Power and Energy Commons^™

Ignatian Pedagogy For Sustainability To Support Community-Based Projects: Client-Focused Sustainable Energy Solutions, Andrew Baruth

Jesuit Higher Education: A Journal

Seeing the words of Laudato Si’ as a call to action, we are engaging students in Ignatian Pedagogy for Sustainability through a series of community-based projects with the goal of client-focused sustainable energy solutions and associated dialogue. We outline the development of a purpose-created Energy Technology undergraduate program housed in the College of Arts and Sciences at Creighton University, born from Ignatian Sensibilities, and highlight the role of client engagement to engross students in a client-focused design process to deliver sustainable energy initiatives that become practically feasible with student leadership. For the senior capstone of this program, students engage in …

Maximizing Performance Under A Power Constraint On Modern Multicore Systems, Vaibhav Sundriyal, Masha Sosonkina, Bryce Westheimer, Mark S. Gordon

Electrical & Computer Engineering Faculty Publications

Energy efficiency and energy-proportional computing have become a central focus in modern supercomputers. These supercomputers should provide high throughput per unit of power to be sustainable in terms of operating cost and failure rates. In this paper, a power-bounded strategy is proposed that maximizes parallel application performance under a given power constraint. The strategy dynamically allocates power to core, uncore, and memory power domains within a node to maximize performance under a given power budget. Experiments on a 20-core Haswell-EP platform for a real-world parallel application GAMESS demonstrate that the proposed strategy delivers performance within 4% of the best possible …

Energy Intensity As An Ecological Factor In The Selection Of The Manufacturing Process, Artur Soroczyński, Roman Haratym, Krzystof Rechowicz

VMASC Publications

The article presents the analysis of the implementation of selected elements of car transport in the aspect of ecology. The basic issue that affects the protection of the environment (ecology) is the value of energy intensity in the manufacture of products. The elements made in the production process of plastic mouldings were compared. The amount of energy in kJ needed to produce 1 kg of a given product was estimated. Next, the dependencies between the value of computational energy intensity and the emission of gases affecting the environment of CO₂, SO₂, NO_x were presented. As …

การประเมินความคุ้มค่าภายใต้ความเสี่ยงของกระบวนการทอร์รีแฟกชัน กรณีศึกษาเม็ดเชื้อเพลิงไม้ยางพารา, กุลนันท์ แซ่หลี่

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ปัจจุบันเศษไม้ยางพาราที่เหลือจากโรงงานอุตสาหกรรมแปรรูปไม้ยางพารา นำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงชีวมวลโดยตรง ซึ่งมีประสิทธิภาพต่ำ กระบวนการทอร์รีแฟกชันสามารถเพิ่มประสิทธิภาพเศษไม้ยางพาราให้เป็นเชื้อเพลิงที่มีคุณสมบัติคล้ายถ่านหิน ผู้วิจัยจึงทำการประเมินความคุ้มค่าของกระบวนการทอร์รีแฟกชันด้วยเทคโนโลยีเตาปฏิกรณ์โรตารีดรัม โดยใช้วัตถุดิบเศษไม้ยางพาราในการประเมิน ทางการเงินภายใต้ความเสี่ยงของความไม่แน่นอนของราคาวัตถุดิบ และราคาผลิตภัณฑ์ เป็นการประเมินเพื่อการตัดสินใจเลือกลงทุน โดยมีทางเลือกในการลงทุน 4 ทางเลือกได้แก่ 1.โครงการผลิตเม็ดเชื้อเพลิงไม้ยางพาราเกรดธรรมดาขายในประเทศ 2.โครงการผลิตเม็ดเชื้อเพลิงไม้ยางพาราเกรดพรีเมี่ยมส่งออก 3.โครงการผลิตเม็ดเชื้อเพลิงไม้ยางพาราทอร์ริไฟด์แบบอัดเม็ดหลังการทอร์รีแฟกชันส่งออก และ 4.โครงการผลิตเม็ดเชื้อเพลิงไม้ยางพาราทอร์ริไฟด์แบบอัดเม็ดก่อนการทอร์รีแฟกชันส่งออก ทุกทางเลือกมีกำลังผลิต 20,000 ตันต่อปี โดยทางเลือกที่1 และ2 ประเมินเป็นทางเลือกเปรียบเทียบ โดยทำการวิเคราะห์ทางการเงินของแต่ละทางเลือกด้วยแบบจำลองกระแสเงินสดคิดลดเพื่อหามูลค่าปัจจุบันสุทธิและอัตราผลตอบแทนภายในที่ปรับค่าแล้วของแต่ละโครงการ ทำการวิเคราะห์ความอ่อนไหวของตัวแปรที่มีผลกระทบต่อผลตอบแทนของโครงการ ทำการจัดกลุ่มตามการกระจายตัวเพื่อหาความน่าจะเป็นของ แต่ละกลุ่ม เพื่อทำการวิเคราะห์ด้วยแขนงการตัดสินใจ และทำการคำนวณค่าคาดหวังของผลตอบแทนใน แต่ละทางเลือก ผลการวิเคราะห์พบว่าทางเลือกในการลงทุนทั้ง 4 ทางเลือกให้มูลค่าปัจจุบันเป็นบวกและมีผลตอบแทนภายในที่ปรับค่าแล้วมากกว่าต้นทุนทางการลงทุนเฉลี่ยแบบถ่วงน้ำหนักที่ร้อยละ 10.15 โดยทางเลือกที่4 โครงการผลิตเม็ดเชื้อเพลิงไม้ยางพาราทอร์ริไฟด์แบบอัดเม็ดก่อนการทอร์รีแฟกชันส่งออก ซึ่งมีค่าคาดหวังของผลตอบแทนสูงสุด เท่ากับ 630.07 ล้านบาท

