Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Techno-Economic Analysis of an Innovative Purely Solar Driven Combined Cycle System based on Packed Bed TES Technology
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM).
2019 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

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.

Abstract [sv]

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.

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 55
Series
TRITA-ITM-EX ; 2019:615
Keywords [en]
Tower CSP Techno-economic analysis; Dynamic simulation
Keywords [sv]
Tower CSP teknisk-ekonomisk analys; Dynamisk simulering
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-264353OAI: oai:DiVA.org:kth-264353DiVA, id: diva2:1373053
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-11-26 Created: 2019-11-26 Last updated: 2019-11-26Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1916 kB)6 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1916 kBChecksum SHA-512
3d7d3e7646f57922ad4146cc449c3ae18bc713988918082df21d09c831c02ceb2a9ebb21e174728d0118683bf27cd7bf74ba067d623494f9b99aa9badb8710fd
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Industrial Engineering and Management (ITM)
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 6 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 9 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf