variations in weather and topography. Solar modules are therefore considered more appropriate for small scale power production on the island, at least until the wind climate is better known.

The results of the study also showed that proper sizing of battery banks and cables are essential to increase the efficiency and lifetime of the systems. If there are insufficient financial resources in the project, it is therefore recommended in the report to use all resources available to properly size the systems in 1-2 villages rather than to inadequately size the systems in all the villages.

Abstract [sv]

Ögruppen Vanuatu är en självständig nation som består av mer än 83 bebodda öar av varierande storlek. Landet ligger mellan Fiji och Australien i Stilla havet och tillhör enligt FN världens fattigaste länder. Av landets befolkning på ungefär 200 000 människor är minst 80 procent självförsörjande bönder. Förutom på några av de större öarna där man byggt ut elnät till viss del finns det i princip ingen produktion av elektrisk energi i landet. Undantaget är några enstaka dieselaggregatsystem och solcellssystem som installerats med hjälp av privata medel och bistånd. Dock är många av dessa mikrosystem beroende av fossilt bränsle som måste importeras och därför är både dyrt och ofta en bristvara då transporten mellan öarna kan vara oberäknelig. Öarnas geografiska isolation och bristen på infrastruktur hindrar utvecklingen av storskalig energiproduktion i landet.

För att förbättra denna situation initierade frivilligorganisationen Vanuatu Renewable Energy and Power Association (VANREPA) år 2005 ett projekt med syftet att producera elektrisk energi på öarna Futuna och Aneityum med hjälp av förnybara energikällor. Landet har gott om förnybara energiresurser i form av hög solinstrålning, passadvindar, biobränslen och höga vulkanberg som även möjliggör produktion av vattenkraft. Landet har därför potential att producera relativt billig och miljövänlig energi med hjälp av lokala resurser. Projektet leds av VANREPA’s grundare David Stein, ursprungligen från USA, och finansieras med hjälp av bidrag från EU.

Det här examensarbetet har utförts i samarbete med VANREPA, och med David Stein som handledare. Ämnesgranskare på Uppsala universitet har varit Marcus Berg och examinator har varit Kjell Pernestål. Examensarbetet har även utförts som en Minor Field Study i samarbete med Arbetsgruppen för tropisk ekologi (ATE) på Uppsala universitet och med stipendium från Styrelsen för internationellt utvecklingssamarbete (Sida). I tillägg har examensarbetet finansierats med hjälp av ett resestipendium ur Jacob A. Letterstedts resestipendiefond som förvaltas av Kungl. Vetenskapsakademien (KVA).

Syftet med examensarbetet har varit att föreslå lämplig design av de fyra förnybara kraftproduktionssystem som planeras i byarna Mission Bay, Matangi, Herald Bay och Iahsoa på Futuna. Den totala befolkningen på ön består av ungefär 400 människor. Det var önskvärt att kraftproduktionssystemen utformades så enkelt som möjligt. Detta för att underlätta att drift och underhåll ska kunna skötas av den lokala befolkningen på ön men även för att minimera projektets kostnader. Eftersom både efterfrågan och produktion av energi kommer att vara relativt låga var det även önskvärt att minimera alla förluster så mycket som möjligt. Dessutom var det önskvärt att systemen designades med möjlighet för expansion då detta endast anses vara ett första steg i att försörja Futuna med elektrisk energi. Komponenter som inkluderades i designen var vindturbiner, solpaneler, batterier och kablar.

Ett antal givna förutsättningar begränsade utförandet av examensarbetet. Dels var vindturbinerna och solpanelerna redan införskaffade vid den tidpunkt då författaren påbörjade examensarbetet. Detta innebar att det inte fanns möjlighet att påverka vare sig val av produktionsmetod eller antal produktionsenheter. Dessutom hade byggnaderna för batteribankerna i de fyra byarna redan byggts. Eftersom det var viktigt att hålla förlusterna och kostnaderna på en minimal nivå kunde därför inte heller placeringen av solpanelerna eller vindturbinerna påverkas, då dessa måste placeras så nära batteribankerna och konsumenterna som möjligt.