อัตราส่วนผสมสูงสุดของน้ำมันไพโรไลซิสเพื่อให้ได้มาตรฐานน้ำมันดีเซลของไทย, อรปวีณ์ แสงเนตร

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ปัญหาการนำเข้าน้ำมันปริมาณมากทำให้ประเทศไทยตื่นตัวต่อการหาเชื้อเพลิงทดแทน ขณะเดียวกันขยะพลาสติกที่ไม่ย่อยสลายตามธรรมชาติเป็นอีกหนึ่งปัญหาหลักของประเทศ และมีแนวโน้มจะเพิ่มความรุนแรงขึ้น การนำขยะพลาสติกมาเปลี่ยนเป็นน้ำมันไพโรไลซิส เพื่อใช้ทดแทนการนำเข้าน้ำมันเชื้อเพลิงจึงเป็นอีกทางเลือกหนึ่ง ดังนั้น งานวิจัยนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อศึกษาอัตราส่วนน้ำมันไพโรไลซิสในน้ำมันดีเซลที่มีคุณภาพตามเกณฑ์มาตรฐาน และความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์เบื้องต้นของการผสมน้ำมันไพโรไลซิสในน้ำมันดีเซลหมุนเร็ว โดยทำการทดสอบตัวอย่างน้ำมันไพโรไลซิสจาก 2 แหล่งที่มา ตามมาตรฐานการทดสอบ ASTM จำนวน 6 รายการทดสอบ ได้แก่ ความถ่วงจำเพาะ ความหนืด จุดไหลเท กำมะถัน จุดวาบไฟ และการกลั่น พบว่าน้ำมันไพโรไลซิสตัวอย่างที่ 1 (1PO) ที่ผลิตจากขยะพลาสติกสามารถ ผสมที่อัตราส่วนมากกว่าร้อยละ 10 โดยปริมาตร ผ่านเกณฑ์มาตรฐานคุณภาพทุกรายการ ส่วนน้ำมันไพโรไลซิสตัวอย่างที่ 2 (2PO) ที่ผลิตจากวัตถุดิบหลายชนิด เช่น ยาง ขยะพลาสติก และน้ำมันหล่อลื่นใช้แล้ว สามารถผสมที่อัตราส่วนน้อยกว่าร้อยละ 10 โดยปริมาตร ไม่ผ่านเกณฑ์มาตรฐานคุณภาพ 1 รายการ และเมื่อนำเอาน้ำมันไพโรไลซิสตัวอย่างที่ 1 มาศึกษาต่อในเชิงปริมาณสูงสุดที่ผสมแทนน้ำมันดีเซลได้ พบว่าน้ำมันไพโรไลซิสตัวอย่างที่ 1 สามารถผสมได้สูงสุดที่อัตราส่วนน้ำมันไพโรไลซิสร้อยละ 18 โดยปริมาตร (1PO18) และเมื่อวิเคราะห์ความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์เบื้องต้นที่สัดส่วนดังกล่าว โดยเปรียบเทียบกับราคา ณ โรงกลั่นของน้ำมันดีเซล พบว่าราคา ณ โรงกลั่นของน้ำมันดีเซลผสมน้ำมันไพโรไลซิสต่ำกว่าราคาน้ำมันดีเซลเฉลี่ยอยู่ที่ 0.19 บาทต่อลิตร ดังนั้น จึงมีความเป็นไปได้ในการผลักดันให้น้ำมันไพโรไลซิสเป็นเชื้อเพลิงจากพลังงานทดแทนในภาคขนส่งต่อไป

