Development and Assessment of Solar-Assisted Gas Turbine Cogeneration Systems in Saudi Arabia

الموضوعات

علوم تطبيقية وتكنولوجية

الملخص

Saudi Arabia occupies a large portion of high insolation regions where solar energy conversion systems can produce the maximum amount of energy from a specific collector field size. Several solar technologies can convert solar resources into thermal energy; Parabolic Trough System, Fresnel Reflector System, and Solar Tower System are some of these techniques that have proven their ability and reliability when integrated with conventional thermal power plants. Integrating solar technologies with gas turbine cogeneration power plants can definitely reduce conventional fuel consumption, which will result in a considerable reduction in gas emissions. This integration is expected to play an important role in solving the global and environmental energy problems.The present work provides an investigation of the technical and economic feasibility of integrating Concentrating Solar Power (CSP) technologies with cogeneration gas turbine systems that are progressively being installed in Saudi Arabia to produce electricity and steam. In this regard, different designs of hybrid solar/fossil fuel gas turbine cogeneration systems have been proposed. These proposed systems designs consider the possible integration of three main Concentrating Solar Power (CSP) technologies with conventional gas turbine cogeneration systems. These CSP technologies are namely, Solar Tower (ST) systems, Parabolic Trough Collector (PTC) system, and Linear Fresnel Reflector (LFR) systems.An integrated solar gas turbine cogeneration system that generates steam at a constant flow rate of 81.44 kg/s at P = 45.88 (bar) and temperature of T = 394°C throughout the year in addition to the generation of electricity has been simulated and assessed for different CSP technologies and different sizes of gas turbines. THERMOFLEX with PEACE simulation software has been used to assess the performance of each proposed integration design. Thermo-economical analysis was conducted on different designs to reach at the optimal operating design under Dhahran weather conditions.Finally, the optimal integration configuration is found to be the solarization of the steam side in 50 MWe gas turbine cogeneration plant integrated with 0.8 solar multiple (90 hectare) of LFR system. The levelized electricity cost for this configuration is 5.1 USȻ/kWh. Furthermore, the solarization steam side in 50 MWe gas turbine cogeneration plant integrated with 0.8 solar multiple (104 hectare) of PTC system is not too far compared to that for LFR. Obviously the PTC system has the big advantage of being experimentally and commercially validated whereas the figures for the Fresnel collector are only theoretical. Moreover, the results indicate that the proper location to apply optimal integration configuration is Jizan city.

روابط وملفات

التعريف والنوع

رقم الوثيقة

0682311a-ee16-4f49-8e12-0a9c28888687

رقم العقد

0

نوع الوسائط

Crawler

نوع المحتوى

الرسائل العلمية

صيغة المصدر

رسائل ماجيستير

نوع الملف

pdf text

أسماء الملفات

849216_1.pdf

بيانات النشر

ترجمة العنوان

تطوير وتقييم دمج الطاقة الشمسية مع أنظمة الإنتاج المزدوج التي تستخدم تربينة غازية في المملكة العربية السعودية

ألقاب المؤلفين

[{"name_ar":"Esmail M.A Mokheimer ","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"},{"name_ar":"Yousef Naji Dabwan Ahmed","title_ar":"اعداد","title_en":"Preparation"}]

اللغة

English

المصدر والدورية

اسم المصدر

Development and Assessment of Solar-Assisted Gas Turbine Cogeneration Systems in Saudi Arabia

