|
| |
|
|
Critical Transmission Sectors of Energy-Water-GHG Nexus
Wang, Xuechao ; Ditl,, Pavel (referee) ; Nizetic, Prof Sandro (referee) ; Dr hab. inż. Paweł Ocłoń, prof. PK (referee) ; Klemeš, Jiří (advisor)
Využití vody, spotřeba energie a emise skleníkových plynů (GHG) jsou rozhodujícími ukazateli a do značné míry souvisí s udržováním nebo dosahováním environmentální a sociální udržitelnosti. Tato práce prezentuje vyvinuté metodiky. Představuje také provedené případové studie, které prozkoumaly a identifikovaly Water-Energy-GHG Nexus (WEGN) z pohledu dodavatelského řetězce. Pro analýzu a návrh sítě WEGN jsou navrženy tři metodiky, které jsou založeny na nové aplikaci a integraci modelu vstup-výstup (IO), geografického informačního systému (GIS) a sítě dodavatelského řetězce (SCN), a zároveň řeší výzvy, které dříve neumožňovali praktické implementace. Použitelnost těchto metod je prokázána třemi komplexními případovými studiemi zaměřenými na odvětvovou environmentální účinnost, regionální environmentální účinnost a kritické přenosy WEGN. Mezi mé příspěvky v této oblasti patří: i. Nový nástroj pro hodnocení založený na IO pro identifikaci regionální environmentální účinnosti z hlediska WEGN, zejména pro regiony, které jsou úzce propojenyobchodem. ii. Pokročilá integrace metodik GIS a IO (GIS-IO) za účelem odhalení a mapování sítě WEGN, sledování kritických meziregionálních a sektorových toků WEGN, vyjasnění regionálních, odvětvových a celosvětových vzorců sítě WEGN a určení souvisejících výhod pro různé regiony. iii. Efektivní metoda hodnocení založená na IO a SCN pro kvantifikaci sektorových koeficientů WEGN. Navrhované metodiky, s podporou sady komplexních základních rovnic, transformují komplikované výzvy identifikace a analýzy sítě WEGN do snadno srozumitelného formátu, z čehož vznikají robustní řešení pro zlepšení posuzování environmentální udržitelnosti a zmírnění environmentálních tlaků. Například v jedné z případových studií ukazují výsledky nového přístupu GIS-IO zjevné rozdíly mezi různými zeměmi v rámci EU27, mezi různými sektory a také pokud srovnáme EU27 jako blok zemí, s ostatními státy světa. Analýza ukázala, že země EU27 přispěly o 1.4 Gt nižšími emisemi CO2, o 64.5 Gm3 menší spotřebou vody a 4.9 × 104 PJ nižší spotřebou energie ve srovnání se zbytkem světa, přičemž generovaly ekvivalentní ekonomickou produkci. To má dramatický dopad na globální prostředí. Největší úspěch v CWE mezi zeměmi EU27 měly Německo, Francie a Itálie. Práce doporučuje, aby EU27 poskytovala více technické podpory zemím, které těchto výsledků nedosahují, aby se zvýšila účinnost využívání zdrojů.
|
|
|
Integrated Approach of Intelligent Asset Maintenance and Resource Conservation for Circular Economy
Chin, Hon Huin ; Ditl, Pavel (referee) ; Hanika, Jiří (referee) ; Kravanja, Zdravko (referee) ; Klemeš, Jiří (advisor)
Rychlá globální industrializace a urbanizace kladla velkou zátěž na spotřebu přírodních zdrojů. Například nedostatek vody a znečištění vody již dlouhou dobu ovlivňují lidské životy a hospodářský rozvoj a uchýlení se k čisté sladké vodě se stává důležitým problémem. Rostoucí problémy s nepravidelným zásobováním vodou a znečištěním vody vyžadují pokročilejší metodiky hodnocení vodních zdrojů, které by vedly k praktickému využívání vody a hospodaření s ní. Dalším známým problémem je akumulace plastového odpadu v této možnosti, což vyvolává znepokojivé obavy ohledně dosažení optimální sítě pro zachování zdrojů, směřující k cíli oběhového hospodářství. Koncept cirkulární ekonomiky se zaměřuje nejen na ochranu zdrojů, ale také zdůrazňuje důležitost zachování a zachování životnosti aktiv. Tato práce je zaměřena na vývoj pokročilých přístupů k ochraně zdrojů a údržbě majetku Tato práce představuje rozšířenou analýzu metod založených na Pinch při zachování materiálových zdrojů pro průmyslové místo. Hlavní rozšíření zahrnují koncepční analýzu sítě pro zachování zdrojů, která zahrnuje omezení několika kvalit, cílení a syntézu záhlaví a syntézu sítě pro zachování materiálu v rámci celého webu. Tyto metody slouží uživatelům jako grafické uživatelské rozhraní k výběru preferovaných možností návrhu a zároveň zajišťují minimální spotřebu čerstvých zdrojů. Studie také rozšiřuje začlenění různých typů zdrojů, jako je teplo a voda, do ochranné sítě. Otázky řízení, jako je řízení zdrojů, dotace a rozdělování nákladů, jsou rovněž studovány pro ekologický průmysl. S ohledem na prodloužení životnosti aktiva je do této studie začleněno dlouhodobé plánování procesu nebo průmyslového areálu pokrývajícího věk majetku, odpisy a spolehlivost. Nástroje pro integraci procesů jsou navrženy tak, aby plánovaly náklady na údržbu na časové období a plánování pracovní síly. Studie je také rozšířena o další analýzu zahrnující investice do pohotovostních jednotek a technologií pro jakýkoli proces. Kombinace výkonu aktiv s ochranou zdrojů, rámce diagnostiky chyb a prognózy se aplikuje na plánování údržby majetku Total Site/Eco-industrial park.
