Techno-economic Appraisal of Concentrating Solar Power Systems (CSP)

The diffusion of Concentrating Solar Power Systems (CSP) systems is currently taking place at a much slower pace than photovoltaic (PV) power systems. This is mainly because of the higher present cost of the solar thermal power plants, but also for the time that is needed in order to build them. Though economic attractiveness of different Concentrating technologies varies, still PV power dominates the market. The price of CSP is expected to drop significantly in the near future and wide spread installation of them will follow. The main aim of this project is the creation of different relevant case studies on solar thermal power generation and a comparison betwwen them. The purpose of this detailed comparison is the techno-economic appraisal of a number of CSP systems and the understanding of their behaviour under various boundary conditions. The CSP technologies which will be examined are the Parabolic Trough, the Molten Salt Power Tower, the Linear Fresnel Mirrors and the Dish Stirling. These systems will be appropriatly sized and simulated. All of the simulations aim in the optimization of the particular system. This includes two main issues. The first is the achievement of the lowest possible levelized cost of electricity and the second is the maximization of the annual energy output (kWh). The project also aims in the specification of these factors which affect more the results and more specifically, in what they contribute to the cost reduction or the power generation. Also, photovoltaic systems will be simulated under same boundary conditions to facolitate a comparison between the PV and the CSP systems. Last but not leats, there will be a determination of the system which performs better in each case study.

The value of a saved tree : The lifecycle of CO2-emissions associated with the combination of printing paper and electricity production of wood in the U.S. and Sweden

The pulp- and paper production is a very energy intensive industry sector. Both Sweden and the U.S. are major pulpandpaper producers. This report examines the energy and the CO2-emission connected with the pulp- and paperindustry for the two countries from a lifecycle perspective.New technologies make it possible to increase the electricity production in the integrated pulp- andpaper mill through black liquor gasification and a combined cycle (BLGCC). That way, the mill canproduce excess electricity, which can be sold and replace electricity produced in power plants. In thisprocess the by-products that are formed at the pulp-making process is used as fuel to produce electricity.In pulp- and paper mills today the technology for generating energy from the by-product in aTomlinson boiler is not as efficient as it could be compared to the BLGCC technology. Scenarios havebeen designed to investigate the results from using the BLGCC technique using a life cycle analysis.Two scenarios are being represented by a 1994 mill in the U.S. and a 1994 mill in Sweden.The scenariosare based on the average energy intensity of pulp- and paper mills as operating in 1994 in the U.S.and Sweden respectively. The two other scenarios are constituted by a »reference mill« in the U.S. andSweden using state-of-the-art technology. We investigate the impact of varying recycling rates and totalenergy use and CO2-emissions from the production of printing and writing paper. To economize withthe wood and that way save trees, we can use the trees that are replaced by recycling in a biomassgasification combined cycle (BIGCC) to produce electricity in a power station. This produces extra electricitywith a lower CO2 intensity than electricity generated by, for example, coal-fired power plants.The lifecycle analysis in this thesis also includes the use of waste treatment in the paper lifecycle. Both Sweden and theU.S. are countries that recycle paper. Still there is a lot of paper waste, this paper is a part of the countries municipalsolid waste (MSW). A lot of the MSW is landfilled, but parts of it are incinerated to extract electricity. The thesis hasdesigned special scenarios for the use of MSW in the lifecycle analysis.This report is studying and comparing two different countries and two different efficiencies on theBLGCC in four different scenarios. This gives a wide survey and points to essential parameters to specificallyreflect on, when making assumptions in a lifecycle analysis. The report shows that there arethree key parameters that have to be carefully considered when making a lifecycle analysis of wood inan energy and CO2-emission perspective in the pulp- and paper mill in the U.S. and in Sweden. First,there is the energy efficiency in the pulp- and paper mill, then the efficiency of the BLGCC and last theCO2 intensity of the electricity displaced by BIGCC or BLGCC generatedelectricity. It also show that with the current technology that we havetoday, it is possible to produce CO2 free paper with a waste paper amountup to 30%. The thesis discusses the system boundaries and the assumptions.Further and more detailed research, including amongst others thesystem boundaries and forestry, is recommended for more specificanswers.

