Analiza magazynowania energii w układzie CAES sprzężonym z gruntowym magazynem ciepła

• Autorzy: Hurzyński Rafał , Gotzman Sylwia , Kraszewski Bartosz , Badur Janusz , Ziółkowski Paweł

Warianty tytułu

EN

Analysis of the energy storage system in the CAES coupled with the underground thermal energy storage

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Elastyczne i dyspozycyjne elektrownie przyczynią się do trwającego procesu transformacji Polskich Sieci Elektroenergetycznych SA, ponieważ kompensują wahania energii elektrycznej wytwarzanej z odnawialnych źródeł energii, takich jak wiatr i fotowoltaika. W tym kontekście zasobniki CAES (Compressed Air Energy Storage) są obecnie jedyną alternatywą dla magazynów z wykorzystaniem elektrowni szczytowo-pompowych ze względu na możliwości uzyskania stosownej pojemności energetycznej magazynu. Wadą tej instalacji jest strata ciepła wywołana wychłodzeniem powietrza po sprężeniu. W artykule przeanalizowano sytuację współpracy elektrowni konwencjonalnych z farmami wiatrowymi, a następnie na podstawie modeli termodynamicznych przedstawiono wyniki procesu magazynowania energii w układzie CAES sprzężonym z rekuperacją za turbiną gazową. Zaproponowano również rozwiązanie z gruntowym wymiennikiem ciepła, ponieważ grunt ze względu na swoje własności może pełnić funkcję magazynu energii cieplnej.

EN

Flexible and dispatchable power plants will contribute to this onqoing translormation process as they compensate for fluctuations in electricity generation from renewabie energy sources such as wind and photovoltaics. In this context, CAES (Compressed Air Energy Storage) storage tanks are currently the only alternative to storage using pumped storage because of the possibility of obtaining the appropriate storage energy capacity. However, a relative disadvantage of these plants is the heat loss caused by the cooling of the air alter compression. In this paper, the situation of cooperation between the current conventional power plants and wind farms is first analysed, and then, based on thermodynamic models, the process of storing thermal and electrical energy in the CAES system coupled with heat recovery after the gas turbine is analysed. A solution with a ground heat exchanger was also proposed, as the soil, due to its properties, may serve as a thermal energy storage.

Słowa kluczowe

PL

współpraca elektrowni konwencjonalnych z farmami wiatrowymi; magazynowanie energii w układzie CAES sprzężonym z rekuperacją za turbiną gazową

EN

cooperation between the conventional power plants and wind farms; storing thermal and electrical energy in the CAES system coupled with heat recovery after the gas turbine

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Energia [Stowarzyszenie Elektryków Polskich - COSiW]
• Czasopismo: Energetyka
• Rocznik: 2019
• Tom: nr 11
• Strony: 754--759
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys.

