• Energy Research

It is well known that water management practices can have a significant impact on the climate and hydrology of a region. As a rule, the average flow downstream decreases due to the construction of new hydropower plants and the operation of new dams, as evaporation increases in the upstream dams. However, this is not the case in every situation. This study shows that dams in humid areas such as Brazil can help to increase river flow. This phenomenon occurs due to the high humidity and low wind conditions in the region, which leads to low evaporation in the reservoirs. At the same time, full reservoirs help to maintain high humidity around the reservoirs, which increases precipitation in the catchment. To test this hypothesis, water storage and hydropower generation data from Brazilian catchments in the Southeast region were used. Reservoir data are compared with future hydropower generation to investigate the correlation between the two variables. We find that the operation of reservoirs has a significant impact on Brazilian river flows. On average, the annual hydropower potential of a catchment with a full reservoir is 111 % higher than with empty reservoirs. To increase the flow of the river, the study proposes solutions to fill the reservoirs after an energy crisis and keep the reservoirs at full capacity.

Complex engineering systems, such as power plants, deliver their best performance when operating along a designed range of some priority parameters. However, plant field operation may deviate from design conditions, and new references must be identified. Actions towards high-quality operation can be supported by fine modeling, which helps building decision support tools. The present work proposes a standardization strategy for the operation of an actual coal-fired power plant based on a Design of Experiment approach, partially tested onsite and finally accomplished with surrogate models built upon a 2 year long database. Artificial Neural Networks (ANNs) and Mass and Energy balances (M&Es) are used to represent the plant’s steam generator and its mills subset, which is the core of an operational guide to increase system efficiency under actual operation. Primary and secondary air flows, pulverized coal outlet temperature, speed of the dynamic classifier, primary air flow, excess O, primary and secondary air pressures are the seven controllable factors selected as the most relevant ones among an extensive set of parameters, able to perform effective maneuvers. The application of the operational guide indicates combinations of ranges of the seven controllable parameters that allow for achieving steam generator efficiency within the 84.0% to 88.92% range. The proposed methodology aims as well to improve safe and stable conditions to a system that undergoes operation different than the one prescribed by the original design. The study case results show an opportunity to raise efficiency by up to 2.28% during operation, which represents a reduction in coal consumption by 3.1 t/h and above 6% on CO emissions.

Energy storage is essential for the successful transformation of the existing power system to one based on variable renewable energy sources. The portfolio of existing possible storage technologies at a given location within the power system is often severely constrained by a multitude of factors. Therefore, there is a need to explore the potential of thus-far neglected and uncharted territories. The prefeasibility study presented in this article addresses the theoretical potential of small-scale pumped-storage stations located in urban areas and utilizing height differences provided by built infrastructure (buildings). Geographic information system tools are applied for a selected case study (Toruń, Poland). The results revealed that a city with a population of 200 000 has a hosting capacity for small-scale pumped storage of slightly over 19 MWh or 11.3 MWh if stricter building selection criteria are considered. The article also provides a preliminary discussion of a concept of several buildings with pumped-storage upper tanks that share the same lower reservoir and estimates the role of such storage in covering city lighting needs. The discussion section is based partially on strengths-weaknesses-opportunities-threats analysis highlights the concept's main limitations and some future research directions.

