Innovation and Optimization of Energy Systems in the Temporary Entertainment Events Industry : Modeling & Optimization of temporary energy systems

• Main Author: Mergulhao, Vasco
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Kraft- och värmeteknologi 2019
• Subjects: Engineering and Technology; Teknik och teknologier; Energy Systems; Energisystem
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-263612

An unprecedented view into the nature of energy systems in the Temporary Entertainment Events Industry (TEEI) is developed. A characterization of the context of the latter and its energy systems state-of-the-art is performed. Allowing for the main development of the present study, the modeling of temporary energy systems in the TEEI, ultimately delivering a tool for the assessment of the performance of these systems at a level of analytical detail previously inexistent in the industry. In the absence of previews literature on the topic, state-of-the-art modeling techniques have been reviewed from the field of small-scale polygeneration system to develop a customized approach for the modeling of temporary energy systems. An Integrated Design, Synthesis and Operation Optimization (IDSOO) approach has been adapted in a Mixed Integer Linear Programing (MILP) model and contextualized for the TEEI. Additionally, a customized approach has been developed for the treatment and compression of the original energy demand curves in a separate optimization algorithm defined in respect to the constraints and priorities of the given context. The model has been developed to cater to the evaluation of the targets set by the Festival Vision 2025 pledge. Which is then applied in a case study event set in the United Kingdom (UK), with over 50 000 visitors over a period of 4 days. In addition to the evaluation of the pledge’s targets, two additional scenarios are created to better explore to full potential of the methodology presently developed. Namely, first an integrated system approach and its benefits has been evaluated to counterpose the established practice of isolating the event’s energy sub-systems. Secondly, the effects of the prevailing energy demand uncertainty in TEEI and its typical preference of overgenerous systems’ designs are analyzed in a hypothetical, yet representative, scenario. Finally, given the pioneering nature of the developed study, a listing has been made with the argued most relevant future study topics that were found to offer the highest benefits to the TEEI. In conclusion, it has been found that there seems to be more potential than previously thought for the improvement of the performance of the TEEI’s current energy systems. It is shown that even when optimized, isolated generator-based systems in some cases will inevitably incur into undesired operational conditions, thus demonstrating the limits of the current practices and technology selection. Nevertheless, it was found that, at least for the given case study, the Festival Vision 2025 medium term targets are achievable even when resorting solely to the optimization of the current diesel-based systems. Reinstating the need for better energy systems planning and designs. Ultimately, it was concluded that the developed model fulfills the objective of representing the TEEIs energy systems to a level of detail unprecedented and that it, or similar tools, could be used to quantify and substantiate the implications of the industry’s environmental goals for its energy systems. === En ny syn på energisystem för tillfällig underhållning (TEEI) är under utveckling. En karaktärisering av sammanhanget för det senare och dess energisystem har varit fokus i denna studie. Utgående från utvecklingen av den aktuella studien, modellering av tillfälliga energisystem i TEEI, levereras ett verktyg för bedömning av prestandan hos dessa system på en nivå av analytisk detaljering som tidigare inte fanns i branschen. I avsaknad av tidigare litteratur om ämnet har state-of-the-art modelleringstekniker från området för småskaligt polygenerationssystem använts för att utveckla ett anpassat tillvägagångssätt för modellering av tillfälliga energisystem. En integrerad strategi för design, syntes och driftoptimering (IDSOO) har anpassats i en MILPmodell (Mixed Integer Linear Programing) och kontextualiserats för TEEI. Dessutom har ett anpassat tillvägagångssätt utvecklats för behandling och komprimering av mätningar av faktiska energibehov i en separat optimeringsalgoritm definierad med avseende på begränsningarna och prioriteringarna i det givna sammanhanget. Modellen har utvecklats för att tillgodose utvärderingen av de mål som fastställts av Festival Vision 2025- pantsättningen. Som sedan tillämpas i en fallstudiehändelse i Storbritannien (Storbritannien), med över 50 000 besökare under en period av fyra dagar. Förutom utvärderingen av de uppsatta målen skapas ytterligare två scenarier för att bättre utforska till den fulla potentialen för den för närvarande utvecklade metodiken. Först har en integrerad systemansats och dess fördelar utvärderats för att motverka den etablerade praxisen att isolera evenemangets energi-delsystem. För det andra analyseras effekterna av den rådande osäkerheten om energibehov i TEEI och dess typiska preferens för systemdesign med alltör generösa säkerhetsmarginaler i ett hypotetiskt men ändå representativt scenario. Slutligen, med tanke på studiens banbrytande karaktär, har en lista gjorts med de mest relevanta framtida studieämnen som visat sig ge de främsta fördelarna för TEEI. Sammanfattningsvis har det visat sig att det verkar finnas mer potential än man tidigare trott för förbättring av prestandan i TEEI: s nuvarande energisystem. Det visas att även när optimerade och isolerade generatorbaserade system i vissa fall oundvikligen kommer att drabbas av oönskade driftsförhållanden och därmed demonstreras gränserna för den nuvarande praxisen och teknikvalet. Trots det konstaterades att, åtminstone för den givna fallstudien, Festival Vision 2025 målsättningarna på medellång sikt kan uppnås även om man endast använder sig av optimeringen av de nuvarande dieselbaserade systemen, vilket återinför behovet av bättre planering och design av energisystem. I slutändan drogs slutsatsen att den utvecklade modellen uppfyller målet att representera TEEI: s energisystem till en ny detaljnivå och att den, eller liknande verktyg, skulle kunna användas för att kvantifiera och underbygga konsekvenserna av branschens miljömål för dess energisystem.