Diseño óptimo de plantas de potencia integradas a sistemas de algas involucrando múltiples objetivos

Abstract

In this research project, it is proposed to develop a simultaneous and multiobjective optimization model based on genetic algorithms to obtain a set of optimal solutions that provide the best benefit between the production, environmental, and economic part of power generation plants, together with the installation of a biodiesel production plant and other value-added products, using microalgae. Currently, there is a great need to significantly reduce anthropogenic emissions of greenhouse gases, particularly fossil carbon dioxide (CO2), since this is the main greenhouse gas and, consequently, one of the most important contributors. for the increase of anthropogenic climate change and global warming. In this context, this study aims to investigate the economic and environmental aspects of sustainability associated with integrating the production of biodiesel from algae with a steam electric power plant for the biofixation of CO2 from microalgae in flue gases, to then the conversion of algal biomass into biodiesel. This integrated energy system is a multipurpose process that provides the CO2 required by microalgae crops, as well as electricity, biodiesel produced from algal biomass, and lipid-depleted biomass which in turn is used as auxiliary fuel. at the power plant. Using the IAPWS-IF97 formulation, the thermodynamic properties of water and steam are calculated in the steam power cycle. The environmental impact is measured using the methodology of the Eco-99 indicator that follows the principles of the Life Cycle Analysis (LCA).

En este proyecto de investigación se propone desarrollar un modelo de optimización simultánea y multiobjetivo basado en algoritmos genéticos para obtener un conjunto de soluciones óptimas que proporcionen el mejor beneficio entre la producción, la parte ambiental, y económica de las plantas de generación de energía, en conjunto con la instalación de una planta de producción de biodiesel y otros productos de valor agregado, por medio de microalgas. Actualmente, existe una gran necesidad por reducir significativamente las emisiones antropogénicas de los gases de efecto invernadero, particularmente el dióxido de carbono fósil (CO2), ya que éste es el principal gas de efecto invernadero y, en consecuencia, uno de los contribuyentes más importantes para el aumento del cambio climático antropogénico y el calentamiento global. En este contexto, este estudio tiene como objetivo investigar los aspectos económicos y ambientales de la sostenibilidad asociados con la integración de la producción de biodiesel de algas con una planta de energía eléctrica de vapor para la biofijación de CO2 de microalgas en gases de combustión, para luego la conversión de la biomasa de algas en biodiesel. Este sistema de energía integrado es un proceso multipropósito que proporciona el CO2 requerido por los cultivos de microalgas, así como la electricidad, el biodiesel producido a partir de la biomasa de algas y la biomasa agotada en lípidos que a su vez se utiliza como combustible auxiliar en la planta de energía. Con ayuda de la formulación IAPWS-IF97 se calculan las propiedades termodinámicas del agua y el vapor en el ciclo de potencia del vapor. El impacto ambiental se mide mediante la metodología del indicador Eco-99 que sigue los principios del Análisis del Ciclo de Vida (LCA).