البحث المتقدم

تقييم أداء محطة طاقة شمسية حرارية باستعمال تقنية البرج الشمسي هجينة مع محطة الدورة المركبة في المملكة العربية السعودية

Title A performance evaluation of an integrated solar combined cycle power plant with solar tower in Saudi Arabia

الباحث الرئيس عبدالرحمن ابراهيم يحي القاسم
التخصص: الهندسة الكهربائية
التخصص الدقيق: الطاقة المتجددة
المستخلص: يعد تحسين تنويع واستدامة شبكة الكهرباء الوطنية في المملكة العربية السعودية أولوية استراتيجية. من أجل تحقيق هذا الهدف ، فإن زيادة تغلغل موارد الطاقة المتجددة (RESs) أمر بالغ الأهمية. تتمتع تقنيات الطاقة الحرارية الشمسية المركزة (CSP) بإمكانيات كبيرة للتفوق في بيئة المملكة العربية السعودية استنادا إلى تعدد المواقع ذات المعدلات العالية من الإشعاع الطبيعي المباشر. في هذا البحث ، تم إجراء تحليل اقتصادي تقني لتبني دورة متكاملة للطاقة الشمسية (ISCC) التي تستخدم تكنولوجيا الأبراج الشمسية (ST) في المملكة العربية السعودية. تبلغ الطاقة الإجمالية لمحطة الطاقة قيد الدراسة 548.4 ميجاوات ، منها 50 ميجاوات من الطاقة الشمسية المركزة. تتم مقارنة مخرجات هذا النموذج مع مصادر الطاقة التقليدية والمتجددة الأخرى من الناحية الكمية. تظهر النتائج أن حقل الطاقة الشمسية المهجن يمكنه تحقيق كفاءة تتراوح بين 53 و 59٪ سنويًا مما يؤدي إلى عامل قدرة بنسبة 49.9٪ وهو أعلى من تقنيات الطاقة المتجددة ذات الطبيعة المتقطعة المماثلة. تمثل السعة المركبة في مجال الطاقة الشمسية 9.11٪ من إجمالي سعة محطة الطاقة ، بينما يمثل إنتاجها ما يصل إلى 10.7٪ من إجمالي الإنتاج. تم حساب مقدار الإنتاج السنوي لحقل برج الطاقة الشمسية عند 220.89 جيجاوات ساعة ، وصافي القيمة الحالية (NPV) 10.2 MSUD ، وتكلفة الطاقة (LCOE) 12.71 سنت / كيلوواط ساعة. تعكس النتائج أن تهجين CSP مع التوربينات الغازية ذات الدورة المركبة التقليدية (CCGT) يؤدي إلى توليد سنوي مُحسّن ، وتكلفة أقل للطاقة. كذلك يساعد تهجين ST ISCC على بناء المعرفة بشكل مطرد لتشغيل وصيانة تقنية ذات إمكانات كبيرة نظرًا لخصائص الطقس والطلب في المملكة العربية السعودية. يمكن لنتائج هذا البحث أن تسهل اتخاذ القرار في المراحل الأولى من اختراق نظام الطاقة الشمسية المركزة في مزيج الكهرباء في الشبكة الوطنية السعودية من أجل تحقيق الاستدامة المرجوة لمصادر الطاقة.
Abstract: Improving the diversification and sustainability of Saudi Arabia’s national electricity grid is a strategic priority. In order for this objective to come to fruition, increasing the penetration of renewable energy resources (RESs) is of paramount importance. This is where the importance of improving solar powered technologies becomes crucial. Specifically, concentrated solar thermal power (CSP) technologies have significant potential in Saudi Arabia, as well as other locations with high averages of direct normal irradiation. In this research, a techno-economic analysis has been conducted for the adoption of an integrated solar combined cycle (ISCC) which utilizes solar tower (ST) technology in Saudi Arabia. The power plant under study has a total capacity of 548.4 MW, of which 50 MW is from CSP. The outputs of this model are compared with other conventional and renewable energy sources quantitively. The results show that the hybridized ST field can achieve efficiency ranging between 53 and 59% annually leading to a capacity factor of 49.9% which is higher than other RES technologies of similar intermittent nature. The solar field installed capacity represents 9.11% of the total power plant capacity, whereas its output represents up to 10.7% of the total output. The annual generation of the solar tower field is found to be at 220.89 GWh, net present value (NPV) 10.2 MSUD, and levelized cost of energy (LCOE) 12.71 cent/kWh. The results reflect that the hybridization of CSP with conventional combined cycle gas turbine (CCGT) results in enhanced annual generation, lower energy cost, and facilitates the transition to stand-alone CSP. The hybridization of ST ISCC helps to steadily build up the know-how of the operation and maintenance of a technology with great potential given the weather and demand characteristics of Saudi Arabia. Results of this research can facilitate decision-making in the early stages of penetrating CSP to the electricity mix in the Saudi national grid in order to achieve the desired sustainability of energy sources.
الحالة: محكم ومنشور
جهة التحكيم: Renewable Energy Focus Elsevier
دار النشر: Elsevier
سنة النشر: 2021
تحويل التاريخ