|
|
|
EXTENDED METHODOLOGY FOR WATER RESOURCES AND WATER-RELATED ENERGY ASSESSMENT ADDRESSING WATER QUALITY
JIA, Xuexiu ; Ditl,, Pavel (referee) ; Dr hab. inż. Paweł Ocłoń, prof. PK (referee) ; Dr. Aoife M. Foley (referee) ; Varbanov, Petar Sabev (advisor)
Problémy s vodou, zejména její nedostatek a znečištění, ovlivňují každodenní lidský život a hospodářský vývoj. Globální změny klimatu zvyšují pravděpodobnost a četnost extrémních událostí jako jsou sucho a záplavy. Rostoucí problémy s nepravidelnou dostupností a znečištěním vody vyžadují pokročilejší metodiky hodnocení vodních zdrojů, které povedou k efektivnímu využití a hospodaření s vodou. Tato práce se zabývá rozšířenými metodikami pro hodnocení vody z pohledu její kvality a kvantity a pro hodnocení spotřeby energie a produkce emisí souvisejících s vodou. Tři hlavní metodiky jsou navrženy na základě konceptu vodní stopy (Water Footprint) a pinch analýzy vody (Water Pinch Analysis) pro posouzení kvantitativních a kvalitativních hledisek využití a spotřeby vody. Použití těchto metod je rovněž demonstrováno pomocí numerických a empirických případových studií zaměřených na hodnocení a optimalizaci využití regionálních a průmyslových vodních zdrojůDále jsou diskutovány souvislosti mezi vodou a energií (Water-Energy Nexus) za účelem analýzy problémů týkající se vody z širší perspektivy. Z pohledu vody a vodních zdrojů je provedeno počáteční zhodnocení energetické náročnosti a produkce emisí skleníkových plynů v problematice odsolování mořské vody. Výsledky prezentované v této práci navazují na současné metodiky hodnocení vodních zdrojů. Stopa dostupnosti vody (Water Availability Footprint) byla navržena pro zohlednění dopadu degradace kvality vody ve stávajících postupech pro posuzování nedostatku vody, ve kterých nebyla dříve řešena. Druhým přínosem této práce je návrh konceptu kvantitativní-kvalitativní vodní stopy (Quantitative-Qualitative Water Footprint - QQWFP), ve kterém je definována vodní stopa z pohledu nákladů a následně je stanovena v souvislosti s celkovými náklady na spotřebu vody a odstraňování kontaminantů, které se do vody dostávají v průběhu jejího využití. Vodní stopa založená na nákladech poskytuje výsledky, které jsou intuitivnější jak pro management vodních zdrojů tak i pro veřejnost. Tento přístup umožňuje lépe kontrolovat a řídit průmyslové a regionální využívání a správu vody. Třetím přínosem této práce je rozšíření pinch analýzy nedostatku vody (Water Scarcity Pinch Analysis - WSPA), ve které je aplikována pinch analýzy vody na makroúrovni se zaměřením na regionální hodnocení a optimalizaci zdrojů a využívání vody. Všechny tři navržené metody jsou zaměřeny na stanovení dopadů využití vody z hlediska jejího množství a kvality, analýzy QQWFP a WSPA také pokrývají dopady vícečetných kontaminantů. Kromě hledání řešení se tato práce také pokouší naznačit potenciální směry pro budoucí výzkum v dané oblasti. Mezi významná potenciální témata k diskuzi patří 1) pokročilejší metoda kvantifikace vlivu více kontaminantů a 2) implementace a analýza ekonomické proveditelnosti přístupů WSPA a QQWFP s lokalizovanými daty s cílem nalézt přizpůsobené řešení pro optimální využití regionální a průmyslové vody.
