Development of an Organic Rankine Cycle (ORC) System Powered by a Solar Concentrator Optimized for Residential Application in Kuwait

يتزايد استهلاك الطاقة في الكويت بسرعة خاصة خلال ساعات الذروة في الصيف بسبب الطقس وزيادة عدد السكان والنمو الاقتصادي. في الواقع، سيستمر التقدم الاجتماعي والاقتصادي، وارتفاع مستويات المعيشة، وتزايد عدد السكان في الحاجة إلى زيادة الإنفاق على الطاقة، لا سيما في البلدان النامية. موارد الطاقة الرئيسية في الكويت هي النفط والغاز الطبيعي، مما يساهم في تلوث الهواء المفرط. علاوة على ذلك، فإن تغير المناخ، واستنفاد الوقود الأحفوري، واللوائح البيئية المتزايدة الصرامة جعلت التحول إلى التقنيات المتجددة أمرًا ملحًا. لذلك، ونظراً لطقس الكويت وتوافر الشمس على مدار العام، ستكون الطاقة الشمسية حلاً مثالياً للبلاد. علاوة على ذلك، فإن استخدام الطاقة الشمسية لزيادة مساهمة مصادر الطاقة المتجددة في توليد الطاقة يتوافق مع رؤية الكويت الجديدة 2035 الغرض من هذا المشروع هو تطوير حل فعال من حيث التكلفة لتوليد الكهرباء من الطاقة الشمسية. يتكون النظام من دورة رانكين عضوية مقترنة بمكثف شمسي، وتنتج طاقة كهربائية وحرارية من الطاقة الشمسية ويمكن استخدامها للتطبيقات السكنية أو الصناعية، أو المناطق المعزولة، أو إنتاج الكهرباء على نطاق واسع في الكويت. يمكن أيضًا أن يقترن النظام بنظام تخزين لتوليد الكهرباء أثناء غياب الطاقة الشمسية (ليلاً، طقس غائم، إلخ). المكثف الشمسي عبارة عن هيكل متحرك يمكنه تتبع الشمس. يحتوي على مرايا تقارب الطاقة الشمسية إلى جهاز استقبال شمسي حيث يتم تبادل الحرارة بين التدفق الشمسي من جهة والسائل العامل المنتشر في آلة دورة رانكين العضوية على الجانب الآخر. سيتم تحليل ونمذجة وتصميم النظام لتطبيق سكني في الكويت. بالإضافة إلى ذلك، سيتم إجراء تحسين اقتصادي تقني لتقليل تكلفة النظام مع الحفاظ على الكفاءة العالية

The energy consumption in Kuwait is increasing rapidly especially during peak hours in summer due to the weather, increase in population, and economic growth. Indeed, socio-economic progress, higher standards of living, and growing populations will continue to require higher energy expenditures, especially in developing countries. Kuwait's main energy resources are oil and natural gas, which contribute to excessive air pollution. Moreover, climate change, depletion of fossil fuels, and increasingly stringent environmental regulations have made the switch to renewable technologies urgent. Therefore, and due to Kuwait's weather and the availability of the sun throughout the year, solar energy would be an ideal solution for the country. Moreover, using solar energy to increase the contribution of renewable energy sources in power generation agrees with the new Kuwait vision 2035. The purpose of this project is to develop a cost-effective solution to generate electricity from solar energy. The system consists of an organic Rankine cycle (ORC) coupled to a solar concentrator, it produces electrical and thermal energy from solar energy and could be used for residential or industrial applications, isolated areas, or large-scale electricity production in Kuwait. The system could also be coupled with a storage system to generate electricity during the absence of solar energy (night, cloudy weather, etc.). The solar concentrator is a mobile structure that can track the sun. It contains mirrors that converge solar energy to a solar receiver where heat is exchanged between the solar flux on one side and the working fluid circulating in the ORC machine on the other side. The system will be analyzed, modeled, and designed for a residential application in Kuwait. In addition, a techno-economic optimization will be carried o