Optimal design of ocean thermal energy conversion systems

Abstract

Currently, there is a worldwide problem due to the increase in energy demands, which in the turn brings with it negative effects on the environment due to the consumption of non-renewable resources and the use of fossil fuels for electricity generation to the daily emission of large amounts of greenhouse gases into the atmosphere. Concern about the threat of global climate change points to the investigation of alternative sources of renewable energy for the supply of energy from different sources. The ocean represents 70% of the planet's surface, which can be considered an inexhaustible source of renewable energy. This makes it the largest collector and storage system for solar energy. This is the origin of ocean thermal energy conversion (OTEC) systems, systems that work by taking advantage of the naturally occurring temperature differential between the warm surface layers and the cold deep seawater to generate electricity. Therefore, this work proposes the study and optimization of OTEC power cycles to generate electricity considering technical, economic, environmental and social aspects. However, the design and control of these systems involves multiple factors associated with the treatment of energy demand, environmental conditions, technology design, energy market costs and environmental impact. The generated models allow determining the technological configuration and sizing of the system, as well as the operation policy. The results show how to trade-off system design and operation with conflicting objective functions.

Actualmente se tiene una problemática mundial por el incremento en las demandas energéticas que a su vez traen consigo efectos negativos en el medio ambiente por el consumo de los recursos no renovables y el uso de combustibles fósiles para la generación de energía eléctrica, además de que diariamente emiten grandes cantidades de gases de efecto invernadero a la atmósfera. La preocupación por la amenaza del cambio climático mundial apunta a la investigación de fuentes alternas de energía renovable para el suministro de energía de diferentes fuentes. El océano representa el 70% de la superficie del planeta, los cuales pueden ser considerados como una fuente inagotable de energía renovable. Esto lo hace el colector más grande y sistema de almacenamiento de energía solar. De aquí surgen los sistemas de conversión de energía térmica oceánica (OTEC), sistemas que funcionan aprovechando el diferencial de temperatura que ocurre de manera natural entre las capas superficial caliente y el agua de mar profunda fría para generar electricidad. Por lo tanto, en este trabajo se propone el estudio y optimización de los ciclos de potencia OTEC para generar electricidad considerando aspectos técnicos, económicos, ambientales y sociales. Sin embargo, el diseño y control de estos sistemas envuelve múltiples factores asociados con el tratamiento de la demanda energética, condiciones ambientales, el diseño de las tecnologías, los costos del mercado energético y el impacto ambiental. Los modelos generados permiten determinar la configuración tecnológica y el dimensionamiento del sistema, así como la política de operación. Los resultados muestran como compensar el diseño y operación del sistema con funciones objetivo en conflicto.