|
|
|
Upgraded Methodology for Process Intensification in Natural Gas Dehydration
Abdulrahman, Ibrahim ; Jegla, Zdeněk (referee) ; Ditl,, Pavel (referee) ; Máša, Vítězslav (advisor)
Vysoušení zemního plynu, anglicky natural gas dehydration, je zásadní součástí procesu zpracování vytěženého zemního plynu. Klíčová úloha vysoušení spočívá především v podpoře množství a kvality produktu, ale také v prevenci tvorby hydrátů, koroze či nežádoucí vodní kontaminace při transportu plynu. Tento petrochemický proces má všechny předpoklady pro aplikaci tzv. intenzifikace procesů (PI), moderního přístupu z oblasti procesního inženýrství. Jeho intenzifikace je žádoucí z pohledu investičních a provozních nákladů (CAPEX and OPEX), spotřeby energie i produkce nežádoucích emisí. Současné globální požadavky v oblasti ochrany životního prostředí i ochrany zdraví osob umocňují význam těchto snah. V odborné literatuře v posledních letech významně roste zájem o intenzifikovaná zařízení (PI equipment), méně však už o rozvoj metod intenzifikace procesů a jejich aplikaci na komplexnější procesy. Překvapivě málo se také při výzkumu PI využívá počítačové podpory ve formě simulace procesů. Předložená práce představuje novou systematickou metodu pro intenzifikaci procesu vysoušení zemního plynu založenou na počítačové simulaci, která využívá dva hodnotící parametry: jmenovitou spotřebu energie (Rated energy consumption, REC) a předepsaný obsah vody v produkovaném zemním plynu. Spotřeba energie je tvořena přímou spotřebou samotného procesu a entalpickými ztrátami přes hranici procesu. Snižování jmenovité spotřeby energie je klíčovou motivací intenzifikace a současně prostředkem k jejímu hodnocení. Předepsaný obsah vody je klíčovým projekčním a provozním parametrem procesu. Navržená metoda vychází z interakce těchto dvou parametrů. Práce staví na zodpovědném rozlišování mezi intenzifikací konkrétní procesní jednotky a intenzifikací komplexnějšího procesu, který zahrnuje více dílčích jednotek. Využívá přitom efektivní rámec pro implementaci PI v petrochemickém průmyslu, který byl definován autorem práce. Navržená metoda byla aplikována na existující průmyslový provoz zpracovávající vytěžený zemní plyn. Pro analýzu nejčastěji využívané technologie sušení, tzv. triethylenglykolové absorpce (TEG), byl použit výkonný software pro simulaci procesů. Byla provedena citlivostní analýza jmenovité spotřeby energie (Rated energy consumption, REC) této jednotky na změnu tří vybraných proměnných – průtoku triethylenglykolu, teploty v koloně a průtoku stripovacího plynu. Ukázalo se, že tyto proměnné mají obrovský potenciál pro intenzifikaci TEG jednotky. Jejich cílenou změnou je možné snížit jmenovitou spotřebu energie o 11 až 18 %, BTEX emise až o 69 %, emise CO2 až o 37 % a ztráty triethylenglykolu až o 35%, přičemž není negativně ovlivněna předepsaná kvalita produktu. Metoda předpokládá postupné provozní zásahy do procesu a nevyužívá technologických změn. Navržené úpravy jsou proto velmi dobře využitelné při optimalizaci provozu stávajících jednotek glykolové absorpce i návrhu nových. Navržená systematická metoda byla použita i na další jednotky, které předchází a navazují na glykolovou absorpci. Výsledky potvrzují výše uvedený přínos a významný potenciál PI při snižování spotřeby energie, kterého může být dosaženo v rámci celého procesu vysoušení zemního plynu.
