The thermodynamic performance of ocean thermal energy conversion with 1 kg/s geothermal water flow rate as a heat source was evaluated to obtain the basic data for the optimal design of cycle with respect to the classification of the working fluid. The basic thermodynamic model for cycle is rankine cycle and the geothermal water and deep seawater were adapted for the heat source of evaporator and condenser, respectively. R245fa, R134a are better to use as a working fluid than others in view of the use of geothermal water. It is important to select the proper working fluid to operate the ocean thermal energy conversion. So, this paper can be used as the basic data for the design of ocean thermal energy conversion with geothermal water and deep seawater.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.25
no.6
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pp.433-438
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2013
With the prospect of an increasing shortage of energy resources, there has been a growing interest in renewable alternative sources of energy. An increasing effort is being directed towards resolving the problems of extracting energy from the world's oceans, as they represent a vast potential source of renewable energy. This paper summarizes the extraction and conversion techniques of the ocean's energy resources, namely, energy derived from the ocean waves, tides, thermal gradients, and currents. For each energy extraction and conversion technique, case studies are discussed.
Ocean thermal energy conversion (OTEC) is an effective method of power generation, which has a small impact on the environment and can be utilized semi-permanently. This paper describes a dynamic model for a pilot OTEC plant built by the Institute of Ocean Energy, Saga University, Japan. This plant is based on Uehara cycle, in which binary mixtures of ammonia and water is used as the working fluid. Some simulation results attained by this model and the analysis of the results are presented. The developed computer simulation can be used to actual practice effectively, such as stable control in a steady operation, optimal determination of the plant specifications for a higher thermal efficiency and evaluation of the economic prospects and off-line training for the operators of OTEC plant.
This work is experimental study of 10 kW specialized Combined Ocean Thermal Energy Conversion. We propose a C-OTEC technology that directly uses exhaust thermal energy from power station condensers to heat the working fluid (R134a), and tests the feasibility of such power station by designing, manufacturing, installing, and operating a 10 kW-pilot facility. Power generation status was monitored by using exhaust thermal energy from an existing power plant located on the east coast of the Korean peninsula, heat exchange with 300 kW of heat capacity, and a turbine, which can exceed enthalpy efficiency of 45%. Output of 8.5 kW at efficiency of 3.5% was monitored when the condenser temperature and seawater temperature are $29^{\circ}C$ and $7.5^{\circ}C$, respectively. The evaluation of the impact of large-capacity C-OTEC technology on power station confirmed the increased value of the technology on existing power generating equipment by improving output value and reducing hot waste water. Through the research result, the technical possibility of C-OTEC has been confirmed, and it is being conducted at 200 kW-class to gain economic feasibility. Based on the results, authors present an empirical study result on the 200 kW C-OTEC design and review the impact on power plant.
The concept of Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) is simple and various types of OTEC have been proposed and tried. However the location of OTEC is limited because OTEC requires $20^{\circ}C$ of temperature difference as a minimum, so most of OTEC plants were constructed and experimented in tropical oceans. To solve this we proposed the modified OTEC which uses condenser discharged thermal energy of existing fossil or nuclear power plants. We call this system CTEC (Condenser Thermal Energy Conversion) as this system directly uses $32^{\circ}C$ partially saturated steam in condenser instead of $20{\sim}25^{\circ}C$ surface sea water as heat source. Increased temperature difference can improve thermal efficiency of Rankine cycle, but CTEC should be located near existing plant condenser and the length of cold water pipe between CTEC and deep cold sea water also increase. So friction loss also increases. Calculated result shows the change of efficiency, pumping power, net power and other parameters of modeled 7.9 MW CTEC at given condition. The calculated efficiency of CTEC is little larger than that of typical OTEC as expected. By proper location and optimization, CTEC could be considered another competitive renewable energy system.
In this study, the simulation for performance comparison between basic single stage organic rankine cycle, multi stage reheater cycle and multi stage reheater & recuperator cycle was carried out. The multi stage reheater cycle and multi stage reheater & recuperator cycle was designed to improve the efficiency for organic rankine cycle using heat source from industrial waste heat and heat sink from deep ocean water. R245fa was selected as a refrigerant for the cycle and system efficiencies were simulated by the variation of the heat sink temperature and the cycle classification. Performance characteristics were simulated by using the Aspen HYSYS. It was confirmed that the system efficiency was decreased by the increase of heat sink temperature. These results can be considered to be applied as geo-ocean thermal energy conversion in where plenty of geothermal or ocean thermal resource exist.
