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Adoption of deep ocean water technologies and their contribution to sustainable development in the Caribbean

Arias Gaviria, Jessica (2018) Adoption of deep ocean water technologies and their contribution to sustainable development in the Caribbean. Doctorado thesis, Universidad Nacional de Colombia - Sede Medellín.

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Resumen

The world has today the urge of mitigating climate change and reducing fossil fuels dependence. This urge has led to an accelerated –yet insufficient– increase in the global renewable energy capacity, with a large deployment of solar and wind energy in recent years. The ocean has the potential to provide energy for the entire planet; still, marine technologies such as tidal, wave, thermal gradient, and salinity gradient energy have a minor share in the energy mix, given that most of these are in preliminary stages of development. Of particular interest, ocean thermal energy conversion (OTEC) and other deep ocean water (DOW) uses and technologies are arising as a suitable option for tropical islands. There are gaps that should be filled in order to make DOW technologies competitive with both conventional and other renewable alternatives, such as evaluation of practical potential, identification of main barriers, and design of policy incentives for supporting technology development. While solar and wind energy have the lead on cost, DOW technologies have the potential to compete with the added value that can provide, especially for insular areas and Small Island Developing States. This thesis contributes to such gaps by evaluating the potential of deep ocean water technologies (DOW) in the Caribbean, and the benefits that these can provide to achieve sustainable development goals. DOW is a renewable resource that, under the right extraction conditions, could contribute to sustainable development in the Caribbean. DOW could provide electricity through an OTEC plant, cooling services through a seawater air conditioning (SWAC) district, fresh water by integrating desalination and OTEC, and nutrients for seawater greenhouses, aquaculture, and nutrient-based business such as pharmaceutical and cosmetic industries. As a first contribution, this thesis presents a detailed revision of DOW technologies status and proposes their integration in an ocean science and technology Ecopark, as an integral solution to some of the Caribbean’s challenges. Second, this thesis contributes to ocean energy gaps by proposing and applying a methodology for estimating the practical potential of DOW, as the maximum water flows that can be extracted from –and returned to– the ocean considering geographical, technical, and environmental constraints (in ocean currents, temperature, and salinity based in historic behavior). The application of the methodology five cities in the Caribbean allowed estimating a resource availability index that contributes to the understanding of reliability of ocean energy. Additionally, results suggest that DOW can supply 100% of today’s air conditioning demand and 60% of the electricity demand in each evaluated city. Finally, in this thesis, I developed a system dynamics simulation model to understanding the adoption process of SWAC in the Caribbean, identifying the main barriers, and testing different policy incentives for promoting its adoption. The main barriers identified were the lack of knowledge and low acceptance of the technology, the uncertainty about environmental impacts, and the lack of regulation regarding renewable energy and energy efficiency in the Caribbean. Simulation results show that the most effective policy incentive is to support the construction of pilot projects and adopt regional policies through cooperation between different islands., Resumen: El mundo tiene hoy la urgencia de mitigar el cambio climático y reducir la dependencia en los combustibles fósiles. Esta urgencia ha llevado a un acelerado, pero insuficiente, aumento en la capacidad global de energía renovable, con significativos desarrollos en energía solar y eólica en los años recientes. El océano tiene el potencial de proveer energía para el planeta entero; sin embargo, las tecnologías marinas de aprovechamiento de energía mareomotriz, undimotriz (olas), de gradientes térmicos y de gradientes salinos tienen una participación mínima en la matriz energética global, dado que la mayoría de estas tecnologías están aún en etapas preliminares de desarrollo. Particularmente, la energía térmica oceánica (OTEC) y otras tecnologías que utilizan aguas profundas (DOW) están emergiendo como una alternativa para las islas tropicales. Existen brechas que deben ser abordadas para que las tecnologías de aguas profundas sean competitivas con otras alternativas renovables, como evaluación del potencial práctico, identificación de principales barreras, diseño de incentivos y política energética para favorecer su desarrollo tecnológico. Mientras que la energía solar y eólica tienen ventaja en costos, las tecnologías de aguas profundas deberían competir con el valor agregado que pueden aportar, en especial a regiones insulares y Pequeños Estados Insulares en Desarrollo. Esta tesis contribuye a estas brechas a través de la evaluación del potencial de tecnologías de aguas profundas en el Caribe y los beneficios que éstas pueden aportar a las metas de desarrollo sostenible. Las aguas profundas son un recurso renovable que, bajo las condiciones adecuadas de extracción, pueden contribuir al desarrollo sostenible del Caribe. Estas aguas pueden usarse para generar electricidad a través de una planta OTEC, abastecer sistemas de aire acondicionado a partir de agua de mar (SWAC), proveer agua potable a través de la integración de OTEC y tecnologías de desalinización, y proporcionar nutrientes para invernaderos, maricultura, e industrias innovadoras como cosmética y farmacéutica. Como primer aporte, esta tesis presenta una revisión detallada del estado del arte de tecnologías de aprovechamiento de aguas profundas, y propone la integración de éstas en un Ecoparque Oceánico, como solución integral a algunos de los retos de desarrollo sostenible del Caribe. Como segundo aporte, esta tesis contribuye a las brechas entre energía oceánica y otras energías renovables al proponer una metodología para estimar el potencial práctico de aguas profundas, calculado como el flujo máximo que se puede extraer y retornar al océano, sujeto a restricciones geográficas, técnicas y ambientales (en cuanto a corrientes, temperatura y salinidad basado en comportamiento histórico). Dicha metodología se aplicó a cinco ciudades en el Caribe, lo que permitió calcular un índice de disponibilidad del recurso. Este índice contribuye también al entendimiento de la confiabilidad de energía oceánica. Adicionalmente, los resultados muestran que las aguas profundas pueden suplir el 100% de la demanda de aire acondicionado y el 60% de la demanda de electricidad en cada ciudad evaluada. Finalmente, en esta tesis se desarrolló un modelo de simulación en dinámica de sistemas para entender el proceso de adopción de SWAC en el Caribe, identificar las principales barreras, y simular diferentes incentivos para promover la tecnología. Las principales barreras identificadas son la falta de conocimiento y aceptación de la tecnología, la incertidumbre en los impactos ambientales, y la falta de regulación para energías renovables y eficiencia energética en el Caribe. Los resultados muestran que el incentivo más efectivo es apoyar la construcción de proyectos piloto y adoptar políticas regionales de cooperación entre las diferentes islas.

Tipo de documento:Tesis/trabajos de grado - Thesis (Doctorado)
Colaborador / Asesor:Arango Aramburo, Santiago and Osorio Arias, Andres Fernando
Información adicional:Please cite the papers as indicated in each chapter / Por favor citar los artículos como se muestra al inicio de cada capítulo.
Palabras clave:Deep ocean water (DOW), Ocean Ecoparks, Ocean thermal energy conversion (OTEC), Aguas profundas (DOW), Ecoparques Oceánicos, Energía por conversion térmica oceánica (OTEC), Política energética
Temática:3 Ciencias sociales / Social sciences > 33 Economía / Economics
Unidad administrativa:Sede Medellín > Facultad de Minas > Escuela de Geociencias y Medio Ambiente
Código ID:72022
Enviado por : Jessica Arias Gaviria
Enviado el día :03 May 2019 19:25
Ultima modificación:03 May 2019 19:35
Ultima modificación:03 May 2019 19:35
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