Techno-economic analysis of a hybrid CSP-PV plant including elctrical batteries

Abstract

[ES] La hibridación de la energía solar térmica de concentración (CSP) con la fotovoltaica ha cobrado fuerza e interés en el mercado debido a: el rápido descenso de los costes de las instalaciones fotovoltaicas; la necesidad de almacenamiento en el sistema; y la compatibilidad de las condiciones geográficas para ambas tecnologías. Dependiendo de la estrategia de hibridación, los costes de una instalación híbrida CSP- podrían ser un 25% más bajos que los de una planta de tamaño equivalente sólo con CSP.

El objetivo de este trabajo de final de máster se centra en dos partes. Por un lado, proponer y modelar dos esquemas de planta de concentradores solares hibridada con paneles fotovoltaicos (PV), y por otro, evaluar el rendimiento tecno-económico de los esquemas propuestos, realizando posteriormente un análisis cuantitativo comparativo con otras soluciones CSP.

El punto de partida de esta tesis es un ciclo de potencia de Brayton de C02 supercrítico impulsado por aire para una planta de energía de concentradores solares, con un lecho compacto como almacenamiento de térmico y un receptor de sales fundidas.

En este proyecto se intenta mejorar este diseño, utilizando un receptor de aire, con el que se pretende conseguir una mayor temperatura de salida del receptor y ser más respetuoso con el medio ambiente y añadir paneles fotovoltaicos para ayudar a la generación de energía, ya que son más económicos y así tratar de reducir el Coste Nivelado de la Energía (LCOE) de la planta de partida.

También se hace una comparación entre el nuevo diseño y el mismo diseño añadiendo baterías eléctricas a las placas fotovoltaicas para pequeños periodos de tiempo sin radiación solar. Ambos diseños se modelan y se optimizan a través de Python para posteriormente compararlos con el diseño inicial.

[EN] Hybridization of Concentrating Solar Power (CSP) with Photovoltaic (PV) has gained market traction, and interest provided the rapid decline of costs in PV installations, the need for storage in the system, and the geographical conditions compatibility for both technologies. Depending on the hybridization strategy, the costs of a hybrid CSP-PV facility could be 25% lower than an equivalent-sized CSP-only plant. This thesis has two goals: firstly, to propose and model two concentrating solar plant layouts hybridized with PV panels; secondly, to evaluate the techno-economic performance of the proposed layouts to perform a comparative quantitative analysis with other CSP solutions. The starting point of this thesis is an air-driven supercritical C02 Brayton power cycle for a concentrating solar power plant, with a packed bed as thermal energy storage and a molten salt receiver. This project attempts to improve on this design by using an air receiver, which is intended to achieve a higher receiver outlet temperature and be more environmentally friendly, and to add photovoltaic panels to assist in power generation, as they are more economical and thus try to reduce the Levelized cost of energy (LCOE) of the starting plant. A comparison is made between the new layout and the same layout by adding electric batteries to the photovoltaic panels for short periods without solar radiation. Both layouts are modeled and optimized through Python and then compared with the initial design.