Optimization of OTEC-systems

Ocean Thermal Energy Conversion, OTEC, is a sustainable energy conversion technology that is not yet commercialized. OTEC is a technology that utilizes the temperature difference in oceans between the warm surface water and the cold water at 1 000 m depth to run a Rankine Cycle. This technology can produce electricity and provide synergies like fresh water, air conditioning and aquaculture. A simulation program for three alternative OTEC systems has been created in order to decide which OTEC system is most profitable; closed, open or hybrid system. In this simulation a production cost analysis is performed in order to investigate and decide which one of the three systems that has the lowest production cost. The production cost analysis also analyzes if the profitability is affected by the size of the facility. After these analyzes, the most profitable of the three different OTEC-systems is expanded by an installation of solar collectors in order to see if the thermal efficiency is improved. The result shows that the most profitable system varies with the size of the facility. For smaller OTEC-plants the closed system is more profitable and when the size of the facility increases, hybrid systems proceed to give more profit. The simulation also shows that the production cost reduces with the size, which means the production cost gets lower for larger facilities. Therefore the most optimal concept is a large facility based on a hybrid system. Installation of the solar collectors indicates that the thermal efficiency improves significantly.Dagens samhälle är i behov av förnybara primärenergikällor. Sedan industrialiseringen inleddes har efterfrågan på el blivit allt större och en mer konkurrenskraftig elmarknad har uppstått. De primärenergikällorna som dominerar på dagens elmarknad är kraftverk som använder fossila bränslen och utgör 81 % av världens energiförsörjning, vilket ej anses vara hållbart. En hållbar energiomvandlingsteknik som är under utveckling kallas för OTEC, Ocean Thermal Energy Conversion. Det är en teknik som nyttjar den termiskt lagrade energin i havsvattnet för att generera användbar energi i form av elektricitet. Tekniken utnyttjar temperaturdifferensen mellan varmt ytvatten och kallt vatten från djupet för att driva en Rankine cykel. Denna teknik kräver dock generellt en temperaturdifferens på minst 20°C och en sådan temperaturskillnad är geografiskt begränsad till den tropiska zonen runt ekvatorn. Förutom att elektricitet utvinns har tekniken en fördel att kunna producera användbara synergier som färskvatten, fjärrkyla och akvakultur i form av fiskodling. Syftet med arbetet är att skapa ett simuleringsprogram för de varianter av OTEC-system som finns; slutet-, öppet- och hybridsystem. I simuleringsprogrammet utförs en produktionskostnadsanalys för att avgöra vilket av de tre systemen som ger lägst produktionskostnad. Dessutom undersöks om lönsamheten påverkas av anläggningens storlek. Det system och storlek som visar sig vara mest ekonomiskt lönsamt ska utvecklas genom en installation av solfångare och syftet här är att undersöka om den termiska verkningsgraden förbättras. Simuleringsmodellen som har skapats utgår från ekvationer, antagande och begränsningar som baseras på litteraturstudien. Samtliga simuleringar har modellerats i programmet EES, Engineering Equation Solver. Produktionskostnadsanalysen tar bland annat hänsyn till kapitalkostnad, räntor, livslängd, synergiintäkter, där produktionskostnaden uttrycks i $/kWh. Resultatet visar att det mest lönsamma systemet varier med anläggningens storlek. För mindre anläggningar är ett slutet system mer lönsamt medan i större anläggningar övergår det till ett hybridsystem. Simuleringen visar även att produktionskostnaden reduceras med storleken, det vill säga produktionskostnaden blir lägre för större anläggningar. Detta resulterar i att det optimala konceptet är en stor anläggning baserat på hybridsystem. Dessutom indikerar installationen av solfångare att den termiska verkningsgraden förbättras avsevärt