La mise en œuvre de stratégies d'économie circulaire (EC) est récemment devenue l'une des stratégies essentielles pour le développement durable et la responsabilité sociale des entreprises. Cependant, malgré le rôle prometteur et les avantages potentiels de la CE pour les entreprises et la société, il n'y a toujours pas eu d'analyse suffisante pour examiner les défis de la transition circulaire auxquels sont confrontées les micro, petites et moyennes entreprises (MPME) et le rôle que jouent les normes, telles que la norme britannique (BS) 8001:2017, pendant le processus de transition des pratiques de l'économie linéaire vers l'économie circulaire. Dans ce contexte et pour mieux comprendre les facteurs empêchant la transition du linéaire à l'EC, cette étude vise à évaluer la mise en œuvre de l'EC dans les MPME dans les économies en développement à la lumière de la BS 8001:2017 à travers une enquête auprès des MPME brésiliennes. Les principales conclusions soulignent que les pratiques d'EC de la dimension Administration occupaient les premières positions dans le classement de la mise en œuvre, ainsi qu'une pratique de la dimension Innovation. Cependant, les résultats montrent que plusieurs pratiques associées à la transparence et à l'optimisation des produits dans la chaîne de valeur constituaient le dernier niveau de preuve de la mise en œuvre. Les résultats suggèrent que l'évaluation des MPME par BS 8001:2017 est bénéfique pour les aider à analyser et à reconsidérer leurs pratiques liées aux modèles commerciaux linéaires conventionnels de prise-utilisation-disposition. Collectivement, les résultats améliorent notre compréhension du niveau d'adoption de la mise en œuvre des composantes de l'EC, des pratiques les plus et les moins adoptées pendant la transition vers l'EC. L'étude fournit également des implications pour les politiques, la théorie et les applications pratiques dans les cas où il existe un intérêt à évaluer la maturité de la mise en œuvre de l'EC au sein des MPME dans les économies en développement. La implementación de estrategias de Economía Circular (CE) se ha convertido recientemente en una de las estrategias esenciales para el desarrollo sostenible y la responsabilidad social corporativa. Sin embargo, a pesar del papel prometedor y los beneficios potenciales de la CE para las empresas y la sociedad, todavía no se ha realizado un análisis suficiente que examine los desafíos para la transición circular que enfrentan las micro, pequeñas y medianas empresas (MIPYME) y el papel que desempeñan las normas, como la Norma Británica (BS) 8001:2017, durante el proceso de transición de las prácticas de economía lineal a circular. Dado este contexto y para aumentar aún más nuestra comprensión de los factores que impiden la transición de lineal a CE, este estudio tiene como objetivo evaluar la implementación de CE en las MIPYMES en las economías en desarrollo a la luz de BS 8001:2017 a través de una encuesta con las MIPYMES brasileñas. Los hallazgos principales enfatizan que las prácticas de CE de la dimensión de Administración ocuparon las primeras posiciones en el ranking de implementación, junto con una práctica de la dimensión de Innovación. Sin embargo, los resultados muestran que varias prácticas asociadas con la Transparencia y la Optimización del Producto en la cadena de valor tenían el último nivel de evidencia de implementación. Los hallazgos sugieren que la evaluación de las MIPYMES a través de BS 8001:2017 es beneficiosa para ayudarlas a analizar y reconsiderar sus prácticas relacionadas con los modelos comerciales lineales convencionales de tomar-usar-eliminar. En conjunto, los hallazgos mejoran nuestra comprensión del nivel de adopción de la implementación de componentes de CE, las prácticas más y menos adoptadas durante la transición de CE. El estudio también proporciona implicaciones para las políticas, la teoría y las aplicaciones prácticas en los casos en que existe un interés en evaluar la madurez de la implementación de la CE dentro de las MIPYMES en las economías en desarrollo. Implementing Circular Economy (CE) strategies has recently become one of the essential strategies for sustainable development and corporate social responsibility. However, despite the promising role and potential benefits of the CE for companies and society, there has still been insufficient analysis examining the challenges for circular transition faced by micro, small, and medium-sized enterprises (MSMEs) and the role that standards, such as British Standard (BS) 8001:2017, play during the transition process from linear to circular economy practices. Given this context and to further increase our understanding of the factors preventing the transition from linear to CE, this study aims to assess the CE implementation in MSMEs in developing economies in light of BS 8001:2017 through a survey with Brazilian MSMEs. The primary findings emphasize that CE practices from the Administration dimension occupied top positions in the ranking of implementation, along with one practice from the Innovation dimension. However, the results show that several practices associated with Transparency and Product Optimization in the value chain held the last level of evidence of implementation. Findings suggest that assessing MSMEs through BS 8001:2017 is beneficial for aiding them in analysing and reconsidering their practices related to the conventional linear business models of take-use-dispose. Collectively, the findings improve our understanding of the level of adoption of CE components implementation, the most and the least adopted practices during the CE transition. The study also provides implications for policy, theory, and practical applications in cases where there is an interest in assessing the maturity of CE implementation within MSMEs in developing economies. أصبح تنفيذ استراتيجيات الاقتصاد الدائري (CE) مؤخرًا أحد الاستراتيجيات الأساسية للتنمية المستدامة والمسؤولية الاجتماعية للشركات. ومع ذلك، على الرغم من الدور الواعد والفوائد المحتملة لـ CE للشركات والمجتمع، إلا أنه لا يزال هناك تحليل غير كافٍ لفحص تحديات الانتقال الدائري التي تواجهها الشركات متناهية الصغر والصغيرة والمتوسطة (MSMEs) والدور الذي تلعبه المعايير، مثل المعيار البريطاني (BS) 8001:2017، أثناء عملية الانتقال من ممارسات الاقتصاد الخطي إلى الاقتصاد الدائري. بالنظر إلى هذا السياق ولزيادة فهمنا للعوامل التي تمنع الانتقال من الخطية إلى CE، تهدف هذه الدراسة إلى تقييم تنفيذ CE في المشروعات المتوسطة والصغيرة ومتناهية الصغر في الاقتصادات النامية في ضوء BS 8001:2017 من خلال دراسة استقصائية مع المشروعات المتوسطة والصغيرة ومتناهية الصغر البرازيلية. تؤكد النتائج الأولية على أن ممارسات التعليم المستمر من بعد الإدارة احتلت المراكز الأولى في ترتيب التنفيذ، إلى جانب ممارسة واحدة من بعد الابتكار. ومع ذلك، تظهر النتائج أن العديد من الممارسات المرتبطة بالشفافية وتحسين المنتجات في سلسلة القيمة احتفظت بالمستوى الأخير من أدلة التنفيذ. تشير النتائج إلى أن تقييم المشروعات متناهية الصغر والصغيرة والمتوسطة من خلال معيار BS 8001:2017 مفيد لمساعدتها في تحليل وإعادة النظر في ممارساتها المتعلقة بنماذج الأعمال الخطية التقليدية للتخلص والاستخدام. بشكل جماعي، تعمل النتائج على تحسين فهمنا لمستوى اعتماد تنفيذ مكونات التعليم المستمر، والممارسات الأكثر اعتمادًا والأقل اعتمادًا خلال انتقال التعليم المستمر. كما توفر الدراسة الآثار المترتبة على السياسة والنظرية والتطبيقات العملية في الحالات التي يوجد فيها اهتمام بتقييم نضج تنفيذ CE داخل المشروعات المتوسطة والصغيرة ومتناهية الصغر في الاقتصادات النامية.

