I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute r  E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   10 ,   No .   4 ,  A u g u s t   2 0 2 0 ,   p p .   3 7 8 8 ~ 3 8 0 0   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 ,  DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 1 0 i 4 . p p 3 7 8 8 - 3 8 0 0          3788       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m/in d ex . p h p /I JE C E   Electrical po w er genera tion throu g h concentra t ed s o la r  technol o g y  f o r t h e so uthern  cit i es o f  I ra q       Riy a dh   T o m a n T ha ha b 1 ,  Ah m e d T o m a n  T ha ha b 2   1 De p a rte m e n t  o f   El e c tri c a l  En g in e e rin g ,   Un iv e rsit y   o f   Ba b y lo n ,   Ira q   2 De p a rte m e n t  o f   Bio m e d ica l  En g in e e rin g ,   Un iv e rsity   o f   Ba b y lo n ,   Ira q       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   15 ,   2 0 1 9   R ev i s ed   No v   12 ,   20 19   A cc ep ted   J an   11 ,   2 0 2 0     W it h   a   c o n ti n u i n g   m is m a t c h   b e twe e n   g e n e ra ti n g   c a p a c it y   a n d   d e m a n d   re q u irem e n ts,  Ira q i  c it ies   a re   stil l  e n d u rin g   sc h e d u led   p o w e r  o u tag e s.  In   th is  w o rk ,   c o n c e n trate d   so lar  p o w e r  ( CS P )  tec h n o lo g y   is  p ro p o se d   a n d   d e sig n e d   f o r  Ira q i  c it ies   to   in jec t  p o we r   in to   d istri b u ti o n   n e tw o rk s  w it h   th e   o b jec ti v e   o f  b o o st in g   th e   g e n e ra ti n g   p o w e r  c a p a c it y .   S in c e   CS P   s y ste m s  re q u ire   a   p re li m in a r y   stu d y   o f   th e   d irec t  n o rm a l  irrad ian c e   (DN I),   a n a ly s e s  o f  m o n th ly   d a ta  is  c a rried   o u t  f o r  e a c h   o f   th e   c a n d id a te  c it ies .   T h is  i s  f o ll o w e d   b y   d e ter m in a ti o n   o f   th e   a m o u n t   o f   so lar  irrad ian c e   th a t  f a ll s  o n   a   ti tl e d   c o ll e c to r  p e r   m o n th   c o n sid e ri n g   th e   e ff e c ts  o f   re f le c ti o n   a n d   d if f u sio n .   F in a ll y ,   a   th e rm a l  p o we r  p lan t  is  p ro p o se d   a n d   sim u late d   u sin g   th e   s y ste m   a d v iso ry   m o d e l  (S A M )  p e r  c it y .   Re su lt s  p re se n ted   sh o w   a n   e n c o u ra g in g   n u m b e r  o f   m e tri c s  a n d   c o n f ir m   th e   f e a sib il it y   o f   su c h   a   p lan t  i n   so u th e rn   Ira q .   T h e   lev e li se d   c o st  o f  e lec tr icit y   a n d   c a p a c it y   f a c to r  sh o w s   a   c o n sid e ra b le  d e c re a se   a n d   in c r e a se   re sp e c ti v e l y ,   w h e n   th e   p lan t   is  b a c k ed   u p   b y   a   f o ss il   f u e l  ste a m   c y c le  u n d e r  c ircu m sta n c e s  w h e n   a   p lan t  lo se s  o v e r  8 0 %   o f   th e   M W   c a p a c it y   d u e   to   d ro p   in   so lar  irrad ian c e .   T o   p r o v id e   a   c o m p a risio n   p latf o rm ,   f o r  e a c h   c it y ,   a   p h o t o v o li taic   ( P V )  p la n t  is   d e sig n e d   w it h   a n   in d e n ti c a l  e lec tri c   c a p a c i ty   to   th a t  o f   th e   CS P   p lan t .   F in d in g s  f ro m   th is  w o rk   c o n f irm   th a t  CS P   p lan ts   c a n   p r o v id e   a   su it sta n a b le  a n d   e n v iro e m n tl   f rien d ly   so lu ti o n   to   e lec tri c a l  p o w e r  sh o rt a g e s  in   th e   c o u n try   c o m p a re d   to   th e   c u rre n t  P V t re n d s.   K ey w o r d s :   C o n ce n tr ated   s o lar   p o w er   Dir ec t n o r m al  ir r ad ian ce   E lectr ical  en er g y   H y b er d ized   s o lar   p lan t   T ilted   co llecto r   Co p y rig h t  ©   2 0 2 0   In stit u te o f  A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e .    Al l  rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   R i y ad h   T o m a n   T h ah ab ,    Dep ar te m en t o f   E lectr ical  E n g in ee r in g ,   Un i v er s it y   o f   B ab y lo n ,   A l n aj af - Hilla h   R o ad ,   Hilla h ,   B ab y lo n   P r o v i n ce ,   I r aq ,   E m ail :  r i y ad h to m an t h . to m an @ wm ic h . ed u       1.   I NT RO D UCT I O N   C h ar ac ter ized   a s   p len tifu l ,   s o lar   en er g y   h as   g r ea t   p o ten t ials   a s   f ar   as   elec tr icit y   g e n er atio n   is   co n ce r n ed .   Ob tain i n g   elec tr i c  p o w er   f r o m   s o lar   p o w er   d ep en d s   o n   w h e th er   li g h t  o r   h ea t  is   ca p t u r ed .   I n   p h o to v o ltaic  s y s te m s   ( P V) ,   s u n   li g h t  is   co n v er ted   to   elec tr icit y   v ia  ar r a y s .   On   t h e  o t h e r   h an d   C SP ,   w h ic h   d ep en d s   o n   h ea t,  co n ce n tr at e  th e  s o lar   lig h t  s u c h   t h at  h ea t  is   tr an s f er r ed   to   a  p o w er   b lo ck   f o r   s tea m   p r o d u ctio n   an d   ev en t u all y   ele ctr icit y   g e n er atio n .   T h e  Mid d le  E ast  r eg io n   is   id en t if ied   as  a  p o ten tial  lo ca tio n   f o r   C SP   d u e  to   t h e  a m p le  s o l ar   ir r id an ce   av ailab le  [ 1 ] .   Sev er al  co u n tr ie s   h a v e  co n d u cted   ass es s m en t   s t u d ies   o f   C SP   tec h n o lo g y   a s   s o u r ce   o f   elec tr ic  p o w er   g en er atio n .   Au t h o r s   in   [ 2 ]   id en ti f ied   lo ca tio n s   i n   I r an   f o r   a  f ea s ib le  C SP   s y s te m .   B ased   o n   th e  ass e s s m e n t  s t u d y ,   s ix   cities  h a v e  w ea t h er   f ea t u r es  f o r   a  s u c ce s s f u l  C SP   p lan t.   A u t h o r s   p r esen ted   a   1 0 0   MW   th er m al  p la n t   d es ig n ,   w i th   s ix   h o u r s   o f   e n er g y   s to r ag e,   f o r   ea c h   o f   th e   s i x   lo ca tio n s .   I n   n eig h b o r in g   J o r d an ,   a u th o r s   in   [ 3 ]   p r esen t  a n   o p ti m ized   p lan t  to   b e  i n s talled   at  Ma ’ a n   lo ca tio n .   Au t h o r s   in   th is   w o r k   co m p ar e  a   5 0   MW   p lan t  w it h   w et  an d   d r y   co o lin g   m et h o d s .   