ผลกระทบของยานยนต์อัตโนมัติต่อการใช้พลังงานในภาคการขนส่งไทย, สราวุฒิ มูลสุข

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อตรวจสอบผลการพยากรณ์การใช้พลังงานในภาคการขนส่งของประเทศไทย และพิจารณาว่าหากยานยนต์อัตโนมัติเข้ามาในตลาดจะมีผลต่อการใช้พลังงานอย่างไร ด้วยวิธีการพยากรณ์จากการใช้ปลายทาง การทบทวนวรรณกรรมที่เกี่ยวข้อง ตลอดจนการสัมภาษณ์ผู้เชี่ยวชาญ ผลการศึกษาในภาพรวมพบว่ามีปัจจัยหลักสองด้านที่ส่งผลกระทบต่อการใช้พลังงาน คือปัจจัยที่ส่งผลต่อปริมาณการเดินทาง และปัจจัยที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการใช้พลังงานในยานยนต์ จากผลการวิเคราะห์สถานการณ์ (Scenario Analysis) จากอิทธิพลของทั้งสองปัจจัยดังกล่าวพบว่า กรณีที่คาดว่าเป็นไปได้สูงสุด (Probable Case) การเข้ามาของยานยนต์อัตโนมัติจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงการใช้พลังงานจากที่พยากรณ์ไว้ระหว่าง -3.01% ถึง -14.74% และกรณีขั้นสุด (Extreme Case) จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงการใช้พลังงานได้ตั้งแต่ -50.00% ถึง +40.66% ทั้งนี้ ยังได้วิเคราะห์กรณีเปรียบเทียบ หากการใช้ยานยนต์อัตโนมัตินั้นมีการโดยสารร่วมกัน (Sharing) และ ไม่มีการโดยสารร่วมกัน (Non- Sharing) พบว่า ทั้งสองกรณีนี้ไม่มีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญต่อการใช้พลังงานในอนาคตแต่อย่างใด ในส่วนการประเมินดัชนีความพร้อมของยานยนต์อัตโนมัติในประเทศไทย พบว่าประเทศไทยได้คะแนนเพียง 6.29 ซึ่งต่ำกว่าประเทศสหรัฐอเมริกาที่มีคะแนนเท่ากับ 24.75 อย่างไรก็ดี คาดว่าแนวโน้มความพร้อมของประเทศไทยจะมีมากขึ้นในอนาคต โดยมีประเด็นที่สำคัญคือ การยอมรับทางสังคมซึ่งมีความอ่อนไหวต่อดัชนีมากที่สุด ผลการศึกษานี้จะเป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการวางแผนเพื่อให้เกิดสมดุลของการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพและมั่นคงในมิติด้านการขนส่งจากการเข้ามาของยานยนต์อัตโนมัติในประเทศไทย

A Blockchain-Enabled Peer-To-Peer Energy Trading Platform For Managing Complex Exchange Of Kilowatt-Hours And Negawatts, Murat Kuzlu, Rasheq Rahman, Jason Lin

Engineering Technology Faculty Publications

Under the Department of Energy’s STTR funding, BEM Controls LLC performed research from July 2, 2018 to April 1, 2019. The purpose of this research was to design, develop and demonstrate the technical feasibility of the blockchain enabled energy trading platform for managing complex exchange of kilowatt hours and negawatts. The energy trading platform was developed in the open-source HyperLedger Fabric blockchain framework and the performance of the blockchain network was evaluated. Key research findings and results include (1) the successful design and development of an open-architecture blockchain-based energy trading platform able to execute smart contract transactions across eight use …

Performance Evaluation Of Communication Technologies And Network Structure For Smart Grid Applications, Desong Bian, Murat Kuzlu, Manisa Pipattanasomporn, Saifur Rahman, Di Shi

Engineering Technology Faculty Publications

The design of an effective and reliable communication network supporting smart grid applications requires the selection of appropriate communication technologies and protocols. The objective of this study is to study and quantify the capabilities of an advanced metring infrastructure (AMI) to support the simultaneous operation of major smart grid functions. These include smart metring, price-induced controls, distribution automation, demand response, and electric vehicle charging/discharging applications in terms of throughput and latency. OPNET is used to simulate the performance of selected communication technologies and protocols. Research findings indicate that smart grid applications can operate simultaneously by piggybacking on an existing AMI …