|
|
|
Integrated Approach of Intelligent Asset Maintenance and Resource Conservation for Circular Economy
Chin, Hon Huin ; Ditl, Pavel (referee) ; Hanika, Jiří (referee) ; Kravanja, Zdravko (referee) ; Klemeš, Jiří (advisor)
Rychlá globální industrializace a urbanizace kladla velkou zátěž na spotřebu přírodních zdrojů. Například nedostatek vody a znečištění vody již dlouhou dobu ovlivňují lidské životy a hospodářský rozvoj a uchýlení se k čisté sladké vodě se stává důležitým problémem. Rostoucí problémy s nepravidelným zásobováním vodou a znečištěním vody vyžadují pokročilejší metodiky hodnocení vodních zdrojů, které by vedly k praktickému využívání vody a hospodaření s ní. Dalším známým problémem je akumulace plastového odpadu v této možnosti, což vyvolává znepokojivé obavy ohledně dosažení optimální sítě pro zachování zdrojů, směřující k cíli oběhového hospodářství. Koncept cirkulární ekonomiky se zaměřuje nejen na ochranu zdrojů, ale také zdůrazňuje důležitost zachování a zachování životnosti aktiv. Tato práce je zaměřena na vývoj pokročilých přístupů k ochraně zdrojů a údržbě majetku Tato práce představuje rozšířenou analýzu metod založených na Pinch při zachování materiálových zdrojů pro průmyslové místo. Hlavní rozšíření zahrnují koncepční analýzu sítě pro zachování zdrojů, která zahrnuje omezení několika kvalit, cílení a syntézu záhlaví a syntézu sítě pro zachování materiálu v rámci celého webu. Tyto metody slouží uživatelům jako grafické uživatelské rozhraní k výběru preferovaných možností návrhu a zároveň zajišťují minimální spotřebu čerstvých zdrojů. Studie také rozšiřuje začlenění různých typů zdrojů, jako je teplo a voda, do ochranné sítě. Otázky řízení, jako je řízení zdrojů, dotace a rozdělování nákladů, jsou rovněž studovány pro ekologický průmysl. S ohledem na prodloužení životnosti aktiva je do této studie začleněno dlouhodobé plánování procesu nebo průmyslového areálu pokrývajícího věk majetku, odpisy a spolehlivost. Nástroje pro integraci procesů jsou navrženy tak, aby plánovaly náklady na údržbu na časové období a plánování pracovní síly. Studie je také rozšířena o další analýzu zahrnující investice do pohotovostních jednotek a technologií pro jakýkoli proces. Kombinace výkonu aktiv s ochranou zdrojů, rámce diagnostiky chyb a prognózy se aplikuje na plánování údržby majetku Total Site/Eco-industrial park.
|
|
| |
|
|
Critical Transmission Sectors of Energy-Water-GHG Nexus
Wang, Xuechao ; Ditl,, Pavel (referee) ; Nizetic, Prof Sandro (referee) ; Dr hab. inż. Paweł Ocłoń, prof. PK (referee) ; Klemeš, Jiří (advisor)
Využití vody, spotřeba energie a emise skleníkových plynů (GHG) jsou rozhodujícími ukazateli a do značné míry souvisí s udržováním nebo dosahováním environmentální a sociální udržitelnosti. Tato práce prezentuje vyvinuté metodiky. Představuje také provedené případové studie, které prozkoumaly a identifikovaly Water-Energy-GHG Nexus (WEGN) z pohledu dodavatelského řetězce. Pro analýzu a návrh sítě WEGN jsou navrženy tři metodiky, které jsou založeny na nové aplikaci a integraci modelu vstup-výstup (IO), geografického informačního systému (GIS) a sítě dodavatelského řetězce (SCN), a zároveň řeší výzvy, které dříve neumožňovali praktické implementace. Použitelnost těchto metod je prokázána třemi komplexními případovými studiemi zaměřenými na odvětvovou environmentální účinnost, regionální environmentální účinnost a kritické přenosy WEGN. Mezi mé příspěvky v této oblasti patří: i. Nový nástroj pro hodnocení založený na IO pro identifikaci regionální environmentální účinnosti z hlediska WEGN, zejména pro regiony, které jsou úzce propojenyobchodem. ii. Pokročilá integrace metodik GIS a IO (GIS-IO) za účelem odhalení a mapování sítě WEGN, sledování kritických meziregionálních a sektorových toků WEGN, vyjasnění regionálních, odvětvových a celosvětových vzorců sítě WEGN a určení souvisejících výhod pro různé regiony. iii. Efektivní metoda hodnocení založená na IO a SCN pro kvantifikaci sektorových koeficientů WEGN. Navrhované metodiky, s podporou sady komplexních základních rovnic, transformují komplikované výzvy identifikace a analýzy sítě WEGN do snadno srozumitelného formátu, z čehož vznikají robustní řešení pro zlepšení posuzování environmentální udržitelnosti a zmírnění environmentálních tlaků. Například v jedné z případových studií ukazují výsledky nového přístupu GIS-IO zjevné rozdíly mezi různými zeměmi v rámci EU27, mezi různými sektory a také pokud srovnáme EU27 jako blok zemí, s ostatními státy světa. Analýza ukázala, že země EU27 přispěly o 1.4 Gt nižšími emisemi CO2, o 64.5 Gm3 menší spotřebou vody a 4.9 × 104 PJ nižší spotřebou energie ve srovnání se zbytkem světa, přičemž generovaly ekvivalentní ekonomickou produkci. To má dramatický dopad na globální prostředí. Největší úspěch v CWE mezi zeměmi EU27 měly Německo, Francie a Itálie. Práce doporučuje, aby EU27 poskytovala více technické podpory zemím, které těchto výsledků nedosahují, aby se zvýšila účinnost využívání zdrojů.