المحتوى والصفحات

عدد الصفحات

0

ترجمة الملخص

تعتبر المملكة العربية السعودية من أكثر مناطق العالم تعرضاً للإشعاع الشمسي حيث يمكن استخدام تقنيات تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية وبكفاءة تشغيل عالية. تتوفر العديد من تقنيات تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية التي أثبتت كفاءتها عند دمجها مع محطات توليد الكهرباء. من هذه التقنيات مركزات القطع المكافئ وعاكسات فرينيل بالإضافة إلى أبراج الطاقة الشمسية. إن دمج تكنولوجيا الطاقة الشمسية مع محطات الإنتاج المزدوج سوف يؤدي إلى خفض استهلاك الوقود وبالتالي إلى خفض الوقود المستهلك للمحطة الذي بدوره سوف يؤدي إلى الحد من التلوث البيئي نتيجة انبعاثات غاز ثاني أكسيد الكربون والغازات الأخرى والتي أدت إلى الانحباس الحراري وارتفاع درجات حرارة الجو وتساقط الأمطار الحامضية وذوبان الثلوج وانغمار أراضي صالحة للزراعة وانحباس الأمطار عن مناطق أخرى مما يؤدي إلى التصحر. يقدم هذا العمل دراسة للجدوى الفنية والاقتصادية لدمج الطاقة الشمسية في محطات الإنتاج المزدوج في المملكة العربية السعودية. ولهذا الغرض تم اقتراح تصاميم هجينة ما بين الوقود الأحفوري ومجمعات الطاقة الشمسية. هذه التصاميم أخذت بعين الاعتبار دمج ثلاثة أنواع من مركزات الطاقة الشمسية وهي مركزات القطع المكافئ وعاكسات فريسنيل بالإضافة إلى أبراج الطاقة. لقد تم تصميم المحطات لتوليد بخار بمعدل تدفق ثابت (81.44 كجم في الثانية) وبدرجة حرارة ثابتة (394 درجة مئوية) عند ضغط ثابت (45.44 ضغط جوي) خلال العام بالإضافة إلى إنتاج الكهرباء. أخذت بعين الاعتبار عند التصميم الثلاثة أنواع من مركزات الطاقة الشمسية المذكورة سابقاً بالإضافة إلى أنه تم استخدام أحجام مختلفة من التوربينات الغازية. وقد استخدم برنامج ثيرموفليكس في عملية المحاكاة والتقييم لجميع التصاميم المقترحة. وقد أجريت عملية التحليل الحراري والاقتصادي لجميع التصاميم بهدف الوصول إلى التصميم التشغيلي الأمثل لأجواء المملكة العربية السعودية. وفي النهاية تم تحديد التصميم الأمثل وهو دمج عاكسات فرينيل بمساحة تقدر حوالي 93 هكتار إلى الجانب البخاري لمحطة الإنتاج المزدوج وكان سعر وحدة الطاقة المنتجة من هذه المحطة حوالي 5.1 سنت أمريكي لكل كيلووات ساعة. وفي هذه الدراسة تم التوصل إلى أنه يمكن دمج مركزات القطع المكافئ بمساحة تقدر حوالي 104 هكتار في الجانب البخاري أيضاً مع فارق بسيط جداً في سعر وحدة الطاقة المنتجة. مع الأخذ بعين الاعتبار أن مركزات القطع المكافئ تم تركيبها والتحقق من كفاءتها في محطات مختلفة حول العالم وعلى العكس من ذلك فإن عاكسات فريسنيل ما زالت نظرية فقط. لذلك لابد أن يتم التحقق من الجدوى التشغيلية والتجارية لعاكسات فرينيل تحت ظروف تشغيلية حقيقية. إضافة إلى ما سبق لقد تم محاكاة المحطة المثالية في مناطق مختلفة في المملكة العربية السعودية وتم التوصل إلى أن أفضل منطقة لإنشاء هذه المحطة هي مدينة جازان الواقعة في جنوب المملكة العربية السعودية.

كلمات الباحثين

Solar Thermal Energy, Cogeneration, Parabolic Trough Collectors, Fresnel Reflectors, Solar Towers, Economic Feasibility, Power System Simulation, Thermoflex, Jazan

إشراف وإعداد

الإشراف

Esmail M.A Mokheimer

الإعداد

Yousef Naji Dabwan Ahmed

الاقتباسات الببليوغرافية