Techno-economic analysis of Uehara cycles for OTEC

Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) shows potential as a renewable energy source, but its commercial adoption is limited by operational challenges and economic constraints. This thesis investigates the potential of Uehara cycles within OTEC systems to address these issues and enhance the feasibility of this technology. To do so, a model for the Uehara cycle is developed. The model is used for the design, optimisation and off-design regulation of Uehara OTEC plants, and evaluates its performance and efficiency under different conditions by considering various operational parameters and design configurations. This work is based on previous research conducted by the Energy Department of Politecnico di Milano, which mainly focused on the saturated Rankine cycle, the most commonly used cycle in OTEC applications. The advantages and limitations of employing Uehara cycles in OTEC systems are explored by comparing the results with the ones previously obtained on the Rankine cycle. Additionally, an economic analysis of the OTEC plant is performed to examine its competitiveness in different scenarios. This research aims to advance the understanding and practical application of Uehara cycles in OTEC technology through a comprehensive examination of thermodynamic performance, design optimisation, and economic feasibility, and leads to further developments for the commercialisation of OTEC power plants.

La tecnologia OTEC per la conversione dell'energia termica degli oceani mostra un buon potenziale come fonte di energia rinnovabile, ma la sua adozione in ambito commerciale è limitata da sfide operative e vincoli economici. Questa tesi indaga il potenziale dei cicli Uehara all'interno dei sistemi OTEC per affrontare questi problemi e migliorare la competitività di questa tecnologia. A questo fine, è stato sviluppato un modello per l'analisi di cicli Uehara per OTEC. Il modello viene utilizzato per la progettazione, l'ottimizzazione e la regolazione in off-design degli impianti Uehara per OTEC e ne valuta le prestazioni e l'efficienza, considerando diversi parametri operativi e design d'impianto. Questo lavoro si basa sulla ricerca precedente condotta dal Dipartimento di Energia del Politecnico di Milano, che si è concentrata principalmente sul ciclo Rankine saturo, il ciclo ad oggi più comunemente utilizzato per la tecnologia OTEC. I vantaggi e i limiti dell'utilizzo dei cicli Uehara nei sistemi OTEC vengono esplorati confrontando i risultati con quelli precedentemente ottenuti sul ciclo Rankine. Inoltre, viene condotta un'analisi economica dell'impianto OTEC per esaminarne la competitività in vari scenari. Questa ricerca contribuisce a far progredire la comprensione e l'applicazione pratica dei cicli Uehara per OTEC attraverso un esame completo delle prestazioni termodinamiche, dell'ottimizzazione del design d'impianto e della fattibilità economica, e porta a ulteriori sviluppi per la commercializzazione delle centrali elettriche OTEC.