T h e  lev elize d   co s t  o f   elec tr icit y   ( L C OE )   is   co n s id e r ed   as  th e  v ar iab le  to   b e  m in i m ized   i n   t h e  o p ti m izatio n   b y   ch a n g i n g   t h er m a l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       E lectrica l p o w er g en era tio n   th r o u g h   c o n ce n tr a ted   s o l a r   tech n o lo g y   fo r …  ( R iya d h   To ma n   Th a h a b )   3789   en er g y   s to r a g e  h o u r s ,   s o lar   m u ltip les,co o lin g   m et h o d   an d   tu r b in e  s ize .   A u th o r s   co n c lu d e  th a t  C SP   h as   a  p r o s p ec tiv e   to   b o o s t  th e  ec o n o m y   o f   J o r d an   as  f ar   as  th e  en er g y   s ec to r   is   co n ce r n ed .   W o r k   p r esen ted   in   [ 4 ]   ex p lo r ed   C SP   i m p le m e n tatio n   in   Me d iter r an ea n   w ea t h er   co n d itio n s .   T h e  s t u d y   ass e s s e s   C SP   in   f o u r   ar ea s   o f   A l g er ia,   w h er e  a   1 0 0   MW   p la n t  is   d es ig n ed   f o r   ea ch   r e g io n .   T h e  au th o r s   co n cl u d e  th at  d esp ite  th e  h i g h   co s t   o f   i n s tal lin g   a   C SP ,   h o w e v er   l o n g   ter m   p a y b ac k s   ca n   b en e f i t  A l g er ia .   Au th o r s   in   [ 5 ]   s t u d i ed   i m p le m en tatio n   o f   C SP   in   th e  ar ea   o f   J u b ail  in   Sau d i  A r ab ia.   Au t h o r s   r ep o r t  th at  s u c h   a  p lan t  ca n   p r o v id e  8 6 . 5   G W h   o f   elec tr ical  en er g y   at  a n   o v er al l  ef f icie n c y   o f   2 3 . 2 %.   St u d y   o f   C SP   f ea s ib il it y   is   p r ese n te d   f o r   T u n is   in   [ 6 ] ,   f o r   Sp ain   [ 7 ] ,   f o r   I n d ia  [ 8 ]   an d   f o r   E y g p t  in   [ 9 ] .   Au t h o r s   i n   [ 10 ]   p r esen ted   a  s tu d y   o f   t h e  ef f ec t s   o f   a  C SP   p lan t  co n n ec ti o n   to   C h ilea n   p o w er   s y s te m   w ith   e n er g y   s t o r ag e  o p tio n s .   W ith o u t  s to r a g e,   th e  c h allen g e  o f   ac h iev in g   a  b alan ce   b et w ee n   l o ad   an d   g en er atio n   p o w er s   is   m u c h   m o r e  p r o u n u n ce d   [ 1 1 ]   I r aq   is   u n d er g o in g   a  s h o r tag e  o f   elec tr ic  p o w er   d u e  to   m an y   r ea s o n s   s p ec iall y   w it h   th e  ev er   in cr ea s i n g   lo ad   d e m a n d .   S y s t e m atic  s h ed d in g   o f   lo ad s   is   a  p er m a n e n t  p r o ce d u r e  th a t  u tili t y   a u t h o r ities   ad o p t   to   ac h ie v e  a  p o w er   b alan ce .   I n   th e   m ea n ti m e,   I r aq i  w ea t h er   w it h   a  lo n g   h o t  s u m m er   ca n   s e r v e  as   a  r eso u r ce   to   allev i ate  th e  e lectr icit y   s h o r ta g es .   R esear c h ,   h o w e v er , to   th e   b est  o f   o u r   k n o w led g e,   h as   b ee n   li m ited   a s   f ar   as   a  f u ll  e x ten t  s tu d y   o f   th er m al  p o w er   p lan t  is   co n ce r n ed .   A   m o r e  r ec en t  w o r k   in   [ 12 ]   ex p l o r ed   th e  p o ten tials   o f   r en e w ab le  en er g y   i n   I r aq   w ith   a  p ar ticu lar   e m p h asi s   o n   s o lar   b ased   g en er atio n .   Au th o r s   r ep o r t  th at     th e  co u n tr y   ca n   b e n e f it  f r o m   a  C SP   in   a  s ta n d - alo n e  f as h io n   o r   th e  p la n t  ca n   be   u s ed   as   a  s tea m   s o u r ce   to   cu r r en t  t h er m al  p o w er   s tatio n s .   I n   g en er al  a u th o r s   es ti m a te  th at  w it h   ze r o   th er m al  e n e r g y   s to r a g e  ( T E S) ,     th e  co s t  o f   elec tr icit y   i s   ab o u t  0 . 2 3   ce n ts /KW h .   W o r k   in   [ 13 , 14 ]   d ea lt  m ai n l y   w i th   t h e  am o u n t  o f   g lo b al   ir r ad ian ce   th at  f all s   h o r izo n tal l y   on   a  s u r f ac e  f o r   th e  cit y   B a g h d ad .   A u th o r s   i n   [ 15 ] ,   p r esen ted   s o lar   r ad iatio n   an al y s is   f o r   s i x   I r aq i   citie s ,   w h er e  it ’ s   r ep o r ted   th at  m a x i m u m   r ad iatio n   o cc u r s   i n   th e   s u m m er   s ea s o n   an d     th e  m i n i m u m   i s   attai n ed   i n   win ter .   H o w ev er   [ 13 - 15 ]   p r o v id e  m ain l y   r ad iatio n   an a y li s   a n d   d o esn ’ t  e x ten d   to   a   C SP   p lan t   s t u d y   f o r   elec tr icit y   g e n er atio n .   I n   th i s   p ap er ,   a  f u ll  e x te n t  a n al y s i s   an d   d esi g n   o f   a  th er m al  p o w er   p la n t  i n   f o u r   I r aq i  cities  ar e   p r esen ted .   T h e  cities  ar e  lo ca t ed   in   s o u th er n   I r aq ,   an   ar ea   wh er e  te m p er at u r es  cr o s s   5 0   C o   in   s u m m er   ti m es.   An   an al y s is   is   co n d u cted   to   d eter m i n e  th e  a m o u n t  o f   g lo b a l  h o r izo n ta l  an d   d ir ec t  n o r m a l  ir r ad ian ce   ( GHI )   an d   ( DNI )   f o r   ea ch   cit y   r es p ec tiv el y .   T h e n   t h e  a m o u n t   o f   i n cid en t  ir r ad ian ce   o n   a   tilt ed   co llecto r   is   d eter m in ed   m at h e m atica ll y .   T h e  p ap er   f i n all y   p r ese n t s   d esi g n s   f o r   a   1 0 0   MW   p lan t  f o r   t wo   cities a n d   5 0   MW   f o r   th e  o th er   t w o   lo ca tio n s   o f   t h e  I r aq i so u th .       2.   I RRAD I ANC E   ANA L YS I S  AND  O T H E R  SI T E   R E Q UI RM E NT S   A   m ai n   r eq u ir e m e n t  f o r   a  s u cc e s s f u l  an d   ec o n o m icall y   f ea s ib le  C SP   b ased   p o w er   p lan t  is     th e  a m o u n t  o f   ir r ad ian ce   th at   is   ca p tu r ed   in   a  s ite.   T h e  ir r ad ian ce   a m o u n t  u s ed   f o r   p lan n i n g   p u r p o s es  i s     th e  D NI   an d   th i s   a m o u n t   s h o u ld   e x ce ed ,   o n   a v er a g e,   1 8 0 0   KW h /m 2 - y ea r   f o r   a  co s t  w o r t h y   attr ac ti v e   p r o j ec t  [ 2 ,  1 6 ] .   