|
|
|
EXTENDED METHODOLOGY FOR WATER RESOURCES AND WATER-RELATED ENERGY ASSESSMENT ADDRESSING WATER QUALITY
JIA, Xuexiu ; Ditl,, Pavel (referee) ; Dr hab. inż. Paweł Ocłoń, prof. PK (referee) ; Dr. Aoife M. Foley (referee) ; Varbanov, Petar Sabev (advisor)
Problémy s vodou, zejména její nedostatek a znečištění, ovlivňují každodenní lidský život a hospodářský vývoj. Globální změny klimatu zvyšují pravděpodobnost a četnost extrémních událostí jako jsou sucho a záplavy. Rostoucí problémy s nepravidelnou dostupností a znečištěním vody vyžadují pokročilejší metodiky hodnocení vodních zdrojů, které povedou k efektivnímu využití a hospodaření s vodou. Tato práce se zabývá rozšířenými metodikami pro hodnocení vody z pohledu její kvality a kvantity a pro hodnocení spotřeby energie a produkce emisí souvisejících s vodou. Tři hlavní metodiky jsou navrženy na základě konceptu vodní stopy (Water Footprint) a pinch analýzy vody (Water Pinch Analysis) pro posouzení kvantitativních a kvalitativních hledisek využití a spotřeby vody. Použití těchto metod je rovněž demonstrováno pomocí numerických a empirických případových studií zaměřených na hodnocení a optimalizaci využití regionálních a průmyslových vodních zdrojůDále jsou diskutovány souvislosti mezi vodou a energií (Water-Energy Nexus) za účelem analýzy problémů týkající se vody z širší perspektivy. Z pohledu vody a vodních zdrojů je provedeno počáteční zhodnocení energetické náročnosti a produkce emisí skleníkových plynů v problematice odsolování mořské vody. Výsledky prezentované v této práci navazují na současné metodiky hodnocení vodních zdrojů. Stopa dostupnosti vody (Water Availability Footprint) byla navržena pro zohlednění dopadu degradace kvality vody ve stávajících postupech pro posuzování nedostatku vody, ve kterých nebyla dříve řešena. Druhým přínosem této práce je návrh konceptu kvantitativní-kvalitativní vodní stopy (Quantitative-Qualitative Water Footprint - QQWFP), ve kterém je definována vodní stopa z pohledu nákladů a následně je stanovena v souvislosti s celkovými náklady na spotřebu vody a odstraňování kontaminantů, které se do vody dostávají v průběhu jejího využití. Vodní stopa založená na nákladech poskytuje výsledky, které jsou intuitivnější jak pro management vodních zdrojů tak i pro veřejnost. Tento přístup umožňuje lépe kontrolovat a řídit průmyslové a regionální využívání a správu vody. Třetím přínosem této práce je rozšíření pinch analýzy nedostatku vody (Water Scarcity Pinch Analysis - WSPA), ve které je aplikována pinch analýzy vody na makroúrovni se zaměřením na regionální hodnocení a optimalizaci zdrojů a využívání vody. Všechny tři navržené metody jsou zaměřeny na stanovení dopadů využití vody z hlediska jejího množství a kvality, analýzy QQWFP a WSPA také pokrývají dopady vícečetných kontaminantů. Kromě hledání řešení se tato práce také pokouší naznačit potenciální směry pro budoucí výzkum v dané oblasti. Mezi významná potenciální témata k diskuzi patří 1) pokročilejší metoda kvantifikace vlivu více kontaminantů a 2) implementace a analýza ekonomické proveditelnosti přístupů WSPA a QQWFP s lokalizovanými daty s cílem nalézt přizpůsobené řešení pro optimální využití regionální a průmyslové vody.
|
guest ::
RSS feed.