Utförandet av examensarbetet delades in i tre delar. I den första delen gjordes förberedande litteraturstudier i Sverige om småskaliga energisystem i allmänhet och förutsättningarna i Vanuatu i synnerhet. I den andra delen utfördes under sex veckor fältstudier på plats i Vanuatu. Under denna period genomfördes bland annat en fältresa till Futuna, där de fyra platserna föreslagna för kraftproduktion besöktes. Under fältresan samlades relevanta data in, såsom koordinater för platserna i behov av elektrisk energi och topografiska förutsättningarna för sol- och vindkraft på de fyra platserna. Dessutom intervjuades representanter för de fyra byarna för att kartlägga var och till vad elektrisk energi var önskvärd. Under den sista delen av examensarbetet analyserades materialet som samlats in under fältstudierna tillsammans med ämnesgranskaren på Uppsala universitet.

Den förväntade kraftproduktionen från solpanelen och vindturbinerna uppskattades med hjälp av data från NASA, då inga vind- eller solmätningar gjorts på plats per idag. På grund av den stora osäkerheten med att använda dessa data är den beräknade kraftproduktionen inte lika exakt som den annars kunnat vara. När den förväntade kraftproduktionen uppskattats beräknades den nödvändiga storleken på batteribankar och kablar. För att inte underdimensionera systemen inkluderades ett visst antal dagar som batteribanken skulle kunna försörja den givna lasten med elektrisk energi om vind eller sol skulle utebli. Dessutom dimensionerades batteribankerna för ett maximalt urladdningsdjup, detta för att förlänga batteriernas liv. Kablarna dimensionerades för att minimera spänningsfall och i gränsfall valdes därför alltid den större kabelstorleken. Både batteribankarna och kablarna dimensionerades även med hänsyn till övriga förluster i systemet.

Studien visade att vissa områden på Futuna kan vara lämpade för vindkraftsproduktion. Dock krävs vindmätningar på plats för att kunna uppskatta den exakta potentialen. Osäkerheten med kraftproduktion från solceller är mindre än för vindturbiner. Denna energikälla är också mindre känslig för lokala variationer och kräver mindre kunskap hos lokalbefolkningen för drift och underhåll. Solenergi anses därför vara en bättre lämpad energikälla för småskalig kraftproduktion på ön, åtminstone tills man fått en bättre uppfattning om det rådande vindklimatet.

Kostnaden för batterier är en känslig del av energisystemen som tyvärr inte går att komma undan, då kraftproduktionen är för instabil för att försörja lasten direkt. Det är mycket viktigt att batteribankernas kapacitet dimensioneras korrekt, för att undvika kortlivade system. Underdimensionerade batteribanker leder även till mindre effektiva system då en mindre andel av den producerade energin kan användas. Detsamma gäller för dimensioneringen av kablar, eftersom för högt spänningsfall kan leda till att den producerade energin inte når fram till konsumenten. Om tillräckliga finansiella resurser saknas för att slutföra projektet är det därför rekommenderat att snarare satsa på korrekt dimensionerade system i 1-2 byar än ofullständigt dimensionerade system i alla fyra byarna.

Place, publisher, year, edition, pages
2011. , 70 p.
Series
UPTEC ES, ISSN 1650-8300 ; 11017
Keyword [en]
Renewable, energy, stand-alone, wind power, solar power, Vanuatu
National Category
Information Systems
Identifiers
URN: urn:nbn:se:uu:diva-157183OAI: oai:DiVA.org:uu-157183DiVA: diva2:435509
Educational program
Master Programme in Energy Systems Engineering
Uppsok
Technology
Examiners
Available from: 2011-08-19 Created: 2011-08-18 Last updated: 2018-01-12Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(3532 kB)3401 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 3532 kBChecksum SHA-512
b9a7845d07464610bdbd12ee811d2199ba238911a7bde3a0803ef9d28a8beb497ca739dc71b0966b53da118551b2d60b3e539c61e02d33e07fd6e243f110448e
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Berning, Katrine
By organisation
Department of Engineering Sciences
Information Systems

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 3404 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: 804 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