A Sustainable Prototype For Renewable Energy: Optimized Prime-Power Generator Solar Array Replacement, Nathan Thomsen, Torrey J. Wagner, Andrew J. Hoisington, Steven J. Schuldt

Faculty Publications

Remote locations such as disaster relief camps, isolated arctic communities, and military forward operating bases are disconnected from traditional power grids forcing them to rely on diesel generators with a total installed capacity of 10,000 MW worldwide. The generators require a constant resupply of fuel, resulting in increased operating costs, negative environmental impacts, and challenging fuel logistics. To enhance remote site sustainability, planners can develop stand-alone photovoltaic-battery systems to replace existing prime power generators. This paper presents the development of a novel cost-performance model capable of optimizing solar array and Li-ion battery storage size by generating tradeoffs between minimizing initial …

Development Of The Coil Volume Method For Time-Domain Simulation Of Internal Faults In Transformers, Elizaveta Egorova

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

A power transformer is a very important and expensive asset for a utility. As for any other power equipment, the transformer is subject to internal faults. The extent of transformer damage depends on the fault duration. Therefore, the protective relays should provide for sensitivity, selectivity, and speed of operation to minimize the effects of damaging conditions. High sensitivity of the relay allows it to identify internal faults quickly. However, the relay should not jeopardize the normal operation of the transformer. To determine desirable relay settings, a transformer model for simulation of internal faults is required.

Transformer models, shown in the …

Lithium-Ion Battery Degradation Evaluation Through Bayesian Network Method For Residential Energy Storage Systems, Khalid Khan

Dissertations, Master's Theses and Master's Reports

Batteries continue to infiltrate in innovative applications with the technological advancements led by Li-ion chemistry in the past decade. Residential energy storage is one such example, made possible by increasing efficiency and decreasing the cost of solar PV. Residential energy storage, charged by rooftop solar PV is tied to the grid, provides household loads. This multi-operation role has a significant effect on battery degradation. These contributing factors especially solar irradiation and weather conditions are highly variable and can only be explained with probabilistic analysis. However, the effect of such external factors on battery degradation is approached in recent literature with …

Stabilization Strategies Of Pt Catalysts Forproton Exchange Membrane Fuel Cells, Da-Ping He, Shi-Chun Mu

Journal of Electrochemistry

The low service lifetime of proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) is the main bottleneck for their commercial applications. One of the main factors is that the expensive metal Pt catalyst is easy to degradation under the harsh working environment of PEMFC (such as variable voltage, strong acidity, gas-liquid two-phase flow), which leads to the inevitable decay of the catalytic performance, thus, seriously restricting the lifetime of PEMFC. Therefore, the electrochemical stability of Pt-based electrocatalysts has become an important and hot topic to improve the PEMFC lifetime. In this paper, we review the recent development in enhancing the stability of …

The Pilot Application Of Electrochemical Impedance Spectroscopy On Dynamic Proton Exchange Membrane Fuel Cell, Jian-Wei Guo, Jian-Long Wang

Journal of Electrochemistry

By analyzing Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) in applications of dynamic proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), bottlenecks which restrict EIS tool development have been pointed out in this paper. Though the high-frequency resistance in EIS is largely accepted as cell inner-resistance, this can only be applied for cell with low current. The low-frequency resistance is difficult to be realized due to its relation with mass transfer. Furthermore, the improved Randles equivalent circuits are built up preliminarily, thus, penetrating into studies for mass transfer reaction, cell operation/degeneration, and high temperature fuel cell. Inspiringly, EIS is becoming an analyzing tool for stack …

Research Progress In Hydrogen Evolution Low Noble/Non-Precious Metal Catalysts Of Water Electrolysis, Yang Li, Zhao-Yan Luo, Jun-Jie Ge, Chang-Peng Liu, Wei Xing

Journal of Electrochemistry

Hydrogen energy technology with hydrogen as an energy carrier is gaining more and more attention due to its cleanliness and high energy density. Hydrogen fuel cell vehicles have been listed as one of the ultimate energy technologies in the 21st century. Among them, sustainable hydrogen production technology is a necessary prerequisite for the future development of hydrogen energy economy. Electrolyzed water technology driven by renewable resources represents an important way to support the sustainable development of hydrogen energy economy. The development and utilization of high activity, low cost hydrogen evolution catalysts is a key factor in improving the efficiency and …

Fuel Cell Performance Curve After Mea Optimization Structural Optimization Of Low Pt Membrane Electrode Assembly, Yan Rao, Shang Li, Fen Zhou, Tian Tian, Qing Zhong, Zhao-Hui Wan, Jin-Ting Tan, Mu Pan