T h e  f o u r   cities ,   lo ca ted   in   s o u t h   o f   t h e  co u n tr y ,   i n cl u d ed   in   th i s   s t u d y   ar e  B asra ,   Nasiri y ah ,   Am ar ah   an d   Sa m a w a h .   Dat a  o f   GHI   a n d   DNI   h a v e  b ee n   d o w n lo ad ed   f o r   ea ch   ci t y   f r o m   E u r o p ea n   C o m m s io n s ’ s   P h o to v o litaic   G eo g r ap h ical  I n f o r m atio n   S y s te m   ( P VGI S)   [1 7 ] .   Fig u r es   1   a n d   2   s h o w   t h e  GHI   an d   DNI   p r o f iles   f o r   th e  f o u r   cities  p er   m o n th .   T h e  m ea n   a n n u al  G HI   an d   DNI   ar e   ca lcu lated   an d   s h o w n   i n   T ab le  1 .   R esu lt s   f o r   b o th   GHI   an d   DNI   s h o w , in   g e n er al,   a  n e ar l y   s i m ilar   p r o f ile   f o r   t h e   lo c atio n s   w i th   th e  c it y   o f   Am ar a h   h a v i n g   a  p ea k   DN I   o f   ab o u t  3 5 0   W /m 2   d u r i n g   t h e  m o n t h   o f   J u n e.   B asra   d ata   s h o w   a   p ea k   DNI   th at  i s   n ea r l y   co n s ta n t  f r o m   J u n e  to   Sep te m b er .   Sa m a w a h   cit y   h as  a  p ea k   ir r id an ce   w h ic h   s tar t s   i n   J u n e  an d   b eg in s   d r o p in g   in   s u b s eq u en t m o n t h s .     T h is   cit y   is   lo ca ted   in   t h e  u p p er   s o u th ,   m o r e  clo s e  to   t h e  m id   r eg io n   o f   th e   co u n tr y   a n d   h en ce   it’s   af f ec ted   b y   t h e  m id - E u p h r ates   r eg io n al  w ea th er ,   b u t,  t h e  m e an   an n u al  DNI   i s   2 9 3 8   KW /m 2 - y ea r .   T h e  citie s   o f   B asra   an d   Sa m a w a h   h av e  a  D NI   th at  s ta ir s - u p   f r o m   J an u ar y   w it h   Am ar ah   s h o w i n g   a  s i m ilar   te n d en c y .   GHI   an d   DNI   f o r   Nasiri y a h ,   s tair s   u p   an d   d o w n   f o r   th e  f ir s t  f i v e  m o n t h s   o f   t h e  y ea r   b ef o r e  p ea k in g   at  J u n e  a n d   cli m b i n g   d o w n   f o r   th e  r est  o f   th e  y ea r .   I ts   w o r th   m en tio n i n g   th at  t h e  m o n th l y   d ata  co llected   f r o m   [ 1 7 ]   w er e   f o r   th e  y ea r s   2 0 0 7 - 2 0 1 6   f o r   e ac h   cit y   in   th e  co u n tr y .   B ase d   o n   th e  r es u lts   in   t h i s   s ec tio n   it  i s   clea r   th at   all   cities  h a v e  s u i tab le  ir r ad ian ce   p o ten tial s   to   b e  ca n d id at es  f o r   a  C SP   b ased   p o w er   p lan t.   A d d itio n al   r eq u ir e m en ts   f o r   a  C SP   p o w er   p lan t a r e  s u m m ar ized   as b elo w :   a.   T h e  s ite  w h er e  th e  C SP   p o w er   p lan t is to   b e  er ec ted   s h o u ld   b e  lev el,   w it h   a  s lo p e  o f   1 - 3%   [1 6 ]   w it h   1 % o r   less   b ein g   t h e  m o s tl y   d esire d   [ 1 8 ] .   T h is   en ab les C SP   co llect o r s   to   av o id   s h ad o w i n g   a n d   o th er   f ac to r s   t h at  m a y   d e g r ad e  th e  a m o u n t o f   ca p tu r ed   ir r ad ian ce     b.   W in d   s p ee d   at  s ite  s h o u ld   b e  less   t h an   1 5 . 6 4   m / s   to   av o id   d am ag e  to   t h e  co llecto r s   [1 9 ] .   c.   T h e  p r esen ce   o f   a  g r id   tr an s m i s s io n   s u c h   t h at  o n - g r id   co n n ec tio n   is   f ea s ib le   [1 6 ] .   So u t h er n   I r aq   is   ch ar ac ter ized   b y   its   f lat  ter r ito r y ;  i n   f ac t  it  r ep r esen ts   p ar t  o f   th e  Sed i m e n tar y   p lai n   ar ea   o f   th e  co u n tr y   w h ic h   f u lf ill s   t h e  f ir s t  r eq u ir e m e n t  m en tio n ed   ab o v e .   F ig u r e  3   an d   4   s h o w s   av er a g ed   m o n t h l y   w i n d   s p ee d s   an d   te m p er atu r es  f o r   th e  co n s id er ed   cities  b ased   o n   w ea th er   d ata  f r o m   [ 1 7 ] .   A ll  cit ies   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                       I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   4 ,  A u g u s t 2 0 2 0   :   3 7 8 8   -   3800   3790   h av e   m o n t h l y   w i n d   s p ee d s   t h at  f all   w ell   b e lo w   t h e   v al u e   s p ec if ied   i n   r eq u ir e m e n t  2   a b o v e.   T em p er atu r e   p r o f iles   ar e  al m o s t  id en t ical  in   all  co n s id er ed   cities  w i th   p ea k s   o cc u r r in g   d u r in g   t h e  m o n t h   o f   J u l y   an d   Au g u s t.  As  f o r   r eq u ir e m e n t  3 ,   I r aq i  tr an s m is s io n   n e t w o r k   i s   s ca tter ed   all  ar o u n d   t h e  co u n tr y   a n d   h e n ce   th i s   i s   n o t  h u r d le  f o r   a  p r o m is i n g   C SP   p o w er   p lan t ,  Hen ce   all   f o u r   cities  f u l f il l  t h e  ess e n t ial  r eq u ir e m e n ts   to   a  s u cc es s f u l a n d   ec o n o m ical l y   r e w ar d in g   C SP   p o w er   p lan t .           Fig u r e   1 .  GHI   p r o f ile  f o r   s o u t h er n   I r aq i   c ities           Fig u r e  2 .  DNI   p r o f ile  f o r   s o u t h er n   citie s   o f   I r aq     T ab le  1 .   A n n u al  GHI   f o r   s o u t h er n   citie s   o f   I r aq   City   G H I   ( K W / m2 )   D N I   ( K W / m2 )   B a sr a   2 8 7 0   2 8 6 4   N a si r i y a h   2 8 4 3   2 8 6 6   A marah   2 8 0 1   2 8 8 0   S a maw a h   2 8 5 9   2 9 3 8   100 200 300 400 B a s r a G H I   ( W / m 2 ) 100 200 300 400 N a s i r i y a h G H I   ( W / m 2 ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 100 200 300 400 A m a r a h M o n t h   I n d e x G H I   ( W / m 2 ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 100 200 300 400 S a m a w a h M o n t h   I n d e x G H I   ( W / m 2 ) 100 150 200 250 300 350 B a s r a D N I   ( W / m 2 ) 100 150 200 250 300 350 N a s i r i y a h D N I   ( W / m 2 ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 100 150 200 250 300 350 A m a r a h M o n t h l y   I n d e x D N I   ( W / m 2 ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 100 150 200 250 300 350 S a m a w a h M o n t h l y   I n d e x D N I   ( W / m 2 ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       E lectrica l p o w er g en era tio n   th r o u g h   c o n ce n tr a ted   s o l a r   tech n o lo g y   fo r …  ( R iya d h   To ma n   Th a h a b )   3791       Fig u r e  3   . Mo n th l y   w i n d   s p ee d s   f o r   I r aq i c ities           Fig u r e   4. T em p er atu r es  f o r   ca n d id ate  I r aq i   cities       3.   