Twórcy

autor

Hurzyński Rafał

• Instytut Maszyn Przepływowych im. R. Szewalskiego PAN, Gdańsk

autor

Gotzman Sylwia

• Instytut Maszyn Przepływowych im. R. Szewalskiego PAN, Gdańsk

autor

Kraszewski Bartosz

• Instytut Maszyn Przepływowych im. R. Szewalskiego PAN, Gdańsk

autor

Badur Janusz

• Instytut Maszyn Przepływowych im. R. Szewalskiego PAN, Gdańsk

autor

Ziółkowski Paweł

• Politechnika Gdańska, Wydział Mechaniczny

Bibliografia

• [1] R., Badur J., Jaroszewska M., Ziółkowski P., Gotzman S., Froissart M., Wpływ elektrowni wiatrowych na klimat. "Energetyka" 2019, nr 2 (776), s. 77-78.
• [2] Rada Europejska, 23-24.10.2014. Ramy Polityki Klimatycznej do roku 2030. https://www.consilium.europa.eu/pl/meetings/europeancouncil/2014/10/23-24/.
• [3] Klonowicz P., Witanowski Ł, Jędrzejewski L, Suchocki T., Surwiło D., Stępniak D., Wstepna analiza potencjału zasobników energii typu UWCAES w Zatoce Gdańskiej. "Rynek Energii" 2016, t. 124, nr 3, s. 100-107.
• [4] Badur J., Hyrzyński R., Kraszewski B., Ziółkowski P., Dudda W., Analiza zmienności generacji energii elektrycznej w okresie pierwszych pięciu miesięcy 2019 r. ze szczególnym uwzględnieniem generacji energii ze źródeł wiatrowych. "Nowa Energia" 2019, nr 3 (68), s. 40-45.
• [5] Polskie Sieci Elektroenergetyczne SA. Dane systemowe. Pr KSE 2019. https://www.pse.pl/dane-systemowe/praca-kse/ informacje-ogolne/opis-systemu.
• [6] Zajczyk R., Regulacja częstotliwości i mocy w systemie elektroenergetycznym. Politechnika Gdańska, Gdańsk 2002.
• [7] Polskie Stowarzyszenie Energetyki Wiatrowej, Dolnośląski Instytut Studiów Energetycznych. Współpraca konwencjonalnych źródeł węglowych i wielkoskalowego OZE, 2019.
• [8] Badur J., Kowalczyk T, Bryk M., Banaś K., Stajnke M., Kraszewski B., Ziółkowski P., Ziółkowski P.J., Maksymalna elastyczność pracy bloków parowych. "Energetyka" 2019, nr 4 (778), s. 313-316.
• [9] Li B., DeCarolis JF., A techno-economic assessment of offshore wind coupled to offshore compressed air energy storage. "Appl Energy" 2015, 155, p. 315-322.
• [10] Cheung BC., Carriveau R., Ting DSK., Multi-objective optimization of an underwater compressed air energy storage system using genetic algorithm. "Energy" 2014, 74, p. 396-404.
• [11] Salvini C., Techno-Economic Analysis of Smali Size Second Generation CAES System. "Energy Procedia" 2015,82, p. 782-788.
• [12] Iglesias A., Favral D., Innovative isothermal oil-free co-rotating scroll compressor-expander for energy storage with first expander tests. "Energy Convers Manag" 2014, 85, p. 565-572 .
• [13] Wolf D., Budt M., LTA-CAES - A low-temperature approach to Adiabatic Compressed Air Energy Storage. "Appl Energy" 2014, 125, p.158-164.
• [14] Hartmann N., Vöhringer O., Kruck C., Eltrop L., Simulation and analysis of different adiabatic Compressed Air Energy Storage plant conations. "Appl Energy" 2012, 93, p. 541-548.
• [15] Krawczyk P., Szablowski L., Karellas S., Kakaras E., Badyda K., Comparative energy and exergy analysis of compressed air and liquid air energy storage systems. Proceedings of ECOS 2016 - the 29th International Conference on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation and Environmental Impact of Energy Systems, June 19-23, 2016, Portorož, Slovenia.
• [16] Liu W., Liu L., Zhou L., Huang J., Zhang Y., Xu G., Yang Y., Analysis and Optimization of a Compressed Air Energy Storageombined Cycle System, "Entropy" 2014, 16, p. 3103-3120.
• [17] Ziółkowski P., Buraczewski J., Badur J., Przegląd turbin gazowych dostosowanych do potrzeb nowego bloku gazowo-parowego w Gorzowie Wielkopolskim, a doświadczenia eksploatacyjne po roku pracy. "Energetyka" 2018, nr 11 (773), s. 651- 653.
• [18] Ziółkowski P., Badur J., Ziółkowski P.J., An energetic analysis of a gas turbine with regenerative heating using turbine extraction at intermediate pressure - Brayton cycle advanced according to Szewalski's idea. "Energy" 2019, 185, p. 763-786.
• [19] Ziółkowski P., Kowalczyk T., Lemański M., Badur J., On energy, exergy, and environmental aspects of a combined gas-steam cycle for heat and power generation undergoing a process of retrofitting by steam injection. "Energy Con. and Man." 2019, 192, p. 374-384.
• [20] Badur J., Ziółkowski P., Sławiński D., Sposób wyznaczenia i kontroli opłacalności kogeneracyjnej pracy bloków parowych ze źródłami OZE. "Rynek Energii" 2017, 128, s. 40-46.
• [21] Badyda K., Milewski J., Thermodynamic analysis of compressed air energy storage working conditions. "Arch Energ." 2012, 42(1), p. 53-68.
• [22] Szablowski L., Krawczyk P., Badyda K., Karellas S., Kakaras E.,Bujalski W., Energy and exergy analysis of adiabatic compressed air energy storage system. "Energy" 2017, 138, s. 12-18.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).