Il y a actuellement une grande quantité d'énergie gaspillée sur les soupapes de réduction de pression à travers le monde. Cet article soutient que cette énergie pourrait être exploitée avec la dépressurisation isotherme en appliquant une turbine de réduction de pression isotherme hydraulique. La turbine de réduction de pression isotherme hydraulique se compose de deux réservoirs remplis d'eau ou d'un liquide organique. Le gaz sous pression pénètre dans le réservoir, déplaçant le liquide, qui s'écoule à travers une turbine, générant de l'électricité. Le système proposé a des rendements autour de 90 %, ce qui est plus élevé que les turbines de réduction de pression habituelles. Le coût estimé de la technologie proposée est de 1300 USD/kW. La technologie proposée pourrait être réalisable pour exploiter le potentiel de production d'électricité gaspillé dans les soupapes de réduction de pression. Le besoin de cette technologie augmentera considérablement dans une future économie basée sur l'hydrogène, compte tenu de la faible densité volumétrique de l'hydrogène et des pertes d'énergie importantes lors de la compression et de la décompression de l'hydrogène. Actualmente se está desperdiciando una gran cantidad de energía en válvulas de reducción de presión en todo el mundo. Este documento argumenta que esta energía podría aprovecharse con la despresurización isotérmica mediante la aplicación de una turbina de reducción de presión isotérmica hidráulica. La turbina de reducción de presión isotérmica hidráulica consta de dos tanques llenos de agua o un líquido orgánico. El gas presurizado entra en el tanque, desplazando el líquido, que fluye a través de una turbina, generando electricidad. El sistema propuesto tiene eficiencias que rodean el 90%, que es más alto que las turbinas de reducción de presión habituales. El coste estimado para la tecnología propuesta es de 1300 USD/kW. La tecnología propuesta podría ser factible para aprovechar el potencial de generación de electricidad desperdiciado en las válvulas de reducción de presión. La necesidad de esta tecnología aumentará significativamente en una futura economía basada en el hidrógeno, dada la baja densidad volumétrica del hidrógeno y las significativas pérdidas de energía al comprimir y descomprimir el hidrógeno. There is currently a large amount of energy being wasted on pressure reduction valves across the world. This paper argues that this energy could be harnessed with isothermal depressurization by applying a hydraulic isothermal pressure reduction turbine. The hydraulic isothermal pressure reduction turbine consists of two tanks filled with water or an organic liquid. The pressurized gas enters the tank, displacing the liquid, which flows through a turbine, generating electricity. The proposed system has efficiencies surrounding 90%, which is higher than usual pressure reduction turbines. The estimated cost for the proposed technology is 1300 USD/kW. The proposed technology could be feasible to harness the potential for electricity generation wasted in pressure reduction valves. The need for this technology will increase significantly in a future hydrogen-based economy, given the low volumetric density of hydrogen and the significant energy losses when compressing and decompressing hydrogen. يوجد حاليًا كمية كبيرة من الطاقة التي يتم إهدارها على صمامات تقليل الضغط في جميع أنحاء العالم. تجادل هذه الورقة بأنه يمكن تسخير هذه الطاقة مع إزالة الضغط متساوي الحرارة من خلال تطبيق توربين هيدروليكي لخفض الضغط متساوي الحرارة. يتكون التوربين الهيدروليكي لخفض الضغط متساوي الحرارة من خزانين مملوءين بالماء أو سائل عضوي. يدخل الغاز المضغوط إلى الخزان، مما يؤدي إلى إزاحة السائل، الذي يتدفق عبر التوربينات، مما يولد الكهرباء. يحتوي النظام المقترح على كفاءات محيطة بنسبة 90 ٪، وهي أعلى من توربينات تقليل الضغط المعتادة. التكلفة المقدرة للتكنولوجيا المقترحة هي 1300 دولار أمريكي/كيلو واط. يمكن أن تكون التكنولوجيا المقترحة مجدية لتسخير إمكانات توليد الكهرباء المهدرة في صمامات تقليل الضغط. ستزداد الحاجة إلى هذه التكنولوجيا بشكل كبير في الاقتصاد المستقبلي القائم على الهيدروجين، نظرًا لانخفاض الكثافة الحجمية للهيدروجين والخسائر الكبيرة في الطاقة عند ضغط الهيدروجين وفك ضغطه.