CALCU L A T I O N  O F   T O T A L   I RRA DIAN CE   O N  A  T I L T E D  CO L L E C T O R   I t  is   a  u s u al  p r ac tice  to   p lac e  a  co llecto r   o f   a  co n ce n tr at ed   s o lar   f ield   s o   th at  i t  m a k e s   an   a n g le  r elativ e  to   t h e   h o r izo n tal  g r o u n d   w it h   t h e  o b j ec tiv e  o f   in cr e asin g   t h e  r e f lecte d   ar ea   [ 20 ] .   T h is   an g le  i s   ca lled   th e  tilt   o r   s lo p e  an g le  [ 21 ] .   T h e  DNI   ca p tu r ed   b y   a  tilt ed   co llecto r   is   less   th an   t h at  o f   a  n o n - tilt ed   [ 21 ] .     Hen ce ,   in   t h is   s ec tio n   w e  f ir s t  p r esen t   a   f o r m u la  f o r   to tal  i r r ad ian ce   o f   a  tilt ed   co llecto r ,   th en   t h is   v al u e   is   ca lcu lated     f o r   ea ch   o f   t h e  c o n s id er ed   I r aq i  cit y .   Si n ce   t h e  to tal  ir r ad ian ce   is   a  co m b i n atio n   o f   th e   d ir ec t,  r ef lecte d   an d   d if f u s io n   co m p o n en t s   [ 22 ] ,   in d iv id u al  co m p o n en ts   ar e  ca lc u la ted   f o r   ea ch   ci t y .   T h e  d ec lin atio n   an d   s u n r is e  h o u r   an g le  i s   g i v e n   b y   [ 22 ]:     = 23 . 45 s in ⁡ ( 360 365 ( − 81 ) )   ( 1 )      =  − 1 ( − )   ( 2 )     2 4 6 8 B a s r a S p e e d   ( m / s ) 2 4 6 8 N a s i r i y a h S p e e d   ( m / s ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2 4 6 8 A m a r a h M o n t h   I n d e x S p e e d   ( m / s ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2 4 6 8 S a m a w a h M o n t h   I n d e x S p e e d   ( m / s ) 0 10 20 30 40 50 B a s r a T   ( C o ) 0 10 20 30 40 50 N a s i r i y a h T   ( C o ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 10 20 30 40 50 A m a r a h M o n t h   I n d e x T   ( C o ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 10 20 30 40 50 S a m a w a h M o n t h   I n d e x T   ( C o ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                       I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   4 ,  A u g u s t 2 0 2 0   :   3 7 8 8   -   3800   3792   w h er e :   δ   is   th e  d ec li n atio n   a n g le.   n   is   th e  o r d er   o f   th e  d a y .   W SR   is   th e  s u n r is e  h o u r   an g le.   L   is   th e  lati tu d e  o f   cit y   u n d er   s t u d y .   T h e  d aily   m ea n   e x tr ater r estria l ir r ad ian ce   is   g i v e n   b y   [ 22 ]:      ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ = [ ( 24 ) ⁡ ( 1 + 0 . 034 360 365 ) ] (     +    )   ( 3 )     w h er e  G  is   t h e  s o lar   co n s ta n t a n d   is   eq u al  to   1 . 3 7   KW /m 2   [ 22 ].   T h e  av er ag e  m o n th l y   ir r ad ia n ce   ( ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ) ,   w h ic h   is   m ea s u r ed   w h en   t h e  co llecto r   is   i n   a  h o r i zo n tal  p o s itio n ,   ca n   b e  d ec o m p o s ed   in to   t w o   co m p o n en ts ,   t h e  av er ag e  d ir ec t  b ea m   th a t  f al l  o n   a  h o r izo n tal  co llecto r   an d   th e  av er a g e  d if f u s e  co m p o n en t,  e x p r ess ed   m a th e m atica l l y   as [ 22 ],     ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ =  ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ +  ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅   ( 4 )     w h er e  DN I ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ⁡ a n d ⁡ DHI ̅ ̅ ̅ ̅ ̅   ar e  th e  a v er a g e  m o n t h l y   d ir ec t  n o r m al   an d   h o r izo n t al  d if f u s e  co m p o n en ts   r esp ec t iv el y .   T h e  clea r n ess   in d e x   f o r   ea ch   c it y   co n s id er ed   in   th i s   s t u d y   i s   d ef in ed   as [ 22 ],     = ̅ ̅ ̅ ̅ ̅  ̅ ̅ ̅ ̅ ̅   ( 5)     T h e  r atio   o f   th e  h o r izo n tal  a v er ag e  d if f u s e  to   g lo b al  ir r ad ian ce   is   ex p r ess ed   in   ter m s   o f   t h e   clea r n ess   in d ex   u s i n g   th e  L i u   an d   J o r d a n   co r r elatio n   eq u atio n   a s   r ep o r ted   in   [ 22 ],      ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ = 1 . 39 − 4 . 027 + 5 . 531 2 − 3 . 108 3   ( 6 )     I t  is   k n o w n   t h at  th e   co llecto r   ca p tu r es  ir r ad ian ce   n o t  o n l y   f r o m   t h e  co m p o n e n t  th at   d ir ec tl y   f alls   o n   th e  co llecto r   s u r f ac e  b u t  also   f r o m   t h at  r ef lect  b y   th e  g r o u n d   i n   ad d itio n   to   th e  d if f u s e  co m p o n e n t.  T h e   r ef lecte d   co m p o n en t is d ef i n e d   as [ 22 ],      ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ = ⁡ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅   ( 7 )     W h er e  R HI ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ⁡ a n d ⁡ ρ   ar e  th e  r ef lecte d   ir r ad ian ce   o n   a  h o r izo n tal  co llecto r   an d   th e  r ef lectio n   in d e x   r esp ec tiv el y .   Hen ce ,   th e  to tal  a v er ag e  ir r ad ian ce   f al lin g   o n   u n titl ed   co llect o r   is   ex p r ess ed   as,      ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ =  ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ +  ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ +  ̅ ̅ ̅ ̅ ̅   ( 8 )     w h er e  IC T ̅ ̅ ̅ ̅   is   t h e  to tal   av er a g e  ir r ad ian ce   f alli n g   o n   a n   u n - tilt ed   co llecto r .   I f   a  s o lar   f ie ld   co ll ec to r   is   tilt ed   b y   an   S o   w ith   r esp ec t  to   th e  h o r izo n tal  p lan e,   th en   t h e  d ir ec t  n o r m al,   d if f u s e  an d   r ef lecti o n   co m p o n e n t  ar e  ex p r ess ed   as g iv e n   i n   eq .   