Assessment, Modeling, Simulation and Integration of Medium Temperature CSP With Food Processing Factory

Abstract

The state of Palestine is a developing occupied country, with a plentiful of renewable energy resources, solar irradiation reaches to 5.4 kWh/m2 .day, sun hours 3000 yearly, wind reach an average of 6 m/s in some locations (Ouda, 2001). which gives strong indication about the potentials of energy amounts that can be harvested annually. The aim of this thesis is to create a reliable estimation of the thermal energy being consumed in an industrial facility that produces beverage and snacks, namely AlQasrawi Company for Industries and Trading. The methodology used is based on the thermodynamics first and second laws. The production sections were studied and the thermal loads that are being consumed were evaluated, the accumulative load required is 270 kWth. The solar potential in the area of the factory was studied, based on that selection of the suitable solar thermal collector is chosen to be LF-11 from Solar Industries, a German brand. An integration between the solar collector and the plant production section was studied based on the load profile of the factory. The above main three objectives were simulated using Matlab (MATLAB, 2015), to test the effects of different system sizes on the economic parameters. In addition to the above, the economic analysis and environmental impacts for using solar thermal energy compared to the traditional power sources that is being used in the facility currently was carried out, and a levelized Cost Of Energy LCOE was in the range of 0.15-0.2 NIS/kWh. The Payback Period on discounted bases was calculated and found to range from 4-7 years. Keywords: Solar Heating Industrial Process SHIP, Energy Intensity, Unit Operation, Heat Transfer Fluid HTF, Thermal Storage TS, Concentrated Solar Power CSP, Linear Fresnel LF, Levelized Cost Of Energy LCOE, Discounted PayBack Period DPBP. تعتبر فلسطين دولة تحت االحتالل في طور التطور، تتمتع مناطقها بوفرة من اإلشعاع الشمسي يصل الى 5.4 كيلو واط /متر مربع في اليوم، مع ساعات اشعاع شمسي يصل الى 3000 ساعة في السنة، ومعدل سرعة رياح يصل الى 6 متر/ث في بعض المناطق، مما يعطي مؤشرا قويا على إمكانية الطاقة الممكن حصادها خالل السنة. الهدف من رسالة الماجستير هذه هو عمل تقييم موثو ق لألحمال الحرارية المستهلكة من قبل عمليات التصنيع في مصنع مرطبات وتسالي، تحديدا شركة القصراوي للصناعة والتجارة. مع إمكانية استبدال النظام التقليدي المزود للحرارة بنظام شمسي من االلواح المركزة. تعتمد منهجية العمل في تقييم االحمال المستهلكة على القانون األول والثاني في الديناميكا الحرارية، وقد تم حساب هذه القيم ووجد انها مجتمعه للمصنع كامال تصل الى 270 كيلو واط حراري. لقد تم أيضا دراسة الطاقة الشمسية المتاحة في منطقة المصنع، وتم اختيار التكنولوجيا المناسبة من االلواح الشمسية المركزة من نوع LF-11 from Solar Industries األلمانية. بعد دراسة نمط االحمال الحرارية اليومية في المصنع تم وضع تصور لطريقة الربط بين المحطة الشمسية واألنظمة المزودة للحرارة الحالية في المصنع. لقد تم محاكاة الخطوات السابقة باستخدام برنامج ماتالب اإلصدار 2015، حيث تم بحث تأثير حجم النظام واجزاءه على بعض المؤشرات االقتصادية األولية. حيث وجد ان سعر الطاقة الممكن الحصول عليها من النظام مقارنة بالطاقة الكهربائية يتراوح بين 0.2-0.15 شيكل/كيلو واط.ساعة، وكانت فترة االسترداد للمشروع تتراوح بين 7-4 سنوات اخذين بعين االعتبار تناقص القيمة المالية عبر السنوات. الكلمات المفتاحية: الحرارة الشمسية في العمليات الصناعية، كثافة الطاقة، وحدة العمليات، السائل الناقل للحرارة، التخزين الحراري، الطاقة الشمسية المركزة، المرايا المسطحة الخطية، سعر الطاقة مقارنة بسعر الطاقة الكهربائية، فترة االسترداد للمشروع تحت تأثير عوامل تناقص قيمة العملة عبر فترة المشروع .