Systemanalyse af Compressed Air Energy Storage - Balmorel

More documents

Recommendations

Info

7. Balmorel 7.1 Introduktion Balmorel er en model af el- og CHP-markedet med et datasæt for landene omkring det baltiske hav. Landene inden for området er Danmark, Sverige, Norge, Finland, Tyskland, Polen, Estland, Letland, Litauen og Rusland. Dog er Balmorel datasættet bedst defineret i de fire nordiske lande. Modellen er lavet i optimeringsværktøjet modelleringsværktøjet GAMS. I Balmorelmodellen er alle energisystemer defineret og alle systemer har en geografisk placering. Den groveste geografiske inddeling er landene. Alle lande er delt ind i regioner, der yderligere er delt ind i områder. Danmark er delt ind i 21 områder fordelt på to regioner. De to regioner er naturligt nok Øst- og Vestdanmark. Elektricitet kan udvekles mellem regioner og over landegrænser, mens varme produceres til områdernes egetforbrug og dermed ikke kan udvekles med andre områder [9]. Til hvert område eller region er der tilknyttet en gruppe energiteknologier samt et el- og varmebehov. Dette danner grundlag for udbuds- og efterspørgsels-funktionerne, der indgår i markedsløsnigen. Energisystemerne beskrives ud fra de teknologier, der anvendes, herunder deres type, virkningsgrad, miljøforhold samt brændsel. Derudover bliver de enkelte energisystemer tilknyttet et geografisk område, hvor de også får en installeret effekt. Mellem regionerne er der defineret transmissionslinier, med transmissionskapacitet og evt. et transmissionstab eller omkostning. Hvis der ses på Nordpoolområdet (NP) isoleret vil Balmorel ikke regne et land som Tyskland med i simuleringen. Da Tyskland og Danmark handler meget sammen med el, vil det ikke være realistisk at tage Tyskland ud af ligningen. Man definerer derfor en mængde elektricitet, der handles med et tredjeland. Da Danmark er forbundet til Sverige, Norge og Tyskland hvoraf Sverige og Norge er med i simuleringen står Tyskland for hele den danske handel med tredjelande. Tilsvarende har Sverige forbindelse til Polen, og Finalnd til Rusland og Estland. Til at bestemme hvornår der udveksles elektricitet mellem Tyskland NP området og tredielande og Danmark bruges i dette datasæt historiske data. Omkring økonomien i Balmorel medregnes eksempelvis CO2-afgifter og brændselspriser. Brændslerne defineres ud fra omkostninger per energienhed samt f.eks. svovlindhold. Øvrige elementer i økonomien er bl.a. skatter og afgifter. 7.2 GAMS Til at programmere modellen Balmorel bruges værktøjet Generel Algebraic Modeling System (GAMS 3 ). GAMS er et veludviklet modelleringsværktøj, der indlæser de givne inddata og definerer modellen i form af ligningsløser. Ved at give ligninger, begrænsninger, variabler og målfunktion. Det formulerede problem sendes af GAMS 3 www.gams.com 26
til et optimeringsværktøj, der finder den optimale løsning og kommunikerer den tilbage til GAMS. For Balmorel er den optimale løsning den med laveste samlede omkostninger, hvis forbruget ikke er følsomt. Der defineres forskellige systemer der hver har en brugsomkostning – omkostning per energiproduktion. Der er begrænsninger omkring brugen af systemerne – den installerede effekt. Der er begrænsninger eller omkostninger på levering af varen – transmissionsbegrænsning og -tab. Der gives en efterspørgsel på varen – el- og varmebehov. Ud fra disse oplysninger og i Balmorels tilfælde mange flere oplysninger, kan man bede GAMS om at finde den optimale løsning, der overholder alle betingelser. 