With increasing awareness of environmental issues and worldwide requirements for sustainable development, renewable energy technologies with lower environmental impact, especially those having abundant resources like wind and solar energy, attract more attention. Concentrating Solar Power (CSP) is one of the most promising solar energy technologies. Indeed, thermal energy storage (TES) units could be integrated into CSP plants, enhancing their flexibility and capacity factor. However, tower based CSP plants still remain cost intensive. This study evaluates the performance of a 55MWe combined-cycle CSP plant with rock-bed TES located in Sevilla, Spain. Sensitivity analysis has been performed to assess the influence of critical parameters. Furthermore, in order to decrease the costs with increasing efficiency, improved CSP plant schemes have been proposed. In the study, EES, SAM and TRNSYS are used to design and simulate the model from technological perspective, then the capital and operational costs are calculated in MATLAB. For one-year simulation of the designed case, the performance of the plant is determined by the trade-off among several conflicting factors. The study focuses on three key indicators to measure the performance- levelized costs of electricity (LCoE), capital expenditure (CAPEX) and efficiency factor (UF). As long as CAPEX is within the acceptable range, LCoE would be the most concerned one-as low as possible, then followed by UF. Compared to conventional CCGT plant, the proposed combined-cycle tower-based CSP plant, with efficiency of 0.49 and LCoE of 196USD/MWe, enables efficiency improvements, while both CAPEX and LCoE are higher. On the other hand, it has to be noticed that CCGT relies on fuel (natural gas) price, which means higher risks and operational expenditure (OPEX). A sensitivity study is involved varying gas turbine expansion ratio (to vary its outlet temperature and therefore supply power for the bottoming Rankine cycle), size of TES and solar multiple (SM). It can be found that same LCoE and UF could be achieved with lower CAPEX by setting appropriate parameters. The study also introduces two improved CSP plant schemes with sensitivity study. To some extent, the LCoE decreases due to increasing power output and the efficiency of the system simultaneously increases. / Med ökad medvetenhet om miljöfrågor och globala krav på hållbar utveckling lockar förnybar energi teknologi med lägre miljöpåverkan, särskilt de som har stora resurser som vind och solenergi, mer uppmärksamhet. Concentrating Solar Power (CSP) är en av de mest lovande solenergi teknologierna. Faktiskt kan värmeenergi lagringsenheter integreras i CSP-anläggningar, vilket förbättrar deras flexibilitet och kapacitetsfaktor. Träbaserade CSP-anläggningar är dock fortfarande kostnads intensiva. Denna studie utvärderar prestandan för en 55MWe CSP-anläggning med kombinerad cykel med TESsandbädd i Sevilla, Spanien. Känslighetsanalys har utförts för att bedöma påverkan av kritiska parametrar. För att minska kostnaderna med ökad effektivitet har dessutom förbättrade CSP-anläggningsprogram föreslagits. I studien används EES, SAM och TRNSYS för att designa och simulera modellen ur teknologiskt perspektiv, sedan beräknas kapital och driftskostnader i MATLAB. För ett års simulering av det planerade fallet bestäms anläggningens prestanda av bytet mellan flera motstridiga faktorer. Studien fokuserar på tre nyckelindikatorer för att mäta prestandanivå kostnaderna för el (LCoE), investeringar (CAPEX) och effektivitetsfaktor (UF). Så länge CAPEX ligger inom det acceptabla intervallet, skulle LCoE vara den mest bekymrade en så låg som möjligt, följt av UF. Jämfört med konventionell CCGT-anläggning möjliggör den föreslagna träbaserade CSP-anläggningen med kombinerad cykel med effektivitet 0,49 och LCoE på 196USD / MWe effektivitetsförbättringar, medan både CAPEX och LCoE är högre. Å andra sidan måste man notera att CCGT förlitar sig på bränslepriset (naturgas), vilket innebär högre risker och driftsutgifter (OPEX). En känslighetsstudie är involverad med varierande utvidgning förhållande för gasturbin (för att variera dess utloppstemperatur och därmed leverera ström för botten Rankine-cykeln), storlek på TES och sol multipel (SM). Det kan konstateras att samma LCoE och UF skulle kunna uppnås med lägre CAPEX genom att ställa in lämpliga parametrar. Studien introducerar också två förbättrade CSP-anläggningar med känslighetsstudie. I viss utsträckning minskar LCoE på grund av ökad effekt och systemets effektivitet ökar samtidigt.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-264353 |
| Date | January 2019 |
| Creators | Ruan, Tianqi |
| Publisher | KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2019:615 |
Page generated in 0.0021 seconds