Kim, Jun-Seong;Kim, Do-Yeop;Kang, Ho-Keun;Kim, You-Taek
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.40
no.6
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pp.476-483
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2016
An organic Rankine cycle for ocean thermal energy conversion system is a generating cycle using the temperature difference between surface water and deep water of the ocean. The working fluid is an important factor in the thermodynamic performance of an organic Rankine cycle. There is pinch point analysis as thermodynamic analysis of an organic Rankine cycle. This study performed a thermodynamic performance analysis according to variation in the pinch point temperature difference in heat exchangers and variation of outlet temperature of heat source and heat sink. It analyzed the thermodynamic performance by applying seven types of simple working fluids in a simple Rankine cycle for ocean thermal energy conversion that was designed according to pinch point analysis. As a result of the performance analysis, cycle irreversibility and total exergy destruction factor more decreased, and second law efficiency more increased in the lower pinch point temperature difference and temperature variation of heat source and heat sink in heat exchangers. In addition, the irreversibility changed greatly at a point that occurred in the thermodynamic variation. Among the selected working fluids, RE245fa2 showed the best thermodynamic performance, and the performance of all working fluids was observed to be similar. It needs a strict theoretical basis about diverse factors with thermodynamic performances in selecting heat exchangers and working fluids.
Kim, Jeong-Hyop;Kim, Gwang-Tae;Park, Se-Hun;Oh, Wee-Yeong;Kim, Hyeon-Ju
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.15
no.1
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pp.9-18
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2012
Annual power consumption of our country is positioned in the upper percentile in the world, and because the proportion of fossil power generation is high, which ranks the 10th $CO_2$ emission country. In this regard, government has established and is implementing the National Energy Basic Plan to realize to get out of fossilization in energy supply while focusing on securing the technology for renewable energy as well as its commercialization in order to reduce greenhouse gas. Resource recovery technology for deep seawater thermal energy which is one of renewable energies is newly getting attention domestically as well as in overseas for securing resources and environmental improvement as a core technology for multilateral use of marine resources for low carbon and green growth. Economic feasibility analysis was conducted for the research and development as follows on the use of ocean thermal energy conversion and seawater air conditioning. First, in the case of power generation using deep seawater and warm discharge water from ocean thermal energy conversion plant of 1MW level, it is judged that the economic feasibility is insufficient but the feasibility will be significantly improved if we consider not only power generation but also drinking water and certified emission reduction by developing the power plant to the size for commercialization. Second, the economic feasibility for the use of deep seawater as air conditioning for the power plant of 1,000RT level turned out to be very good. Especially, when we consider certified emission reduction, it will be possible to secure sufficient economic feasibility. When we use it in connection with ocean thermal energy conversion, water conversion and agricultural and fishery use, it is judged that economic ripple effect will be significant and therefore it will be necessary to conduct research and development for early commercialization, distribution and diffusion of deep seawater energy.
Kim, Jun-Seong;Kim, Do-Yeop;Kim, You-Taek;Kang, Ho-Keun
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.39
no.9
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pp.881-889
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2015
Ocean thermal energy conversion is an organic Rankine cycle that generates power using the temperature difference between surface water and deep water. This study analyzes the thermodynamic efficiency of the cycle, which strongly depends on the working fluid and the cycle configuration. Cycles studied included the classical simple Rankine cycle, Rankine cycles with an open feedwater heater and an integrated regenerator, as well as the Kalina cycle. Nine kinds of simple refrigerants and three kinds of mixed refrigerants were investigated as the working fluids in this study. Pinch-point analysis that set a constant pinch-point temperature difference was applied in the performance analysis of the cycle. Results showed that thermodynamic efficiency was best when RE245fa2 was used as the working fluid with the simple Rankine cycle, the Rankine cycles with an open feedwater heater and an integrated regenerator, and when the mixing ratio of $NH_3/H_2O$ was 0.9:0.1 in the Kalina cycle. If the Rankine cycles with an open feedwater heater, an integrated regenerator, and the Kalina cycle were used for ocean thermal energy conversion, efficiency increases could be expected to be approximately 2.0%, 1.0%, and 10.0%, respectively, compared to the simple Rankine cycle.
Cha, Sang Won;Lee, Ho Saeng;Moon, Deok Soo;Kim, Hyeon Ju
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.38
no.4
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pp.502-507
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2014
In this paper, performance characteristics of cycles were studied when mixed working fluid was used for ocean thermal energy conversion (OTEC). Among the various mixed refrigerants for industrial heat-pump, R32/R152a used in ocean thermal energy conversion system. For simulations, R32/R152a were used in existing closed cycle and Kalina cycle which is used only ammonia and water as mixed refrigerant. Temperature of the warm heat source was 26 and 29 celsius degree, temperature of the cold heat source was 5 celsius degree. In results of simulation, Gross power of the closed cycle on R32 was 22kW, and efficiency of the cycle was 2.02%. When the mixed refrigerant of R32/R152a, in the ratio of 90 to 10, gross power of the closed cycle was 29.93kW, and efficiency of the cycle was 2.78%. Gross power and cycle efficiency of R32/R152a increased by 36% and 37% than those of existing single refrigerant. Additionally, the same simulations were conducted in Kalina cycle with the same various composition ratio of mixed refrigerant.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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