AbstractThe rapid increase in cooling demand for air-conditioning worldwide brings the need for more efficient cooling solutions based on renewable energy. Seawater air-conditioning (SWAC) can provide base-load cooling services in coastal areas utilizing deep cold seawater. This technology is suggested for inter-tropical regions where demand for cooling is high throughout the year, and it has been implemented in islands with short distances from the coast and the deep sea. This paper proposes adjustments to the conventional design of SWAC plants to reduce implementation risks and costs. The approach is named high velocity SWAC and consists of increasing the excavation depth of the seawater pump station up to 20 m below the sea level, compared to 2 to 5 m in conventional SWAC projects. This allows a twofold increase in the speed of inlet pipeline seawater and cooling load of the plant. The cooling load can be expanded twofold with only 55% capital cost and 83% project costs, compared with the costs of a new system. In addition, this article shows that high velocity SWAC plants with thermal energy storage will have an important role supporting the dissemination of intermittent renewable sources of energy in regions where SWAC is a viable cooling alternative.

There is a significant energy transition in progress globally. This is mainly driven by the insertion of variable sources of energy, such as wind and solar power. To guarantee that the supply of energy meets its demand, energy storage technologies will play an important role in integrating these intermittent energy sources. Daily energy storage can be provided by batteries. However, there is still no technology that can provide weekly, monthly and seasonal energy storage services where pumped hydro storage is not a viable solution. Herein, we introduce an innovative energy storage proposal based on isothermal air compression/decompression and storage of the compressed air in the deep sea. Isothermal deep ocean compressed air energy storage (IDO-CAES) is estimated to cost from 1500 to 3000 USD/kW for installed capacity and 1 to 10 USD/kWh for energy storage. IDO-CAES should complement batteries, providing weekly, monthly and seasonal energy storage cycles in future sustainable energy grids, particularly in coastal areas, islands and offshore and floating wind power plants, as well as deep-sea mining activities.