Journal of Electrochemistry

Membrane electrode assemblies (MEAs) are the key component of proton exchange membrane fuel cell. For a long time, much attention has been paid to develop MEA technology. At present, the research, development and industrialization of fuel cell has entered a new era. More strict requirements for MEA, especially for the reduction of Pt loading with a challenging target of 0.125 mg·W^-1 have to be met. In this paper, the performance losses under low Pt loading are analyzed in terms of activation polarization, ohm polarization and mass-transfer polarization. It is proposed that research should be focused on the activity of …

Morphological Control Of Ptcu2 Octahedron And Oxygen Reduction Electrocatalytic Performance Of Ptcu For Fuel Cell, Long-Sheng Cao, Lei Wan, Zhi-Gang Shao, Hong-Mei Yu, Ming Hou, Bao-Lian Yi

Journal of Electrochemistry

Platinum acetylacetonate (Pt(acac)₂) and copper acetylacetonate (Cu(acac)₂) were co-reduced to prepare PtCu₂ octahedron alloy catalyst in N,N-dimethylformamiade by solvothermal method. The PtCu₂ showed lattice compression, and high ratio of non-oxidized Pt with high electronic binding energy. All those structural features contributed to weak adsorption strength of oxygen species on Pt and lower d-band centre position. The influence of structure-directing agent on morphology of PtCu alloy was systematically studied. In the half cell test, as a result of the uniform morphology and regular octahedron of PtCu₂ formed, the mass activity and area specific activity …

Effects Of So2 In Air On Performance Of Direct Methanol Fuel Cell, Bin Qin, Fen-Ning Jing, Xue-Jing Sun, Gong-Quan Sun, Hai Sun

Journal of Electrochemistry

Direct methanol fuel cells (DMFC) generally use oxygen as an oxidant. Contaminants such as sulfides and nitrides in the air can affect the performance of the DMFC. In this work, the effects of SO₂ on the performance of DMFC were investigated and the mechanism of poisoning was analyzed, by means of constant current discharge curve, polarization performance curve, cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). In the CV scan, the permeated methanol was oxidized at a low potential to eliminate its effect on the SO₂ poisoning behavior test. The results showed that the SO₂ poisoning resulted …

Recent Progress In Pt-Based Catalysts For Oxygen Reduction Reaction, Jing Li, Xin Feng, Zi-Dong Wei

Journal of Electrochemistry

One major challenge for a large-scale commercialization of the proton-exchange membrane fuel cells (PEMFCs) technologies that enable a shift to ‘zero-emission’ personal transportation, is the expensive and unstable Pt catalysts, which are mainly used to catalyze the sluggish kinetics of the oxygen reduction reaction (ORR) occurred on the air electrode of PEMFCs. Many research works have targets to improve the stability of Pt-based catalysts and to construct Pt/transitional metal alloys with low Pt loading amount. Herein, we provide a minireview for the Pt-based ORR catalysts based on our recent work, which covers a brief background introduction, the stability improvement of …

Fuel Cells Reactor For Chemicals And Electric Energy Cogeneration, Zhi-Lin Heng, Xiao-Zi Yuan, Yi-Mei Yin, Zi-Feng Ma

Journal of Electrochemistry

As an energy conversion device, fuel cells can efficiently convert chemical energy into electrical energy. With the developing of technology, it is used as a reactor to conduct the synthesis of high value-added chemicals while generating electrical energy. Having benefits such as mild reaction conditions, controllability of the reaction process, high selectivity of the product, as well as high efficiency of energy utilization, it is widely used in many fields such as preparation of high value-added industrial products, gas separation, water treatment, etc. This paper introduces the current trends and statuses of fuel cell reactors in the cogeneration of chemicals …

Progress Of Self-Humidifying Membrane Electrode Assembly For Low Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cell, Bin Chi, Yue-Kun Ye, Shi-Jie Jiang, Shi-Jun Liao

Journal of Electrochemistry

The self/non-humidification membrane electrode assembly(SH-MEA)is an important pathway towards the self- humidification fuel cell and plays a crucial role for the large scale commercialization of low temperature proton exchange membrane fuel cell (LT-PEMFC), because it not only can reduce the volume and complexity of fuel cell system, resulting in the decrease of the cost, but also can improve the output power density of the fuel cell system. Currently, the researches on the self-humidifying MEA of LT-PEMFC mainly focus on three aspects: the preparation of self-humidification proton exchange membrane, the construction of self-humidification catalyst layer, and the construction of composite self-humidifying …