Analysis of Solar Tower Integrated with sCO2 Brayton Cycle and MEE-TVC Desalination

Abstract

أصبحت مصادر الطاقة المتجددة في الوقت الحاضر بديل فعال للوقود الأحفوري. الطاقة الشمسية ھي واحدة من التقنيات المستخدمة على نطاق واسع للطاقة المتجددة. لقد جعل التقدم الأخير في تكنولوجيا برج الطاقة الشمسية خيارا جذابا لحصاد الطاقة. تھدف ھذه الدراسة نحو دمج تكنولوجيا برج الطاقة الشمسية مع دورات ثاني أكسيد الكربون (sCO2) لإنتاج الطاقة والنظام البخاري المتعدّد التأثير مع ضغط البخار الحراري (MEE-TVC) لإنتاج مياه التحلية. تتضمن ھذه الدراسة إيجاد تشكيلتين اثنتين على أساس دورتين مختلفتين فوق الحرجة وھي لدورات التجديد وإعادة الضغط (sCO2) وإجراء دراسات حدودية لكل تشكيلة باستخدام برنامج EES. دراسة المتوسط الشھري لكل واحد من أشھر السنة والمتوسط للعام بأكمله موجودة أيضا. أيضاً تتم دراسة تقييم إنتاج الانتروبيا للنظام وكذلك تقدير تكاليف رأس المال و التشغيل. تمّ إجراء ھذه الدراسة على مناطق مختلفة من المملكة العربية السعودية. من تحليل الطاقة، وجد أن أعلى إنتاجية ھي في منطقة ينبع، تليھا خبط الغصن في المركز الثاني، والباقي في ترتيب تنازلي كما يلي، جبل الرغامة، جازان، الخفجي، و الظھران. عدد الھليوستات المستخدمة ھو 2646 . ويستنتج أيضا أن الكفاءة الفعالة هي في المستوى الأعلى عند الحد الأدنى الممكن لجزء الحرارة الذي يدخل دورة sCO2. لمنطقة الظهران، هذه القيمة هي 0.32 لدورة تجديد التوليد المشترك للطاقة و0.34 لدورة إعادة الضغط في الأجزاء من 0.19 و 0.21 على التوالي. من تحليل الإنتروبيا، يمكن استنتاج أن أهم مكونات المساهمة في نظامMEE-TVC هو قاذف البخاربحيث تتراوح النسبة بين 50٪ و 60٪ لعدد من التأثيرات المختلفة. إنتاج الإنتروبيا المحددة للMEE-TVC يتناقص مع تناقص قيمة الجزء، وإنتاج الإنتروبيا المحددة لدورة ال sCO2 يحافظ على قيمة ثابتة لإنتاج الإنتروبيا.تساهم هذه النتيجة في تأكيد نتائج الطاقة المستمدة سابقا، تتمثّل بأعلى كفاءة فعالة في الحد الأدنى لإنتاج الإنتروبيا المحددة لل MEE-TVC و دورة ال sCO2. البرج الشمسي هو أكبر مساهم في إنتاج الإنتروبيا في كل من التشكيلتين بحيث تصل النسبة الى نحو 80٪ من إنتاج الإنتروبيا الكلي، يليه نظام تحليةMEE-TVC، ودورة الطاقة sCO2. إنتاج الإنتروبيا في الخزّانين المستخدمين للتخزين الحراري هي بنسبة متدنّية جدّاً، فهي بنحو 0.3٪ من مجموع التوليد. أما بالنسبة لنتائج التكلفة، فالمناطق التي تتميز بأعلى متوسط للإشعاع الشمسي على مدار العام لديها أدنى قيمة لل LCOE وLCOW. تحقيق منطقة ينبع أدنى تكلفة، تليها خبط الغصن في المركز الثاني، والباقي كما يلي، جبل الرغامة، جازان، الخفجي، والظهران. قيمة الLCOE لينبع في جزء قيمته 0.5 لتجديد وإعادة الضغط لدورات توليد مشتركة للطاقة الشمسية هي 0.0915 $ / كيلوواط ساعة و0.0826 $ / كيلوواط ساعة، على التوالي.