9 ,   b e lo w   [ 22 ] ,        ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ = ̅ ̅ ̅ ̅ ×  ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅    ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ =  ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ × ( 1 +  2 )    ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ =  ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ × ( 1 −  2 )   ( 9 )       w h er e  DN I ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ t , DHI ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ t ⁡ , R HI ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ t ⁡ a n d ⁡ ̅ ̅ ̅   ar e  th e  d ir ec t,  d if f u s e,   r ef lecte d   ir r ad ian ce s   an d   av er ag e  tilt   f ac to r   r esp ec tiv el y .   T h e  av er ag e  t ilt  f ac to r   d ef i n ed   as  t h e  r atio   o f   DNI   o f   a  tilt ed   co llecto r   to   t h a t  o f   an   u n - tilt ed   a n d   is   g i v e n   b y   [ 22 ],     ̅ ̅ ̅ ̅ =  ( − )  ⁡   +   ( − )    ⁡   +      ( 1 0 )     w h er e  W S RC   is   th e   s u n r i s e  h o u r   an g l e  o f   t h e  co llecto r   as d ef i n ed   i n   [ 22 ] .   Fin all y ,   t h e  to tal  ir r ad ia n ce   f alli n g   o n   a  tilt ed   co llecto r ,   ⁡ IC Tt ̅ ̅ ̅ ̅ ̅   , is   g i v en   b y ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       E lectrica l p o w er g en era tio n   th r o u g h   c o n ce n tr a ted   s o l a r   tech n o lo g y   fo r …  ( R iya d h   To ma n   Th a h a b )   3793     ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ =  ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ +  ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ ̅ +  ̅ ̅ ̅ ̅ ̅   ( 1 1 )     B ased   o n   th e  a b o v e  eq u atio n s ,   IC Tt ̅ ̅ ̅ ̅ ̅   is   ca lcu lated   f o r   ea ch   city .   T h e  s o lar   f ield   co llecto r   is   ass u m ed   to   b e  tilt ed   at  2 0 o .   Fig u r e  5   d ep i cts  IC Tt ̅ ̅ ̅ ̅ ̅   f o r   ea ch   lo ca tio n   w h ic h   i s   f o u n d   b y   ad d in g   u p   in d iv id u al  co m p o n e n t s   p er   m o n t h .   C ities   li k e  Na s ir i y a  a n d   Am ar ah   s h o w   a  co n t in u o u s   in cr ea s e  w it h   to tal  ir r ad ian ce   h itti n g   t h e  co llecto r   p ea k s   at  J u l y   a n d   Au g u s t.  B asra   s h o w s   a  d i p   in   ir r ad ian ce   d u r in g   J u n e,   h o w e v er   r ec o d ed   te m p er atu r es  d u r i n g   th i s   m o n th   m a y   e x ce ed   4 5 o C ,   an d   th is   m a y   co m p e n s a te  t h e  h ea t   lo s t  b y   t h e  d ip   in     th e  s o lar   ir r ad ian ce .             Fig u r e   5 .   T o tal  av er ag e  ir r ad ian ce   h it tin g   a  2 0 o   tilt ed   s o lar   co llecto r   f o r   ea ch   co n s id er ed   city       4.   SI M UL AT I O N  O F   A  P ARA B O L I C  T RO U G H   CSP  P L ANT F O R  SO UT H E RN  I R AQ I   C I T I E S   T h e  p lan t  s i m u lated   in   th is   p ar t   is   co m p o s ed   f r o m   a  s o lar   f ield   o f   th e  p ar ab o lic  tr o u g h   t y p e  w it h   th er m a l  en er g y   s to r ag e  o f   9   h o u r s   ca p ac it y .   I t  is   r ep o r ted   th at  p ar ab o lic  tr o u g h   b ased   p lan ts   ar e  w id el y   av ailab le  ar o u n d   th e  w o r ld   d u e  to   th e  r eliab le  o p e r atio n   th at  c u r r en t  p lan ts   h as  s h o w n   [ 20 ]   an d   th is   en co u r ag e s   i n co m in g   u s er s ,   l i k e  I r a q ,   to   ad o p t  s u ch   a  tec h n o lo g y .   Si m u latio n   o f   t h e  p la n t  f o r   ea c h   cit y   is   p er f o r m ed   u s i n g   th e  S y s te m   A d v is o r y   Mo d el  ( S A M)   s o f t war e  d ev elo p ed   b y   th e  Natio n al   R en e w ab le  E n er g y   L ab   ( NR E L )   [ 23 ]   b ased   o n   th e  w ea t h er   d ata  o b tai n ed   f r o m   [ 1 7 ] .   Fi g u r e  6   s h o w s   a   b lo ck   d iag r a m   o f   th e  ap p r o ac h   d esig n   ad o p ted   i n   th i s   w o r k .   Ou r   e m p h asi s   is   t o   o p tim ize  th e  d esi g n   b y   m a x i m izi n g   th e  an n u al   ca p ac it y   f ac to r   an d   m in i m iz in g   t h e  lev eled   co s t  o f   elec tr ici t y   ( L C OE ) .   T h e  ca p ac it y   f ac t o r   is   a  m ea s u r e  o f   h o w - m u ch   p o w er   th e  p la n t   g en er ate s   r ea lativ e  to   th e   r ated   d esig n   p o w er   ca p ac it y   o v er   a  le n g t h y     p er io d   o f   ti m e   [ 20 ] .   T h e  elec tr ic  ca p ac ity , at  d esi g n ,   o f   t h e  p lan t  i s   1 0 0   MW  f o r   B asra   an d   Nasiri y ah ,   wh er ea s   f o r   Am ar ah   a n d   Sa m a w a h   th e   ca p ac it y   is   5 0   MW .   T h ese  ca p ac ities   ar e  s elec ted   b ased   o n   th e  ar ea   o f   ea ch   city .   T h e  g r o s s   to   n et  o u tp u t  elec tr ical  p o w er   is   d esi g n ed   to   b e  0 . 9   [ 2 3 ] .   T h e  m ai n   tech n ical  f ea t u r es  o f   th e   C SP   p lan t  i s   s u m m ar ized   in   T ab le  2 .   T h e  d esig n   r esu lts   is   b a s ed   o n   t h e   ir r ad ian ce   an al y s is   p r esen ted   i n   p r ev io u s   s ec tio n .   T h e  p h y s ical  m o d el  i n   t h e  S A M  s o f t w ar e  i s   s elec t ed   w it h   t h e  f in a n cial  m o d el  th at  ass u m es  a  s in g le   o w n er   ( in   I r aq   th is   m a y   r ep r esen t  t h e  m i n i s tr y   o f   elec tr ic it y )   w ith   a  p o w er   p u r c h ase  a g r ee m en t.  T h is   i s   b a s ed   on   th e  ass u m p tio n   t h at  t h e  p lan t  is   tied   to   th e  u t ilit y   g r id .   T h e  s y s te m   co s t s   d ata  w h ic h   w a s   en ter ed   to   SA M   is   s h o w n   i n   T ab le  3 .   So m e  m o d if icatio n s   h a v e  b ee n   ad d ed   to   ac co u n t  f o r   th e   s it u atio n   i n   I r aq   w h ich   r esu lts   i n   an   L C OE   esti m at io n   t h at  r e f le cts  t h e  f in icial  asp ec t s   o f   th e   co u n tr y .   I n   t h i s   w o r k ,   t h e  f o ll o w i n g   ass u m p tio n s   h as b ee n   ad o p ted ,   -   T h e  lan d   u s ed   to   er ec t th e  C S P   p lan t is ass u m ed   to   b e  s tate  o w n ed   an d   h e n ce   its   ze r o   co s t .   -   No   tax es a r e  en d u r ed ,   s i n ce   th e  o w n er   i s   t y p icall y   t h e  m i n i s t r y   o f   E le ctr icit y .   -   I f   th e  p lan t is b ac k ed   u p   b y   f o s s il  f u e l   [ 2 0 ] ,   th is   f u el  is   f r ee   o f   ch ar g e  ( I r aq   is   an   o il p r o d u cin g   co u n tr y ) .   T h e  th er m al  en er g y   s to r ag e  is   d is p atch ed   s u ch   t h at  at  an y   p er io d   o f   ti m e  in   d a y ,   en er g y   i s   r elea s ed   w h e n ev er   s o lar   p o w er   is   n o t  p r esen t.  I n   th is   s t u d y ,   w e  w i ll  e x a m in e  t h e  ef f ec t  o f   ad d in g   s o m e  f o s s il - f u e l  ca p ac it y   o n     th e  ca p ac it y   f ac to r   an d   L C OE   f o r   ea ch   cit y .     3 4 5 6 7 8 B a s r a IC T t   ( K W / m 2 ) 3 4 5 6 7 8 N a s i r i y a h IC T t   ( K W / m 2 ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 4 5 6 7 8 A m a r a h M o n t h   I n d e x IC T t   ( K W / m 2 ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 4 5 6 7 8 S a m a w a h M o n t h   I n d e x IC T t   ( K W / m 2 ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                       I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   4 ,  A u g u s t 2 0 2 0   :   3 7 8 8   -   3800   3794       Fig u r e .  6   B lo ck   d iag r a m   o f   C SP   d esig n   f o r   ea ch   cit y       T ab le  2 .   Ma in   d esig n   s p ec i f ic atio n   o f   p lan t  f o r   ea ch   cit y   D e scri p t i o n   B a sr a   N a si r i y a h   A marah   S a maw a h   S o l a r   mu l t i p l e   2   2   2   2   D e si g n   M W   1 0 0   1 0 0   50   50   G r o ss/ n e t   r a t i o   0 . 9   C o l l e c t o r   t y p e   S k y F u e l   / S k y T r o u g h   ( w i t h   8 0 - mm   O D   r e c e i v e r )   R e c e i v e r   t y p e   S c h o t t   P T R 8 0   H e a t   t r a n sf e r   f l u i d   V P 1   [ 4 ]   T h e r mal   e n e r g y   st o r a g e   9   h r   S t o r a g e   h e a t   t r a n sf e r   f l u i d   H i t e c   S o l a r   sal t   [ 4 ]   D e g r a d a t i o n   r a t e   0 . 1 %  p e r   y e a r   i n   t e r ms o f   a n n u a l   e n e r g y   p r o d u c t i o n       T ab le  3 .   Sy s te m   co s t s   f o r   C SP   p lan t p er   cit y   S y st e m c o st   B a sr a   N a si r i y a h   A marah   S a maw a h   S i t e   i m p r o v e me n t s   $ 3 0   / m 2   [ 3 ]   S o l a r   f i e l d   $ 1 5 0   / m 2   [ 3 ]   H e a t   t r a n sf e r   f l u i d   sy st e m   $ 7 0   / m 2   [ 3 ]   En e r g y   st o r a g e   s y st e m   $ 7 2   / K W h t   [ 3 ]   F o ssi l   f u e l     0   P o w e r   p l a n t   ( P o w e r   b l o c k )   $ 9 4 0   / K W e   [ 3 ]   B a l a n c e   o f   p l a n t   L a n d   c o st   $ 1 0 0   / K W e   [ 3 ]   0   F i x e d   c o st   ( o p e r a t i o n   a n d   ma i n t e n a n c e )   $ 6 0 / K W e / y e a r   [ 3 ]       A   t h er m a l  p o w er   p lan t  i s   s i m u lated   f o r   ea ch   cit y   w it h   a n d   w ith o u t  f o s s il  f u el  s u p p o r t.  On e  o f     th e  m ai n   s u p er io r it y   o f   a  C SP   tech n o lo g y ,   o v er   o th er   s o lar   b ased   elec tr icit y   g e n er atio n ,   i s   th e   ab ilit y   to   m i x   th e  o p er atio n   b et w ee n   s o lar   a n d   f o s s il   f u el   in   o r d er   to   in cr e ase  g e n er atio n   p er io d s   [ 2 0 , 2 4 ] .   T h is   ca n   b e  d o n e  b y   a  as s i g n i n g   a  f o s s il  f u el  f r ac ti o n ,   r an g in g   f r o m   0   to   1   in   S A M  [ 25 ] .   Her e  a  0   d en o tes  n o   f o s s il  f u e l   co n tr ib u tio n   to   th e  h ea t  c y cle,   w h er ea s   a  1   m ea n s   t h at  f o s s il  f u e l  w ill  b ac k   u p   th e  s tea m   g e n er atio n   p r o ce s s   s o   as  to   o b tain   t h e  i n s ta lle d   M W   ca p ac ity   o f   t h e  p la n t  [ 25 ] .   I n   t h is   w o r k ,   t w o   ca s e s   o f   d esig n   ar e  co n s id er ed .   T h e  f ir s t  as s u m e s   n o   f o s s il  f u el  b ac k   an d   t h e  s ec o n d   co n s id er s   a  f o s s il  f u e l  p er ce n ta g e  o f   2 0 %,  w h ich   m ea n s   if   s o lar   an d   th er m a l  s to r ag e  f a lls   to   a  v alu e  s u c h   t h at  th e  co r r esp o n d in g   g en er ated   elec tr ica l  p o w er   f al ls   b elo w   20 % o f   th e  d esig n ed   ca p ac it y ,   f o s s i l  f u el   c y c le  is   ac ti v ated .   Fig u r e  7   s h o w s   th e  g r o s s   elec tr ical  p o w er   o u tp u t,  i n   MW h ,   f r o m   t h e  C SP   p lan t  f o r   ea ch   c o n s id er ed   cit y   co n s id er in g   a   ze r o   an d   2 0 %  f o s s il  f u el  f r ac tio n .   R es u l ts   s h o w   t h at  th e  o u tp u t   elec tr ical  p o w er   r e f lects     th e  ir r ad ian ce   s ta tu s   f o r   ea ch   cit y   p er   m o n th .   As   s o lar   ir r ad ian ce   i n cr ea s e s ,   t h e  a m o u n t   o f   p o w er   g en er ated   u n d er g o e s   a  r is e.   A d d in g   a  f o s s il  f u el  f r ac tio n   o f   2 0   %,  r es u lts   i n   a  v er y   co n s id er ab le  i n cr ea s e  in   th e   g r o s s   o u tp u t  elec tr ic  p o w er .   P r ac ticall y   t h e  f o s s il  f u el   b ac k   u p   c an   f u r t h er   i n cr ea s e,   esp ec iall y   i n   m o n t h s   w h er e   s o lar   b ased   h ea t  is   at   its   m in i m u m .   Fi g u r e  8   d ep icts   th e   t h e r m al  p o w er   p r o d u ce d   b y   th e   f ield   an d   t h e   i n p u t   to   th e  p o w er   b lo ck ,   P F i el d ⁡ a n d ⁡ P b l o ck   m ea s u r ed   in   MW h   f o r   th e  ca s e  o f   ze r o   f o s s i l  f u el  f r ac tio n .   W ith   a  2 0 %  f r ac tio n   P F i el d ⁡ a n d ⁡ P b l o ck   p r o f ile  is   s h o w n   in   Fi g u r e .  9 .    T o   an al y ze   th e  e f f ec t  o f   a  h y b r id ized   C SP   p lan t,  th e  d if f er en ce   b et w ee n   P b l o ck ⁡ a n d ⁡ P f i el d   f o r   ea ch   m o n t h   i s   al s o   s h o w n   i n   F ig u r e .  