Optimización en la producción de electricidad utilizando energía solar acoplada a sistemas de almacenamiento térmico y a la captura de CO2 con un sistema de algas

Abstract

The electricity generation through the burning of fossil fuels is one of the main contributors to the climate change problem. The use of renewable energy is a promising strategy to help mitigating this problem. This paper considers two forms of renewable energy: solar and biomass (algae) for power generation. The paper also accounts for the thermal storage of solar energy. A multi-objective optimization formulation is developed to reduce greenhouse gas emissions and cost in the electricity generation process. The model is based on a new superstructure that incorporates various design configurations and screens different thermal storage systems. A case study is presented to show the applicability of the proposed approach and how the economic and environmental objectives can be reconciled.

La generación de electricidad a través de la quema de combustibles fósiles en los ciclos de potencia es uno de los principales sistemas que contribuyen a las emisiones de gases con efecto invernadero. En la actualidad, el uso de energías renovables con el fin de mitigar los efectos que ha tenido el uso de combustibles fósiles es una realidad en varias partes del mundo. En esta Tesis se presenta un modelo matemático de optimización multi-objetivo con el cual se desea minimizar el CO2 emitido a la atmosfera por el proceso de generación de electricidad al menor costo. Se propone el uso de energía solar a través de un concentrador solar y se incorpora la posibilidad del uso de nuevas tecnologías como lo son los sistemas de almacenamiento térmico, aunados a un ciclo de potencia convencional. Esto para disminuir el uso de combustibles fósiles y las emisiones de gases con efecto invernadero. También se propone utilizar como nutriente las emisiones generadas en la caldera para el cultivo de algas, con lo cual se pretende reducir aún más las emisiones al ambiente. El modelo está basado en una nueva superestructura que incorpora el diseño y la selección óptima de diferentes unidades de almacenamiento y la producción de biodiesel utilizando algas. Un caso de estudio es presentado, el cual muestra soluciones atractivas desde el punto de vista ambiental y económico.