Site selection for ocean thermal energy conversion (OTEC)

Abstract

The use of optimization models for solving the location problem have been implemented in a different range of industries and research fields. Renewable energy is resource dependent, these resources are not available everywhere and all the time. Making site selection for renewable energy systems a key topic when considering the development of any kind of renewable energy plant. The trend of using site selection optimization models in renewable energy is growing. Literature in the application of optimization models for site selection can be found in almost all types of renewable energy except for ocean thermal energy converter (OTEC) systems. The area of OTEC site selection is still very raw, the only factor taken into consideration is the presence of the thermal gradient. The current literature in the OTEC energy field has yet to investigate a detailed site selection process, which leads my investigation of the development of site selection optimization model for the OTEC energy field. A heuristic approach was developed to solve this site selection problem considering the following parameters: thermal gradient, economics, grid distance, coastline distance, plant size, and population. The thermal gradient was extracted using a regional ocean modeling systems (ROMS) resulting in a more efficient approach of calculating the availability of the thermal gradient for potential OTEC sites. The OTEC site selection optimization problem was solved for a 1 MW plant size in the Puerto Rico, US Virgin Islands and British Virgin Islands area of study with an average placement cost of 13.5 million dollars showing the most efficient site locations in each area of the study domain. The optimization problem for the satisfaction of the electric demand with OTEC systems for the main island of Puerto Rico was also solved, resulting in an OTEC system with the generation capacity of 1.31 GW at the cost of 2.80 billion dollars.

El uso de modelos de optimización para resolver el problema de la ubicación se ha implementado en una gama diferente de industrias y campos de investigación. La energía renovable depende de los recursos, estos recursos no están disponibles en todas partes ni todo el tiempo. La selección de la localización para sistemas de energía renovable es un tema clave al considerar el desarrollo de cualquier tipo de planta de energía renovable. La tendencia de utilizar modelos de optimización de selección de localización en energías renovables está creciendo. Se puede encontrar literatura sobre la aplicación de modelos de optimización para la selección de localización en casi todos los tipos de energía renovable, excepto en los sistemas de conversión de energía térmica oceánica (OTEC). El área de selección del sitio OTEC todavía es muy cruda, el único factor que se toma en consideración es la presencia del gradiente térmico. La literatura actual en el campo de la energía OTEC aún tiene que investigar un proceso de selección de sitio detallado, lo que lidera mi investigación del desarrollo del modelo de optimización de selección de sitio para el campo de energía OTEC. Se desarrolló un enfoque heurístico para resolver este problema de selección de localización considerando los siguientes parámetros: gradiente térmico, economía, distancia de la red, distancia de la línea costera, tamaño de la planta y población. El gradiente térmico se extrajo utilizando un sistema de modelado oceánico regional (ROMS), lo que resultó en un enfoque más eficiente para calcular la disponibilidad del gradiente térmico para posibles sitios OTEC. El problema de optimización de la selección del sitio de OTEC se resolvió para un tamaño de planta de 1 MW en el área de estudio de Puerto Rico, las Islas Vírgenes de los EE. UU. y las Islas Vírgenes Británicas con un costo de colocación promedio de 13.5 millones de dólares que muestra las ubicaciones de los sitios más eficientes en las áreas de estudio. También se solucionó el problema de optimización para la satisfacción de la demanda eléctrica con sistemas OTEC para la isla principal de Puerto Rico, resultando en un sistema OTEC con capacidad de generación de 1.31 GW a un costo de 2.80 mil millones de dólares.