9 .   I n   t h is   ca s e  t h e  in p u t  p o w er   to   th e   b lo ck   i s   co n s id er ab ly   h ig h er   t h a n   t h at   p r o d u ce d   b y   t h e  f ield   d u e  t h e  f o s s il  f u e l  ad d itio n ,   w h ic h   r esu lt s   in   an   i m p r o v ed   ca p ac it y   f ac to r   an d   lo w er   L C OE .   T h e  s u p p l y   o f   f u el  i n   th e  s o u t h er n   p ar t  o f   I r aq   is   n o t  a  h u r d le  s i n ce   a  n u m b er   o f   r ef in er ies  e x is t  in     th e  ar ea .   Hen ce   a  h y b r id   p lan t  w o r k s   w ell  i n   ter m s   o f   p r o v id in g   a m p le  t h er m a l  p o w er   to   th e  g e n er ato r   b lo ck   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       E lectrica l p o w er g en era tio n   th r o u g h   c o n ce n tr a ted   s o l a r   tech n o lo g y   fo r …  ( R iya d h   To ma n   Th a h a b )   3795   an d   ca n   ev e n   o f f s et  t h e  e f f e ct  o f   n o n - s u n s h i n e   h o u r s   an d /  o r   clo u d y   d a y s .   Ho w e v er ,   f o r   a  ze r o   f r ac tio n ,     th e  d if f er en ce   b et w ee n   P b l o ck ⁡ a n d ⁡ P f i el d   is   alw a y s   n e g ativ e  a s   ex p ec ted   s i n ce   n o   s u p p o r t  f r o m   f o s s il  f u el  is   p r o v id ed .   T h e  in cid en t  t h er m al  p o w er   in   t h e  s o lar   f ield   p er   m o n t h   i n   MW h   i s   s h o w n   i n   Fig u r e .  10   p er   city .   T h is   v al u e  i s   u s ed   to   ca lcu la te   th e   o v er all  e f f i cie n c y   o f   th e   p lan t,  w h ic h   r e f lects   t h e  p o w er   f lo w   a n d   lo s s e s   al l     th e  w a y   f r o m   s o lar   to   elec tr i cit y .   R es u lts   f r o m   Fi g u r e .  10   s h o w s   th a t  t h e  cit y   o f   Na s ir i y ah   h a s   th e   h i g h es t   to tal  s o lar   p o w er   th a t  is   i n cid en t  o n   t h e  f ield ,   t h is   is   m ain l y   d u e   to   t h e  s u r p l u s   s o lar   ir r ad ian ce   t h e  cit y   h a s   d u r in g   all  m o n t h s   o f   t h e  y ea r .           Fig u r e  7 .   Ou tp u t e lectr ical  g e n er ated   f r o m   a  C SP   p o w er   p lan t f o r   s o u t h er n   i r aq i c ities           F ig u r e   8.   T h er m al  p o w er   p r o d u ce d   b y   t h e  f ield   an d   i n p u t to   p o w er   b lo ck   f o r   ze r o   f o s s il  f u el  f r ac tio n       T h e  ef f icie n c y   p r o f ile  f o r   th e  ea ch   C SP   p lan t  p er   cit y   is   s h o w n   i n   F ig u r e .   1 1 .   Her e,   th e  ef f icie n c y   i n   th is   ca s e  is   t h e  o v er all  e f f icie n c y .   T w o   ca s es   ar e  co n s id er ed   ag ain ,   th a t  is   w it h   a n d   w it h o u t  f o s s il   f u el   b ac k   u p .   A   co n s id er ab le  in cr ea s e  i n   th e   o v er all  i s   e v id en t .   F o r   t h e  ca s e  ze r o   f o s s il   f u el  ca s e,   t h e  ef f icien c y   is   n ea r l y   co n s ta n t.  Fo r   t h e  2 0 %  f o s s il   f u el  b ac k   u p ,   i n   m o n t h s   f r o m   Ma y   to   late  Au g u s t,  t h e   o v er all  e f f ic ien c y   0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 x   1 0 4 B a s r a O u t p u t   p o w e r   ( M W h )     0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 x   1 0 4 N a s i r i y a h O u t p u t   p o w e r   ( M W h ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 . 4 0 . 8 1 . 2 1 . 6 2 x   1 0 4 A m a r a h M o n t h   I n d e x O u t p u t   p o w e r   ( M W h ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 . 4 0 . 8 1 . 2 1 . 6 2 x   1 0 4 S a m a w a h M o n t h   I n d e x O u t p u t   p o w e r   ( M W h ) 0 20% 2 . 5 3 . 5 4 . 5 5 . 5 6 . 5 7 . 5 8 . 5 x   1 0 4 B a s r a P b l o c k   &   P f i e l d   ( M W h t )     2 . 5 3 . 5 4 . 5 5 . 5 6 . 5 7 . 5 8 . 5 x   1 0 4 N a s i r i y a h P b l o c k   &   P f i e l d   ( M W h t ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 x   1 0 4 A m a r a h M o n t h   I n d e x P b l o c k   &   P f i e l d   ( M W h t ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 x   1 0 4 S a m a w a h M o n t h   I n d e x P b l o c k   &   P f i e l d   ( M W h t ) P b l o c k P f i e l d Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                       I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   4 ,  A u g u s t 2 0 2 0   :   3 7 8 8   -   3800   3796   d ec r ea s es,  th is   is   b ec au s e  th e  f r ac tio n   ad o p ted   in   th is   w o r k   i s   0 . 2   w h ich   m ea n s   th at  f o s s il  f u el  s u p p o r t  w ill  b e  ac tiv ated   if   t h e  s o lar   b ased   th er m al  p o w er   r esu lts   i n   a  d ec r ea s e  in   t h e  MW   elec tr ical  o u tp u t  b y   8 0 %.  I n   th e s e   m o n t h s   s o lar   ir r ad ian ce   i s   p le n ti f u l  an d   h e n ce   t h e  ti m es   d u r in g   a  d a y   w h er e  f o s s il  f u e l  s u p p o r t  is   ac tiv ated   is   less   co m p ar ed   to   m o n th   d a y s   w h er e  s o lar   ir r ad ian ce   is   lo w .   On   t h e  o th er   h a n d ,   lar g el y   in cr ea s in g   t h e  f o s s i l   f u e l  f r ac tio n   m a y   v io late  en v i r o n m e n tal  p r o to co l s   w h ic h   r en e w ab le  en er g y   s o u r ce s   w er e  m ea n t  to   p r o m o te .   T ab le  4   s u m m ar izes   th e   r es u lts   f o r   ea ch   C SP   p la n t  p er   cit y .   I t   is   in ter e s ti n g   to   n o te  th at   t h e  L C OE   i s   d ec r ea s ed   co n s id er ab ly   w h en   t h e  p lan t i s   h y b r id ized   w it h   f o s s il f u el.   In   t h e  cit y   o f   B asra ,   L C OE   d ec r ea s es .           F ig u r e   9.   T h er m al  i n p u t to   t h e   p o w er   b lo ck ,   p r o d u ce d   p o w er   b y   s o lar   f ield   an d   p o w er   co n tr ib u tio n     b y   f o s s i l f u el  at  2 0 % f r ac tio n           F ig u r e   1 0 .   T o tal  in cid en t so lar   th er m al  p o w er   f o r   ea ch   cit y       F r o m   1 1 . 