Techno-economic analysis of multi-tower solar thermal power plants

With the technology innovation boom than renewables are experiencing new challenges arise, one of those is the dispatchability of the cheaper renewable option (PV and Wind), for this reason CSP poses a solution with its thermal storage and stabilizing the grid from intermittent sources like PV and Wind, what has been limiting the evolution of CSP is its high cost and LCOE that comes with it, which leaves CSP out of the competitive range of renewables. The present study makes use of technological improvements within the CSP world, like the use of Sodium as a heat transfer fluid for high temperature applications and complemented with a 〖sCO〗_2 cycle which has smaller size and higher efficiency than the Rankine cycles. The focus of this work is to study a multi-tower approach regarding CSP in order to improve its efficiency and allow for easier implementation of the technology, since now a days CSP is known to be complex and requires a lot of invested hours for projects, while PV and Wind implemented a modular approach reducing the complexity of investing and engineering of power plants. Multiple towers and thermal powers were simulated for comparison between them in a modular plant, starting from the modular towers up to simulating central receivers with high thermal powers, and then a performance and economic assessment of the different layouts and thermal targets was made. For the implementation of multi-tower or modular approaches a very important factor rises, the piping for the plant, like parabolic trough the piping is very relevant in modular CSP and is further studied, from the designing up to the performance during operation of the plant. The rest of the plant components were estimated from literature and used for modeling the complete plant.

Con il boom dell'innovazione tecnologica rispetto alle rinnovabili si presentano nuove sfide, una di queste è la dispacciabilità dell'opzione rinnovabile più economica (FV ed Eolico), per questo CSP propone una soluzione con il suo accumulo termico e stabilizzando la rete da fonti intermittenti come il FV e Wind, ciò che ha limitato l'evoluzione di CSP è il suo costo elevato e l'LCOE che ne deriva, che lascia CSP fuori dalla gamma competitiva delle rinnovabili. Il presente studio fa uso di miglioramenti tecnologici all'interno del mondo CSP, come l'uso del sodio come fluido termovettore per applicazioni ad alta temperatura e integrato con un ciclo 〖sCO〗 _2 che ha dimensioni inferiori e maggiore efficienza rispetto ai cicli Rankine. L'obiettivo di questo lavoro è studiare un approccio multi-tower riguardo al CSP al fine di migliorarne l'efficienza e consentire una più facile implementazione della tecnologia, poiché ormai un giorno CSP è noto per essere complesso e richiede molte ore investite per i progetti, mentre il fotovoltaico e l'eolico hanno implementato un approccio modulare riducendo la complessità degli investimenti e dell'ingegneria delle centrali elettriche. Sono state simulate più torri e potenze termiche per il confronto tra di loro in un impianto modulare, partendo dalle torri modulari fino ad arrivare alla simulazione di ricevitori centrali di elevate potenze termiche, e successivamente è stata effettuata una valutazione prestazionale ed economica dei diversi layout e target termici. Per l'implementazione di approcci multitorre o modulari sorge un fattore molto importante, le tubazioni per l'impianto, come il trogolo parabolico delle tubazioni sono molto rilevanti nel CSP modulare e vengono ulteriormente studiate, dalla progettazione fino alle prestazioni durante il funzionamento dell'impianto . Il resto dei componenti dell'impianto sono stati stimati dalla letteratura e utilizzati per modellare l'impianto completo.