Optimization of environmentally friendly solar assisted absorption cooling systems

Abstract

La optimización de los sistemas de conversión de energía gana cada vez más importancia debido a su impacto ambiental y los limitados recursos de combustibles fósiles. Entre estos sistemas los de refrigeración tienen una contribución creciente en el consumo total de energía y en las emisiones de CO2. Los sistemas de absorción operados con energía solar son una de las alternativas más sostenibles frente a los sistemas de refrigeración convencionales. Por lo tanto, este trabajo se centra en su mejora siguiendo los métodos de optimización termo-económica y de programación matemática. El análisis exergético y la optimización termo-económica basada en el método estructural se han realizado para distintas configuraciones de ciclos de refrigeración por absorción con las mezclas de trabajo agua-LiBr y amoniaco-agua. En la sección de programación matemática se incluye la optimización multi-objetivo (frontera de Pareto), la optimización bajo incertidumbre de los precios de la energía, el uso de varios indicadores de impacto ambiental y el efecto del impuesto sobre las emisiones de CO2. Los resultados demuestran que se pueden obtener reducciones importantes del impacto ambiental frente a los sistemas convencionales. Los sistemas de refrigeración solar no sólo son atractivos para reducir el impacto ambiental, sino también pueden ser económicamente competitivos. Su implantación dependerá, en gran medida, del impuesto sobre las emisiones de CO2 y del coste de la energía.

Optimizations of energy conversion systems become more important because of their environmental impact and the limitations of the fossil fuel resources. Among these systems cooling and refrigeration machines have an increasing share in the total energy consumption and contribution to CO2 emissions. Solar assisted absorption cooling systems are sustainable alternatives compared to the conventional cooling systems. Hence, this work is focused on improving the sustainability of cooling systems following the thermoeconomic optimization and mathematical programming approaches. In the first approach the energy, exergy and structural analysis are performed for different configurations of water/LiBr and ammonia/water absorption cooling cycles. In the second approach multi-objective optimization (Pareto frontier), optimization under uncertainty of energy prices, different environmental impact indicators, and the effect of CO2 emissions tax to reduce the global warming are discussed. The results of the multi-objective optimization show that a significant environmental impact reduction can be obtained. Results indicate that these systems are attractive not only to reduce the environmental impact but also in incurring the economic benefits. However, its practical impact largely depends on the CO2 emissions tax and the increase in the energy price.