3 5   to   7 . 3 4   ¢ /KW h .   I n   ad d itio n ,   th e  p lan t  ca p ac it y   f ac to r   in cr ea s es  f r o m   2 4 . 6 %  to   3 8 . 8 %,  m ea n in g   t h at   w it h   ze r o   f o s s i l  f u el,   e n er g y   p o w er   i s   i n j ec ted   in to   t h e  g r id   i s   1 9 3 . 7 3 2 9 4 4   GW h ,   w h er ea s     th e  w i th   2 0 %  f r ac tio n   o f   f o s s il   f u el,   t h e  p la n t  s u p p lies   3 0 5 . 6 7 5 4 2 4   GW h   a  y ea r .   All  o th er   cities  co n s id er ed   i n   2 4 6 8 10 12 x   1 0 4 B a s r a P b l o c k   &   P f i e l d   ( M W h t )     2 4 6 8 10 12 x   1 0 4 N a s i r i y a h P b l o c k   &   P f i e l d   ( M W h t ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 x   1 0 4 A m a r a h M o n t h   I n d e x P b l o c k   &   P f i e l d   ( M W h t )     1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 x   1 0 4 S a m a w a h M o n t h   I n d e x P b l o c k   &   P f i e l d   ( M W h t ) P b l o c k P f i e l d P f u e l 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 x   1 0 5 B a s r a I n c i d e n t   s o l a r   p o w e r   ( M W h t )     0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 x   1 0 5 N a s i r i y a h I n c i d e n t   s o l a r   p o w e r   ( M W h t ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 4 6 8 10 12 x   1 0 4 A m a r a h M o n t h   I n d e x I n c i d e n t   s o l a r   p o w e r   ( M W h t )     1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 4 6 8 10 12 x   1 0 4 S a m a w a h M o n t h   I n d e x I n c i d e n t   s o l a r   p o w e r   ( M W h t ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       E lectrica l p o w er g en era tio n   th r o u g h   c o n ce n tr a ted   s o l a r   tech n o lo g y   fo r …  ( R iya d h   To ma n   Th a h a b )   3797   th is   s t u d y   ex h ib it s   s i m ilar   b e h av io r ,   w h ich   i m p lie s   th at  t h e  s o u th er n   I r aq   ar ea   h as  s i g n i f ica n t  p o ten tial s   f o r   a  s u cc e s s f u l  p lan t   o p er atio n .   A t  p r ese n t,  a  n u m b er   o f   th er m al  p o w er   p lan t s   ar e  in   s er v ice,   i f   t h ese  p la n ts   ca n   b e  co m p le m e n ted   b y   a  s o lar   f i eld   as  s u g g e s ted   in   [ 12 ]   th e  L C OE   m a y   g o   d o w n   co n s id er a b ly   s i n ce   t h e  co s t   o f     th e  p o w er   b lo ck   is   e li m in ated .   T h e  an n u al  w ater   u s a g e  i s   als o   s h o w n   i n   T ab le  4 ,   th o s e  q u an titi e s   s h o u ld n ’ t  b e   a  m aj o r   h u r d le  co n s i d er in g   I r aq ’ s   t w o   r iv er s   ar e  w it h i n   th e  v i cin it y   o f   t h e  cities   co n s id er ed   in   th is   s t u d y .           F ig u r e   1 1 .   Ov er all  ef f icie n c y   o f   C SP   p lan t  f o r   ea ch   cit y       T ab le  4.   R esu lts   s u m m ar y   f o r   C SP   p lan t p er   cit y   D e scri p t i o n   B a sr a   N a si r i y a h   A marah   S a maw a h   F o ssi l   f u e l   f r a c t i o n   0   2 0   %   0   2 0   %   0   2 0   %   0   2 0   %   A n n u a l   e n e r g y   ( f i r st   y e a r   w i t h   n o   d e g r a d a t i o n )   ( K W h )   1 9 3 , 7 3 2 , 9 4 4   3 0 5 , 6 7 5 , 4 2 4   1 9 4 , 7 6 2 , 1 6 0   3 0 7 , 0 5 2 , 0 9 6   9 8 , 3 1 9 , 0 4 8   1 5 4 , 7 4 8 , 7 5 2   1 0 2 , 2 7 4 , 0 2 4   1 5 7 , 8 2 0 , 8 3 2   A n n u a l   c a p a c i t y   f a c t o r   2 4 . 6 %   3 8 . 8 %   2 4 . 7 %   3 8 . 9 %   2 4 . 9 %   3 9 . 3 %   2 5 . 9 %   4 0 . 0 %   G r o ss/ n e t   e l e c t r i c   e f f i c i e n c y   8 8 . 6 %   8 7 %   8 8 . 7   %   8 7 . 2   %   8 7 . 3 %   8 6 . 3   %   8 7 . 6   %   8 6 . 5   %   A n n u a l   a v e r a g e   o v e r a l l   e f f i c i e n c y   1 2 . 7 2 %   2 0 . 4 5 %   1 3 . 7 9 %   2 2 . 6 2 %   1 2 . 9 3 %   2 0 . 6 1 %   1 3 . 1 5 %   2 0 . 5 6 %   L C O E  ( ¢ / K W h )   1 1 . 3 5   7 . 3 4   1 1 . 3 0   7 . 3 1   1 1 . 2 2   7 . 2 7   1 0 . 8 0   7 . 1 4   A n n u a l   w a t e r   u sag e   (m 3)   6 2 , 0 4 4   6 9 , 1 6 7   6 2 , 0 5 4   7 3 , 0 7 3   3 1 , 4 8 4   3 6 , 9 7 9   3 1 , 9 2 1   3 7 , 2 7 8   N e t   c o st   o f   C S P   $ 4 6 5 , 5 5 6 , 5 7 6   $ 2 3 3 , 4 7 3 , 6 4 8   N u mb e r   o f   l o o p s o f   so l a r   c o l l e c t o r s   1 6 3   82   R e q u i r e d   l a n d   a r e a   f o r   so l a r   f i e l d   ( K m 2 )   2 . 1 3 6 7 4   1 . 0 7 6 4 6   R e q u i r e d   l a n d   a r e a   f o r   t o t a l   p l a n t   ( K m 2 )   2 . 9 9 4 6 7   1 . 5 0 5 4 3       5.   CO M P ARIS O N  O F   E L E C T R I C  P O WE R  G E N E RAT I O N  F O R  P ARAB O L I C  T RO UG H   CSP  P E RF O RM ANCE WI T H   P H O T O VO L T A I C  SY ST E M   I n   th i s   s ec tio n ,   a  co m p ar is o n   is   p r esen ted   b et w ee n   C SP   p lan t  p er f o r m a n ce s   w i th   a  P V  s y s te m   f o r   ea ch   cit y .   T h e  P V  s y s te m   i s   d esig n ed ,   u s i n g   S A M   [ 2 3 ] ,     w i th   a n   elec tr ic  p o w er   ca p ac it y   id en tical  to   t h at  o f   th e  C SP   p lan t.  A   g r id   tied   P V  s y s te m   r eq u ir es  b atter y   s t o r ag e,   a  b atter y   ca p ac it y   is   s elec ted   s u c h   th a t  it   m atc h es  t h e  f o s s il  f u el  p er ce n tag e  ad o p ted   in   th is   p ap er   s o   as  to   p r o v id e  an   o b j ec tiv e  c o m p ar i s o n .   Desi g n ed   P V  s y s te m   i n   t h is   s ec tio n   i s   also   b ased   o n   w ea th er   d ata  f r o m   [ 1 7 ]   f o r   ea ch   cit y .   T h e   a m o u n t  o f   e n er g y   5 10 15 20 25 30 B a s r a O v e r a l l   e f f i c i e n c y   ( % )     5 10 15 20 25 30 N a s i r i y a h O v e r a l l   e f f i c i e n c y   ( % ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 5 10 15 20 25 30 A m a r a h M o n t h   I n d e x O v e r a l l   e f f i c i e n c y   ( % )     1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 5 10 15 20 25 30 S a m a w a h M o n t h   I n d e x O v e r a l l   e f f i c i e n c y   ( % ) 20% 0 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.