Modeling Environmental and Economic Factors in Regional Energy Optimization

• Autorzy: Hasan Huseyin Coban , Wojciech Lewicki , Agnieszka Brelik

Warianty tytułu

Modelowanie czynników środowiskowych i ekonomicznych w regionalnej optymalizacji energetycznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This article addresses the contemporary environmental challenges stemming from rapid economic growth, surg-ing energy consumption, urban expansion, and mounting waste issues. The study explores the optimisation of a regional energy system, considering not only the electric energy sector but also the fuel and thermal energy sectors for the selected geographi-cal destination. In this study, the application of the Linprog optimisation function in MATLAB programming tool to solve Regional Energy System Optimization with renewable resources is explained. The primary objective is to develop a mathematical model that identifies the optimal energy balance structure, allowing for the partial replacement of hydrocarbon sources with biore-sources and waste in heat and electricity generation, as well as in vehicle fuel consumption. The modelling approach involves linear programming and integrates two key criteria: economic (cost of energy for consumers) and environmental (carbon foot-print). The novelty of this approach lies in applying life cycle analysis to assess potential environmental consequences. Results reveal optimal generation volumes based on economic and environmental considerations. When optimising solely for economic criteria, municipal solid waste, along with wind energy, emerges as the preferred source. In contrast, the simultaneous optimisa-tion of economic and environmental parameters aligns with the economic calculation, demonstrating a balanced approach to sustainable development.(original abstract)

W artykule omówiono współczesne wyzwania środowiskowe wynikające z szybkiego wzrostu gospodarczego, rosnącego zużycia energii, ekspansji miast i narastających problemów z odpadami. W opracowaniu podjęto próbę optymalizacji regionalnego systemu energetycznego, uwzględniając nie tylko sektor energii elektrycznej, ale także sektor paliwowy i energetyki cieplnej dla wybranej lokalizacji geograficznej. W tym opracowaniu wyjaśniono zastosowanie funkcji optymalizacyjnej Linprog w narzędziu programistycznym MATLAB do rozwiązywania problemów z optymalizacją regionalnego systemu energetycznego przy użyciu zasobów odnawialnych. Podstawowym celem jest opracowanie modelu matematycznego identyfikującego optymalną strukturę bilansu energetycznego, pozwalającą na częściowe zastąpienie źródeł węglowodorów biosurowcami i odpadami w procesie wytwarzania ciepła i energii elektrycznej, a także w zużyciu paliwa przez pojazdy. Podej-ście modelowe obejmuje programowanie liniowe i integruje dwa kluczowe kryteria: ekonomiczne (koszt energii dla konsumen-tów) i środowiskowe (ślad węglowy). Nowatorstwo tego podejścia polega na zastosowaniu analizy cyklu życia do oceny potencjalnych konsekwencji dla środowiska. Wyniki ujawniają optymalne wielkości produkcji w oparciu o względy ekonomiczne i środowiskowe. W przypadku optymalizacji wyłącznie pod kątem kryteriów ekonomicznych, preferowanym źródłem są stałe odpady komunalne oraz energia wiatrowa. Natomiast jednoczesna optymalizacja parametrów ekonomicznych i środowiskowych pokrywa się z kalkulacją ekonomiczną, wykazując zrównoważone podejście do zrównoważonego rozwoju.(abstrakt oryginalny)

Słowa kluczowe

EN

Energy use; Economic growth; Optimalization; Renewable energy; Fuel-energy systems; Natural environment

PL

Zużycie energii; Wzrost gospodarczy; Optymalizacja; Energia odnawialna; Systemy paliwowo-energetyczne; Środowisko przyrodnicze

• Czasopismo: Ekonomia i Środowisko
• Rocznik: 2024
• Numer: nr 2 (89)
• Strony: 1--8