Fjärrvärmedrivna vitvaror : Erfarenheter från utveckling, installationer och kostnadsberäkningar

Värmedrivna vitvaror eller HWC-maskiner som de kallas av tillverkaren värms med varmt vatten från en cirkulerande krets via en värmeväxlare inbyggd i maskinen, till skillnad från konventionella maskiner som värms med el. Denna teknik skall inte förväxlas med maskiner som är anslutna till varmvattenledningen och fylls på med varmt vatten och som därmed begränsas till disk- och tvätt. Syftet med fjärrvärmedrivna vitvaror är alltså att använda fjärrvärme, som har lägre kvalitet och pris än elenergi för uppvärmning och torkning och på så sätt spara el och utöka fjärrvärmeunderlaget. En jämförelse av koldioxidutsläpp och primärenergianvändning mellan konventionella vitvaror och fjärrvärmedrivna vitvaror visar att både koldioxidutsläpp och primärenergianvändning blir lägre för fjärrvärmedrivna vitvaror om biobränsle anses koldioxidneutralt och den el som ersätts är producerad i kolkraftverk eller gaskombikraftverk.   Denna rapport beskriver utveckling och kommersialisering av värmedrivna vitvaror (disk- och tvättmaskiner samt torktumlare och torkskåp) och hur de kan anslutas mot fjärrvärmesystem i olika systemlösningar. Dessutom har de energimässiga och ekonomiska förutsättningarna för tekniken undersökts. Erfarenheterna från fältprovning är dock mycket begränsade, eftersom de byggen där fälttesterna skulle ske försenades. Under 2013 färdigställs ett flerbostadshus med värmedrivna vitvaror i 160 lägenheter i Västerås.   De utvecklade maskinernas värmeanvändning som andel av total energianvändning vid 60 graders framledningstemperatur har uppmätts till ca 50 % för diskmaskinen, 67 % för tvättmaskinen, 80 % för torktumlaren och 93 % för torkskåpet. I det studerade flerbostadshuset av passivhusstandard uppgår lasten från värmedrivna vitvaror komfortgolvvärme och handdukstorkar till upp mot 30 % av husets totala värmeanvändning. För småhus är motsvarande siffra upp mot 20 %. Att använda fjärrvärme istället för elvärme till dessa installationer som normalt är elvärmda kan allts minska elbehovet betydligt i lågenergibebyggelse vilket också minskar både koldioxidutsläppen och primärenergianvändningen.   Ekonomiska analyser har genomförts för två olika systemkoncept (separat vitvarukrets och Västeråsmodellen) för nybyggda småhusområden och flerfamiljshus där fjärrvärme inte bara används till vitvaror utan också till handdukstorkar och komfortgolvvärme. De ekonomiska analyserna visar att Västeråsmodellen är den mest ekonomiskt intressanta systemlösningen med värmedrivna vitvaror, handdukstork och komfortgolvvärme. I flerfamiljshus kan den vara konkurrenskraftig mot de elvärmda alternativen (konventionellt system med eldrivna vitvaror, komfortgolvvärme och handdukstorkar) om prisskillnaden mellan el och fjärrvärme är större än 0,7 kr/kWh. En parameterstudie visar att kapitalkostnaden blir ganska hög jämfört med energikostnaden, vilket betyder att lång livslängd och många cykler är viktigt för att förbättra de ekonomiska förutsättningarna för värmedrivna vitvaror. För passiva småhus blir kostnaden för Västeråsmodellen med värmedrivna vitvaror, handdukstork och komfortgolvvärme likvärdig med de elvärmda alternativen vid energiprisskillnader på 0,7 kr/kWh inklusive moms, medan det krävs prisskillnader på 0,9 kr/kWh inklusive moms för normalisolerade småhusområden.   Sammanfattningsvis kan sägas att i kommuner med ett konkurrenskraftigt fjärrvärmepris finns det viss lönsamhet för hela konceptet enligt Västeråsmodellen med värmedrivna vitvaror, komfortgolvvärme, och handdukstorkar. Om man däremot ser på konkurrensen för enskilda vitvaror är det främst torktumlaren som är konkurrenskraftig i bostäder. Målpriset på 1000 kr extra för värmedrift har inte kunnat uppnås inom projektet för diskmaskiner och tvättmaskiner. Det krävs lägre priser och låga anslutningskostnader för att räkna hem diskmaskinen och tvättmaskinen som enskilda komponenter.   Värmedrivna tvättmaskiner och torktumlare är konkurrenskraftiga i flerfamiljstvättstugor. Speciellt i de fall där beläggningen är god och flera maskiner delar på anslutningskostnaden till fjärrvärmecentralen kan värmedrift bli riktigt lönsam. Torkskåpens konkurrenskraft har inte kunnat utvärderas, då priset ännu inte fastställts. Att använda VVC-systemet för värmedistribution till värmedrivna vitvaror kan vara mycket intressant, men det kräver att legionellaproblematiken kan lösas. I nuläget finns ingen lösning som uppfyller formuleringarna i boverkets byggregler. Ett annat distributionssätt som kan vara intressant, men som inte undersökts i studien är att använda VVC för varmvattendistribution och en gemensam radiator- och vitvarukrets med konstant framledningstemperatur. Den aktör som förväntas ha störst ekonomiskt intresse av att tekniken implementeras är sannolikt fjärrvärmebolagen som får sälja mer värme och det ligger därmed främst på deras ansvar att marknadsföra tekniken i mötet med sina kunder.