7.3 CAES i Balmorel DNA er tidligere blevet brugt til at optimere de forskellige typer af CAES-anlæg. Den næste opgave i DNA er at finde de værdier, der senere skal bruges i Balmorel til at beskrive CAES-anlæggene. Der er endnu ikke implementeret et CAES-anlæg i standardversionen af Balmorel. De tre scenarier vil blive lavet i Balmorel på forskellige måder med brug af komponenter, der allerede er i brug. Komponenterne i Balmorel skal have virkningsgrader af de to komponenttrin og en fyldnings- og tømningsrate af lageret. Disse værdier findes ud fra modellerne lavet i DNA. 7.3.1 Scenarie 1 I det følgende afsnit beskrives de informationer Balmorel skal have for at opbygge et CAES-anlæg. Anlægget deles ind i tre systemer: kompressionstrinnet, ekspanspansionstrinnet og trykluftslageret. I praksis bruger kompressionstrinnet elektricitet til at producere varme og trykluft. Ved implementeringen i Balmorel tages trykluften dog ikke med og kompressionen skal derfor i stedet kun producere varme fra elektricitet. Ligeledes ses der, i første omgang, bort fra trykluften på ekspansionstrinnet. I praksis ville denne del af anlægget bruge trykluft og varme til at producere elektricitet, men i Balmorel bruges kun varme til elektricitetsproduktionen. Til første del af anlægget, kompressionstrinnet, bruges en varmepumpe. Balmorel er ikke begrænset af termodynamik og ser derfor ikke en varmepumpe. I stedet ser modellen en komponent, der bruger elektricitet til at producere varme. Det er altså underordnet, hvad der termodynamisk sker, så længe den fungerer på samme måde som kompressionstrinnet i CAES-anlægget. Trykket i CAES-anlægget varierer mellem 50 og 100 bar og kompressoren trækker derfor en højere effekt ved slutningen af kompressionen end ved starten. Balmorel arbejder bedst med brug af konstante værdier og at undgå en variabel virkningsgrad vil derfor være at foretrække. På figur 16 er vist resultaterne fra DNA-modellen ved forskellige drifttryk. Varmeeffekten findes ud fra følgende ligning: QFV = Σmdot · ∆T · cp, Her er ∆T = Tud – Tind, Tind = 50 °C, cp = 4,2 kJ/kg-K. Σmdot betegner summen af strømmene, der løber gennem de fem varmevekslere. 27
Page 1: Systemanalyse af Compressed Air Ene
Page 5: Resume I fremtiden skal en større
Page 9: Nomenklatur A Annuitet c Specifik
Page 12 and 13: 9.2.9 Udskiftning af eksisterende K
Page 14 and 15: 2. Problemformulering Udgangspunkte
Page 16 and 17: potentielle lokaliteter til CO2-lag
Page 18 and 19: Ud af de timer, i 2007, hvor elpris
Page 20 and 21: 5.1 Huntorf Som nævnt i forrige af
Page 22 and 23: I de følgende afsnit beskrives for
Page 24 and 25: Kompressorerne tryksætter luften,
Page 26 and 27: foretrække, idet der skal spilles
Page 28 and 29: for højt, da det kan ødelægge ka
Page 30 and 31: et trykforhold over turbinen på 50
Page 32 and 33: 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40
Page 34 and 35: 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0
Page 38 and 39: P [kW per kg/s] 700 600 500 400 300
Page 40 and 41: 7.3.2 Scenarie 2 Kompresionstrinnet
Page 42 and 43: Systemernes udetid er en integreret
Page 44 and 45: Bortfalder CO2-afgiften helt fra en
Page 46 and 47: Første og sidste dag i ugen er and
Page 48 and 49: 9.2.1 Varmeområde Varmeprisen i om
Page 50 and 51: 9.2.3 Implementering i område 3 og
Page 52 and 53: Den installerede effekt af anlægge
Page 54 and 55: Da en udnyttelse af det allerede in
Page 56 and 57: 10.1.1 Generel produktion Det ses a
Page 58 and 59: 10.2.3 Installeret effekt Anlægget
Page 60 and 61: som før. Købs- og salgspriserne p
Page 62 and 63: Årlig produktion [GWh/år] Uden pa
Page 64 and 65: 13. Matlabmodel af CAES-anlæggenes
Page 66 and 67: Den installerede effekt på kompres
Page 68 and 69: men i stedet som en kombination af
Page 70 and 71: andet lige, blive påvirket, hvis p
Page 72 and 73: Balmorel kunne få elpriser med lig
Page 74 and 75: 15. Bæredygtig fremtid Danmark har
Page 76 and 77: producenter som vind- og vandkraft.
Page 78 and 79: 18. Kildehenvisninger [1] “Aftale
Page 80 and 81: 19. Bilag 70
Page 82 and 83: Bilag II - Nomenklatur for komponen
Page 84 and 85: mængde luft i lageret og minimumsm
Page 86 and 87:
Bilag IV - Parameterkilder I tabell
Page 88 and 89:
Bilag VI - Anlægsdata Scenarie 1-a
Page 90 and 91:
Bilag VII - Økonomi Scenarie 1 (11
show all

Systemanalyse af Compressed Air Energy Storage - Balmorel

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?