THERMODYNAMIC PERFORMANCE ASSESSMENT OF A NEW THERMAL ENERGY STORAGE SYSTEM INTEGRATED WITHIN A SOLAR COMBINED POWER PLANT

Abstract

ABSTRACT

Renewable energies represent new options for sustainable electricity generation, necessitated by a sharp rise in energy demand, the limited availability of fossil fuels, and their damaging effects on the environment. One of the most promising technologies in electricity generation is that of concentrating solar power (CSP), which has the potential to provide an affordable solution to this problem. In this study, the findings of simulations and optimizations performed on solar-based triple combined cycles integrated with rock bed energy storage to produce electricity are presented to solve the issue of increasing demands for electricity in Iraq. Due to the sun’s sporadic output, a thermal energy storage system using rock beds is built. Since the Rankin cycle can run independently thanks to rock bed storage, power may be generated at night or when solar energy is unavailable. The rock bed charges for 10 hours and discharges to run the Rankine cycle for 14 hours. The system’s overall energy and exergy efficiency was 38.95% and 42.84%, respectively. The total power produced in the system is 13,515 kW. The total power produced by the Rankine cycle is 4,089 kW, and the average system’s electricity cost rate is 32.67 $/h.

The system was examined from the perspectives of a 3E approach (energy, exergy, and economics) and sustainability. A parametric analysis was carried out to examine the impact of different factors on system performance.

ÖZET

Yenilenebilir enerjiler, enerji talebindeki keskin artışın, fosil yakıtların sınırlı mevcudiyetinin ve bunların çevre üzerindeki zararlı etkilerinin gerektirdiği sürdürülebilir elektrik üretimi için yeni seçenekleri temsil etmektedir. Elektrik üretiminde en umut verici teknolojilerden biri, bu soruna uygun fiyatlı bir çözüm sağlama potansiyeline sahip olan yoğunlaştırılmış güneş enerjisidir (CSP). Bu çalışmada, Irak’ta artan elektrik talebi sorununu çözmek için elektrik üretmek için kaya yatağı enerji depolaması ile entegre güneş tabanlı üçlü kombine çevrim üzerinde gerçekleştirilen simülasyon ve optimizasyonların bulguları sunulmaktadır. Güneşin düzensiz çıkışı nedeniyle, kaya yatakları kullanılarak bir termal enerji depolama sistemi inşa edilmiştir. Rankin döngüsü, kaya yatağı depolaması sayesinde bağımsız olarak çalışabildiğinden, geceleri veya güneş enerjisinin bulunmadığı zamanlarda güç üretilebilir. Kaya yatağı 10 saat şarj olur ve Rankine döngüsünü 14 saat çalıştırmak için boşalır. Sistemin genel enerji ve ekserji verimliliği sırasıyla %38,95 ve %42,84 olmuştur. Sistemde üretilen toplam güç 13515 kW’dır. Rankine çevrimi tarafından üretilen toplam güç 4089 kW ve sistemin ortalama elektrik maliyet oranı 32,67 $/h’tir. Sistem, 3E yaklaşımı (enerji, ekserji ve ekonomi) ve sürdürülebilirlik açısından incelenmiştir. Farklı faktörlerin sistem performansı üzerindeki etkisini incelemek için bir parametrik analiz gerçekleştirilir.