Analyzing the Effect of Soiling on the Performance of a Photovoltaic System of Different Module Technologies in Kalkbult, South Africa

The fact that most of the large scale solar PV plants are built in arid and semi-arid areas where land availability and solar radiation is high, it is expected the performance of the PV plants in such locations will be affected significantly due to high cell temperature as well as due to soiling. Therefore, it is essential to study how the different PV module technologies will perform in such geographical locations to ensure a consistent and reliable power delivery over the lifetime of the PV power plants. As soiling is strongly dependent on the climatic conditions of a particular location a test station, consisted of about 24 PV modules and a well-equipped weather station, was built within the fences of Scatec’s 75 MW Kalkbult solar PV plant in South Africa. This study was performed to a better understand the effect of soiling by comparing the relative power generation by the cleaned modules to the un-cleaned modules. Such knowledge can enable more quantitative evaluations of the cleaning strategies that are going to be implemented in bigger solar PV power plants. The data collected and recorded from the test station has been analyzed at IFE, Norway using a MatLab script written for this thesis project. This thesis work has been done at IFE, Norway in collaboration with Stellenbosch University in South Africa and Scatec Solar a Norwegian independent power producer company. Generally for the polycrystalline modules it is found that the average temperature corrected efficiency during the period of the experiment has been 15.00±0.08 % and for the thin film-CdTe with ARC is 11.52% and for the thin film without ARC is about 11.13% with standard uncertainty of ±0.01 %. Besides, by comparing the initial relative average efficiency of the polycrystalline-Si modules when all the modules have been cleaned for the first time and the final relative efficiency; after the last cleaning schedule which is when all the reference modules E, F, G, and H have been cleaned for the last time it is found that poly3 performs 2 % and 3 % better than poly1 and poly16 respectively, poly13 performs 1 % better than poly15 as well as poly5 and poly12 performs 1 % and 2 % better than poly10 respectively. Besides, poly5 and poly12 performs a 9 % and 11 % better than poly7. Furthermore, there is no change in performance between poly6 and poly9 as well as poly4 and poly15. However, the increase in performance of poly3 to poly1, poly13 to poly15 as well as poly5 and poly12 to poly10 is insignificant. In addition, it is found that TF22 perform 7% better than the reference un-cleaned module TF24 and similarly; TF21 performs 7% higher than TF23. Furthermore, modules with ARC glass (TF17, TF18, TF19, and TF20) shows that cleaning the modules with only distilled water (TF19) or dry-cleaned after cleaned with distilled water(TF20) decreases the performance of the modules by 5 % and 4 % comparing to its respective reference uncleanedmodules TF17 and TF18 respectively.