Techno-Economic Assessment and Optimization of a Concentrating Solar Power Plant with Fossil Fuel Backup

تهدف هذه الدراسة إلى تقييم وتحسين استخدام تكنولوجيا الطاقة الشمسية المُركَّزة باستخدام الحوض القوسي مع خاصية تخزين الطاقة الحرارية والاحتياطي من الوقود الأحفوري. حيث تبحث الدراسة توليد الكهرباء في ظل ظروف مناخية قاحلة، وتقدم توصيات للمصادقة عليها مع التشكيلات التصميمية المثلى، وظروف تشغيل المنشآت المقبلة. ويجري التقييم الأولي على محطة طاقة شمسية مركزة إسبانية المرجع بقدرة 50 ميغاواط (أنداسول-1)، ويجري إنشاء نموذج احتياطي الوقود الأحفوري المتكامل المقترح مع القدرة على تخزين الطاقة الحرارية، ويجري تقييم الأداء باستخدام نظام تكثيف بالتبريد الجاف بسبب الموارد المائية المحدودة. ويجري التحقيق في المعاملات التقنية والاقتصادية ومعاملات الأداء، بما في ذلك التكلفة المتدنية للكهرباء، وعامل القدرة، والطاقة الحرارية التي يولدها النظام الميداني الشمسي، وتوليد الطاقة سنوياً، والكفاءة العامة للمنشأة، والناتج من الطاقة الكهربائية للدورة، وكفاءة النظام الميداني الشمسي، والناتج الصافي للكهرباء. ويُدرس أيضاً تأثير الإشعاع الشمسي العمودي المباشر على ساعات الحمل الكاملة للتوربين البخاري، ودرجة الحرارة المحيطة، وسرعة الرياح، وفقدان حرارة المجال الشمسي/الطاقة المطمورة. وبهدف تحديد تشكيلات التصميم المثلى، يجري تقييم عدد من التشكيلات التصميمية لقيم التعدد الشمسي والتخزين، وتُحدَّد العلاقة بين قيم التعدد الشمسي والتخزين أثناء عملية التحسين الأمثل. ويُقيَّم تأثير ساعات التحميل الكامل للتخزين بناءً على التكلفة المتدنية للكهرباء، ومعامل القدرة، والإنتاج السنوي للطاقة، والكفاءة الإجمالية للمنشأة. ويتألف المشروع من ست مهام وسينجز في غضون 24 شهراً بتكلفة إجمالية قدرها 128,780 د.ك، بما في ذلك مساهمة مؤسسة الكويت للتقدم العلمي بمبلغ 34,530 د.ك.

This study evaluates and optimizes the use of concentrating solar power (parabolic trough) technology) with thermal energy storage and fossil fuel backup in Kuwait. This work examines electricity generation under arid climatic conditions and provides recommendations for validation, optimal design configurations, and operating conditions for future installations. The initial assessment is conducted on a 50 MW capacity Spanish reference concentrating solar power (parabolic trough) plant (Andasol-1). The proposed fossil fuel backup-integrated model with thermal energy storage capability is developed, and the performance is evaluated using a dry-cooled condenser system due to limited water resources. Techno-economic and performance parameters are investigated, including the levelized cost of electricity, capacity factor, thermal power generated by the solar field system, annual energy generation, overall plant efficiency, cycle electrical power output, solar field system efficiency, and net electricity output. The influence of direct normal irradiance on steam turbine full load hours, ambient temperature, wind speed, and solar field heat loss/dumped energy is also examined. Several design configurations are evaluated for different solar multiple and full load hours of storage to identify optimal design configurations. The relationship between the solar multiple and storage values is determined during the optimization process, and the impact of full-load storage hours on the levelized cost of electricity, capacity factor, annual energy production, and overall plant efficiency is evaluated. The project comprises six tasks and will be completed in 24 months for an estimated total budget of KD 128,780, including a contribution of KD 34,530 from the Kuwait Foundation for the Advancement of Sciences.