Muligheder for anvendelse af Compressed Air Energy Storage for ellagring i fremtidens elsystem - procesorienteret projekt

Transkript

1 Muligheder for anvendelse af Compressed Air Energy Storage for ellagring i fremtidens elsystem - procesorienteret projekt ForskEL 6567 Energinet 14. juni 2006

2 Outline Udførelse Baggrund Elmarkedet og CAES Procesoptimering Driftsplanlægning Videre arbejde

3 Formål Overordnet Projektet skal afgøre om Compressed Air Energy Storage vil være et økonomisk og energimæssigt godt alternativ til andre typer af ellagring (brint, batteri, udenlandske pumpekraftværker) og reguleringsmetoder i forbindelse med eloverløb og andre reguleringsbehov i fremtidens elsystem. I: Proces Projektet vil primært se på mulighederne for at udvikle anlæg der kan indgå i reguleringsreserven og derved nedbringe eloverløb og eliminere dele af behovet for langt dyrere lagringsmetoder.

4 Bemanding DTU Brian Elmegaard og Bjørn Qvale (begge ændrede ansættelser) Studentermedhjælp 3 uger Studenterprojekter CAES - Muligheder i Danmark Midtvejsprojekt (2003) Prisfleksibelt elforbrug Eksamensprojekt Methanolproduktion for Venzin Eksamensprojekt CAES Fagprojekt Brian Elmegaard, Wiebke Brix, Nicklas Szameitat: Compressed Air Energy Storage (CAES) Possibilities in Denmark, Paper, ECOS 2005, Trondheim, Norway

5 Eloverløb

6 CAES - en fungerende ellagringsteknologi Huntorf CAES: More than 20 Years of Successful Operation (Crotogino, Mohmeyer, Scharf) 2001

7 CAES

8 Eksisterende anlæg Huntorf CAES power station (1978) 290 MW production, app. 60 MW charging Alabama Electric Cooperative s CAES plant (1991) 110 MW production, app. 50 MW charging Norton CAES plant i Ohio (planned) 2700 MW production, flexible charging

9 Lagring af elektricitet Elektrisk effekt = Exergi = Potentiale for at udføre arbejde Energi bevares, exergi ødelægges og mistes Exergi måler både kvantitet og kvalitet af en energimængde Exergi kan ved den Termoøkonomiske metode kobles til økonomi Lagring af elektricitet (i form af andre energiformer) er lagring af exergi

10 Ellagringsmetoder Pumped hydro CAES Batteri Svinghjul (Brint) (Superledere) (Superkondensatorer)...

11 Sammenligningskriterier Økonomi Virksomhed Forbruger Samfund Exergi (= Energi) Lokation Volumen Levetid Opstartstid

12 Økonomi for CAES-anlæg

13 Termoøkonomisk analyse Definition af specifik exergipris Ċ = Ė c Exergetisk virkningsgrad for ellagring i CAES: η xixo = = 40% Exergetisk virkningsgrad af elproduktion ved ekspansion: 63%

14 Regulerkraft og CAES Tid Start Fuld Slut Ladning Primær reserve 0 s 30 s 15 min 15 min Automatisk regulerkraft 30 s 3 min?? Manual regulerkraft 15 min?? Effekt Pris CAES kkr/mw kr/mwh Primær reserve 1-10 MW 940 -? Automatisk regulerkraft 1-50 MW 500/ Ja Manual regulerkraft 1-50 MW 400/ Ja

15 Konklusioner CAES er ikke rentabelt på spotmarkedet CAES kan anvendes på regulerkraftmarkedet Data for regulerkraft behøves, men indledende beregninger viser potentialet Andre proceskonfigurationer kan give bedre økonomi

16 CAES-teknologi 1. generation Huntorf 2. generation Alabama og Alstom-forslag (Rekuperering) 3. Generation Advanced adiabatic CAES (Lagring af termisk energi i lager separat eller i trykluftlageret)

17 Processimulering og optimering Modellering af system med DNA (Dynamic Network Analysis) Integration med Matlab (mexdna) - Ikke-kausale modeller koblet med et generelt matematisk værktøj Udlægning og optimering af G2 CAES Udlægning og optimering af G3 CAES uden gasforbrug

18 Adiabatisk G3 CAES Lagervirkningsgrad 63% for 300 m 3 lager og 3-6 bar i lager

19 Lagerstørrelser Store capacity [kj/m 3 ] CAES G bar CAES G bar Pumped hydro m

20 Driftsplanlægning Find optimal driftsstrategi for CAES-anlæg på spotmarked for år 2005 Case: 300 MW anlæg op- og afladning med 3600 MWh lager Virkningsgrader som G2 CAES η=40% Gaspris 100 kr/mwh, 1.9 MWh/MWh lagertømning Metode: Dynamisk programmering med kendt elpris 8760 timer Implementeret i Python

21 Optimal drift Optimum: 40 Mkr/år Investering: 69 Mkr/år Optimeringstid: s ( mulige forløb)

22 Videre arbejde Procesoptimering: G2 og G3 Simuleringer med mexdna Driftsplanlægning: Regulerkraft, G3 Er G3 muligt? Tryktanke, rør Prisdannelse på markedet ved indførelse af CAES