International Science and Technology Journal

Home < Articles < Article Details

Techno-Environmental Assessment of Solar-Thermal Hybrid Power with Molten Salt Storage

الملخص
بهدف تطوير نموذج مستدام وموثوق لنظام توليد طاقة هجين في جنوب ليبيا، تعتمد هذه الدراسة على استخدام تقنية الطاقة الشمسية المركزة (CSP) المدمجة مع نظام تخزين الطاقة الحرارية (TES) لتحسين الكفاءة العامة والمرونة واستدامة مرافق توليد الطاقة في هذه المنطقة وقد طورت الدراسة نظاماً لتوليد الطاقة يدمج تقنية CSP باستخدام الأملاح المنصهرة كنظام لتخزين الطاقة الحرارية مع توربين غازي يعتمد على ظروف الاتزان الحراري المحددة باستخدام خليط من نترات الصوديوم ونترات البوتاسيوم (NaNO₃–KNO₃). ويعتمد النظام المقترح على نظام خزانين للأملاح المنصهرة قادر على تخزين الطاقة الحرارية عند درجات حرارة تصل إلى 565 درجة مئوية ويتم استخدام هذه الطاقة الحرارية المخزنة لاحقاً لتوليد الكهرباء خلال الفترات التي لا يتوفر فيها الإشعاع الشمسي، مما يسمح باستمرار إنتاج الطاقة الكهربائية عند الطلب ويضمن استمرارية الإمداد الكهربائي. في هذه الدراسة تم استخدام برنامج System Advisor Model (SAM) لمحاكاة أداء الحقل الشمسي ونظام التخزين الحراري، بينما تم استخدام برنامج Engineering Equation Solver (EES) لإجراء تحليل حراري للعمليات الديناميكية الحرارية المرتبطة بدورة برايتون الخاصة بالتوربين الغازي. أظهرت نتائج الدراسة أن دمج نظام تخزين الطاقة الحرارية باستخدام الأملاح المنصهرة مع نظام CSP أدى إلى زيادة الكفاءة الحرارية بحوالي 22% مقارنة بأنظمة التوليد التقليدية المعتمدة على الوقود الأحفوري، كما ساهم في تقليل استهلاك الوقود بنسبة 26% وخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة 18% مقارنة بأنظمة التوليد الحراري التقليدية. إضافة إلى ذلك أظهرت النتائج أن التكلفة المستوية لإنتاج الكهرباء (LCOE) في النظام الهجين الذي يجمع بين CSP وتخزين الطاقة بالأملاح المنصهرة والتوربين الغازي قد انخفضت مما يشير إلى أن هذا النظام يمثل حلاً اقتصادياً قابلاً للتطبيق لتوليد الطاقة في المناطق الجافة أو النائية مثل مدينة أوباري في جنوب ليبيا، مع المساهمة في معالجة تحديات إمدادات الوقود واستقرار الشبكة الكهربائية................. الكلمات المفتاحية:............لطاقة الشمسية المركزة (CSP)، تخزين الطاقة الحرارية (TES) تخزين الطاقة بالأملاح المنصهرة، دورة برايتون، نظام الطاقة الهجين، التكلفة المستوية للكهرباء (LCOE)، ثاني أكسيد الكربون (CO₂)، الطاقة الشمسية الحرارية.
Abstract
In order to develop a sustainable and reliable hybrid energy generation system model in Southern Libya using concentrated solar power (CSP) with thermal energy storage (TES) to improve the overall efficiency, flexibility and sustainability of the energy generation facilities located in this area, this study has developed an energy generation system that integrates CSP using molten salts as TES with a gas turbine based on the equilibrium conditions defined by the use of sodium nitrate-potassium nitrate (NaNO3-KNO3); essentially, a two-tank molten salt system that can store heat at temperatures up to 565 degrees Celsius. The heat is then captured and produces electricity during non-solar times thereby allowing power generation to continue on demand and ensure continuity of electrical service. The researchers will utilize the System Advisor Model (SAM) to simulate performance of the solar field and the TES, while the Engineering Equation Solver (EES) will be used to conduct a thermal analysis of the thermodynamic processes associated with the Brayton gas turbine cycle. The researchers found that the addition of molten salt TES to a CSP energy system increased thermal efficiency by approximately 22 percent compared to a standard fossil fuel generation system, reduced fuel consumption by 26 percent and reduced carbon dioxide emissions by 18 percent versus a similar thermal generation system. Additionally, when the levelized cost of electricity (LCOE) from the integrated CSP, molten salt TES and gas turbine system was compared with that of traditional fossil fuel generation systems the total LCOE decreased from $0.22/kWh to $0.16/kWh indicating that this hybrid energy generation system provides an economically viable alternative for use in regions that are primarily arid and/or remote such as Ubari in Southern Libya, while addressing both fuel supply and grid stability challenges................ Keywords:........... CSP, TES, molten salt storage, Brayton cycle, hybrid energy system, LCOE, CO2, solar thermal.