Twórcy

autor

Hasan Huseyin Coban

• Bartin University, Turkey

autor

Wojciech Lewicki

• University of Technology in Szczecin, Poland

autor

Agnieszka Brelik

• University of Technology in Szczecin, Poland

Bibliografia

• Climate Transparency. (2021). Climate Transparency Report: Comparing G20 Climate Action Towards Net Zero. https://www.climate-transparency.org/g20-climate-performance/g20report2021
• Coban, H. H., & Lewicki, W. (2022). Daily electricity demand assessment on the example of the Turkish road transport system-a case study of the development of electromobility on highways. Transport Geography Papers of PGS, 25(2), 52-62. https://doi.org/10.4467/2543859XPKG.22.011.16269
• Coban, H. H., & Lewicki, W. (2023). Flexibility in power systems of integrating variable renewable energy sources. Journal of Advanced Research in Natural and Applied Sciences, 9(1), 190-204. https://doi.org/10.28979/jarnas.1137363
• Cuce, H., & Ugur, O. (2021). Nevşehir İlinde Karayolu Ulaşımından Kaynaklanan Sera Gazı Emisyonlarının Covid-19 Salgını Başlangıç Döneminde Değerlendirilmesi. Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi, 11(1), 118-134. https://doi.org/10.31466/kfbd.885206
• Ferris, N. (2023, April 25). Data insight: the cost of a wind turbine has increased by 38% in two years. Energy Monitor. https://www.energymonitor.ai/renewables/data-insight-the-cost-of-a-wind-turbine-has-increased-by-38-in-two-years/
• Güzel, T. D., & Alp, K. (2020). Modeling of greenhouse gas emissions from the transportation sector in Istanbul by 2050. Atmospheric Pollution Research, 11(12), 2190-2201. https://doi.org/10.1016/j.apr.2020.08.034
• Hsieh, Y.-L., & Yeh, S.-C. (2024). The trends of major issues connecting climate change and the sustainable development goals. Discover Sustainability, 5, 31. https://doi.org/10.1007/s43621-024-00183-9
• IEA. (2020). Capital costs of wind in selected emerging economies. https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/capital-costs-of-wind-in-selected-emerging-economies
• IEA. (2022, October 27). Cost of capital for a solar PV project, 2021. https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/cost-of-capital-for-a-solar-pv-project-2021
• Iosifov, V. V., Khrustalev, E. Y., Larin, S. N., & Khrustalev, O. E. (2020). Strategic Planning of Regional Energy System Based on Life Cycle Assessment Methodology. International Journal of Energy Economics and Policy, 10(3), 62-68. https://doi.org/10.32479/ijeep.8791
• Liu, J., Lau, S., Liu, S. S., & Hu, Y. (2024). How Firm's Commitment to ESG Drives Green and Low-Carbon Transition: A Longitudinal Case Study from Hang Lung Properties. Sustainability, 16(2), 711. https://doi.org/10.3390/su16020711
• Minelli, F., Ciriello, I., Minichiello, F., & D'Agostino, D. (2024). From Net Zero Energy Buildings to an energy sharing model - The role of NZEBs in Renewable Energy Communities. Renewable Energy, 223, 120110. https://doi.org/10.1016/j.renene.2024.120110
• Ozgur, M. A. (2008). Review of Turkey's renewable energy potential. Renewable Energy, 33(11), 2345-2356. https://doi.org/10.1016/j.renene.2008.02.003
• Ramasamy, V., Zuboy, J., O'Shaughnessy, E., Feldman, D., Desai, J., Woodhouse, M., Basore, P., & Margolis, R. (2022). U.S. Solar Photovoltaic System and Energy Storage Cost Benchmarks, With Minimum Sustainable Price Analysis: Q1 2022. https://doi.org/10.2172/1891204
• Ratner, S. V., Iosifov, V. V., & Ratner, M. D. (2018). Optimization of the regional energy system with high potential of use of bio-waste and bioresources as energy sources with respect to ecological and economic parameters: The Krasnodar Krai case. Regional Economics: Theory and Practice, 16(12), 2383-2398. https://doi.org/10.24891/re.16.12.2383
• Rehman, A., Radulescu, M., Cismaș, L. M., Cismaș, C.-M., Chandio, A. A., & Simoni, S. (2022). Renewable Energy, Urbanization, Fossil Fuel Consumption, and Economic Growth Dilemma in Romania: Examining the Short- and Long-Term Impact. Energies, 15(19), 7180. https://doi.org/10.3390/en15197180
• Republic of Türkiye Ministry of Energy and Natural Resources. (2023). Resources: Wind, Solar. https://enerji.gov.tr/eigm-resources-en
• Semin, A. N., Ponkratov, V. V., Levchenko, K. G., Pozdnyaev, A. S., Kuznetsov, N. V., & Lenkov, O. V. (2019). Optimization Model For the Russian Electric Power Generation Structure to Reduce Energy Intensity of the Economy. International Journal of Energy Economics and Policy, 9(3), 379-387. https://doi.org/10.32479/ijeep.7552
• Siala, K., & Mahfouz, M. Y. (2019). Impact of the choice of regions on energy system models. Energy Strategy Reviews, 25, 75-85. https://doi.org/10.1016/j.esr.2019.100362
• Stehly, T., & Duffy, P. (2021). 2020 Cost of Wind Energy Review. https://doi.org/10.2172/1838135
• Turkish Statistical Institute. (2022). Turkish Greenhouse Gas Inventory 1990 - 2020. https://unfccc.int/documents/461926
• Zhironkin, S., & Cehlár, M. (2022). Green Economy and Sustainable Development: The Outlook. Energies, 15(3), 1167. https://doi.org/10.3390/en15031167

Identyfikatory

DOI

10.34659/eis.2024.89.2.748