哈里·夏皮罗的毕业论文揭示了减少普林斯顿校园碳排放的新方法

哈里·夏皮罗(Harry Shapiro) 6岁时第一次参观了他父亲在芝加哥家附近经营的塑料厂. 他带着被工业工厂吸引的火花走了出去，并带着这种火花去了im体育外围下载.

2018年，他在校园的第一个学期, 夏皮罗参观了该大学的能源工厂, 在那里，他惊叹于工厂的不同部件如何组合在一起，为校园提供大部分供暖的“天才和才华”, 冷却和电力.

现在, 他的毕业论文项目, 夏皮罗综合了校园能源使用的200多万个数据点, 开发一个数学模型，以帮助降低成本和碳排放. 该模型旨在优化大学对各种能源的每小时调度，这对普林斯顿来说是一个越来越复杂的挑战 朝着2046年实现净零碳排放的目标迈进.

参观能源工厂是 机械与航空航天工程 (美)部门的 核心热力学课程. 讲师 Lamyaa El-Gabry 自2017年以来，他在im体育外围下载教授这门课程，并将许多 Campus-as-Lab 元素与im体育外围下载合作 可持续发展办公室.

这门课程巩固了他专注于MAE的决定，加深了他对如何使系统更高效的思考, 夏皮罗说, 谁也在获得证书 外交的历史和实践, 工程及管理系统, 机器人和智能系统.

在im体育外围下载期间，夏皮罗是 模拟联合国队 和财务主管 普林斯顿火箭俱乐部他也是一名轻型飞机飞行员. 他被授予 夏皮罗学术卓越奖 2018-19学年和2019-20学年两次. 该奖项由im体育外围下载名誉校长Harold T. 夏皮罗(没有关系)“认可一年级和二年级学生的杰出学术成就，并鼓励他们继续认真从事知识追求。.”

创造性的吸引力 效率

“设计效率是我最喜欢的工程部分. 普林斯顿可以在每栋楼的每扇窗户上安装空调, 或者一架喷气式客机可以有六个引擎, 但这并不令人兴奋或具有挑战性,夏皮罗说. 热力学课程向他展示了“如何发挥创造力，最大限度地利用你所生产的每一盎司能量——如何不浪费。.”

到了做高级项目的时候, 夏皮罗说, 他“立刻想起了那次工厂之旅.他邀请El-Gabry担任他的顾问, 他们会见了校园能源工厂主任Ted 钻等人 设施 工作人员探索可能影响校园日常能源运作的研究想法.

“这让Harry有机会处理具有即时工程需求的真实数据,El-Gabry说. “试图解决与国家或全球政策相关的可持续发展问题，并不像从你生活和学习的校园收集数据那样切实可行. 他希望这是他在普林斯顿的最后经历.”

在秋季学期结束的时候, 夏皮罗非常喜欢这项工作，所以他决定将最初的一个学期的项目扩展为一整年的论文.

“他很有干劲,El-Gabry说, 她还说，夏皮罗经常给她发电子邮件，提出新的想法和研究问题. “他精力充沛，在整个论文期间都保持着这种状态.”

一个推动净零排放的模型

该大学使用自己的燃气轮机动力 热电联产电厂 而且 太阳能集热器领域，以及外部电网能源，用于电力、供热和制冷. 提高校园的能源效率和可持续性, 工人们已经钻了数百个钻孔，深达850英尺 geo-exchange井.

在温暖的月份里，这些井储存了校园建筑降温产生的热量, 在寒冷的天气里，哪一种可以用来取暖. 地质交换热泵和控制, 还有储水罐，用于校园供暖和制冷, 将被安置在 老虎 而且 老虎幼崽 建筑，将于2023年完工.

“普林斯顿, 夏皮罗的模型不仅适用于im体育外围下载现有的能源系统, 还有未来以及im体育外围下载为实现净零所做的努力,” Ijeoma Nwagwu, 可持续发展办公室学术参与和校园作为实验室项目的助理主任. 该模型“将im体育外围下载最关心的事情考虑在内, 比如减少碳排放以及增加太阳能产能将如何发挥作用,Nwagwu说, 谁为夏皮罗的研究出谋划策.

创建优化模型, Shapiro used a large data set including: records of recent campus energy use; information on the economic 而且 carbon costs of generating electricity in a natural gas-powered turbine; data on heating 而且 cooling with steam from the turbine’s exhaust; 而且 records of electricity purchased from utilities.

他主要使用了新型冠状病毒肺炎大流行之前的数据, 2020年和2021年校园能源需求发生了巨大变化. 他还考虑了与地理交换相关的老虎工厂的产量和效率预测. (校园电力供应和需求的实时和历史数据可在 虎的能量 网站.)

在能量乐团中协调“乐器”

钻, 能源厂长, 他说，这项研究很复杂，因为大学设计的能源系统包括各种相互重叠的系统. 他说不同的系统，涡轮, 太阳场, 废气就像“管弦乐队的乐器”.”

“有时候im体育外围下载需要所有人，”钻说. “但当它不是一年中最热或最冷的一天时，im体育外围下载不需要所有的仪器.”

工厂经营者必须平衡经济, 可靠性和排放与电力需求之间的关系，根据整个校园的需求而不断波动. 主要工业设备的加热和冷却, “这就变成了一个非常复杂的经济问题,钻说.

夏皮罗开发了新的软件来处理这些细节. 同时, 他强调，该软件是模块化的, 具有增加地缘交换能力或其他新能源的能力, 并测试天然气的不同定价方案, 电网能源和碳排放.

在他的分析中, 夏皮罗使用的价格是每公吨二氧化碳排放228美元, 行业领先的标准. “im体育外围下载可以为碳排放定价，使绿色环保在经济上具有竞争力, 这就是普林斯顿正在做的令人兴奋的事情,夏皮罗说. “它们彼此并不矛盾:im体育外围下载同时节省了碳排放和能源. 这就是我最喜欢优化的地方.”

“虎”和“虎崽”设施完全投入使用, 夏皮罗的模型估计，与2018-19年相比，战略性地调度能源可以为该大学节省高达36%的碳排放和20%的成本.

他的工作帮助验证了虎式核电站使用规划中所做的一些设计假设, 并且“帮助im体育外围下载挑战im体育外围下载自己的思维,钻说. 该大学目前使用由外部工程公司开发的调度模型, 但是它告诉im体育外围下载, 而不是命令, 决定, 安全性和可靠性也是校园能源的首要问题, 钻了.

钻说这种模式对其他大学也很有用, 或者任何区域能源系统，比如机场, 医院或市政当局有自己的中央能源工厂，并正在努力纳入可再生能源.

对于夏皮罗, 除了构建模型本身, 将他的想法传达给不同的观众，并根据他们的反馈改进他的工作，这是论文经验的一个宝贵方面. 他向设施人员展示了他的研究成果, 普林斯顿可持续发展委员会以及Icetec能源服务公司的工程师, 该公司开发了普林斯顿目前的调度系统.

“im体育外围下载的目标是通过教育经验在学生中培养一种性格和领导意识——一种尊重和有意义地与不同文化的人交往的能力,Nwagwu说. “对我来说，与哈里合作最突出的一点是人与人之间互动的质量.”

今年秋天, 夏皮罗将以Sycamore Partners分析师的身份开始他的职业生涯, 纽约市的一家私募股权公司, 他说，他期待“在我的技能集中建立业务方面的能力. 我(在im体育外围下载)学了四年工程学和沟通技巧, 现在我想把它带到现实世界，学习如何经营企业, 在这个世界里，如何投资，如何与人合作.”