Reciprocating engines as a source of flexibility in a power system

• Autorzy: Rajewski A. , Niewiński G.

Warianty tytułu

PL

Silniki tłokowe jako źródło elastyczności w układzie napędowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In recent years, flexibility of power generation systems – understood as their ability to perform quick start-ups, shut-downs and load changes in possibly broad range and with small loss of efficiency – has been seen as increasingly important. This is due to increased popularisation of wind and solar power generation systems, which operate at variable and not fully predictable output. This creates a demand for power sources able to quickly replace temporarily lost (reduced) output of renewables, which would be characterised by low fixed cost (due to relatively low capacity utilisation factor). The paper presents the newest technical achievements in the field of large reciprocating internal combustion engines used to meet this kind of demand – including technical parameters of current and prospective solutions, as well as operating experience from plants used to provide backup power, along with results of tests confirming ability of engine-based power generation systems to provide ancillary services (primary and secondary frequency control). Also discussed are results of selected techno-economic analyses which highlight system-level benefits resulting from building high-flexibility sources in various power systems, and economic conditions necessary to adopt such technologies. Incentives and obstacles for development of such technologies at the Polish and European energy markets are presented along with different commercial concepts for plants ensuring power flexibility based on examples from different countries.

PL

W ostatnich latach obserwowany jest wzrost znaczenia elastyczności instalacji energetycznych rozumianej jako zdolność do szybkiego rozruchu, odstawienia oraz zmiany bieżącego punktu pracy w możliwie szerokim zakresie i z możliwie niewielką utratą sprawności. Jest to związane z coraz większym rozpowszechnieniem źródeł wiatrowych i słonecznych, których moc wykazuje istotne i nie w pełni przewidywalne wahania. Tworzy to zapotrzebowanie na instalacje energetyczne zdolne do szybkiego zastępowania czasowo utraconej (obniżonej) mocy źródeł odnawialnych, charakteryzujące się jednocześnie możliwie niskimi kosztami stałymi (z uwagi na względnie niski współczynnik zainstalowania mocy zainstalowanej). W artykule przedstawiono najnowsze osiągnięcia techniczne w obszarze rozwoju gazowych silników tłokowych wielkiej mocy wykorzystywanych do zaspokojenia takiego zapotrzebowania – w tym parametry techniczne obecnie stosowanych i perspektywicznych rozwiązań, a także doświadczenia eksploatacyjne z instalacji wykorzystywanych do rezerwowania mocy oraz wyniki prób potwierdzających zdolność instalacji silnikowych do świadczenia usług systemowych (pierwotnej i wtórnej regulacji częstotliwości). Omówiono także wyniki wybranych analiz techniczno-ekonomicznych wskazujących na korzyści systemowe z zastosowania jednostek wytwórczych o wysokiej elastyczności w różnych systemach energetycznych oraz warunki ekonomiczne niezbędne dla wdrożenia takiej technologii. Wskazano czynniki sprzyjające oraz przeszkody w rozwoju omawianych technologii w warunkach polskiego i europejskiego rynku energii, a także różne modele funkcjonowania instalacji zapewniających elastyczność mocy wytwórczych w oparciu o przykłady z różnych krajów.

Słowa kluczowe

EN

reciprocating engines; internal combustion engines; peak power plants; emergency power plants

PL

silniki tłokowe; elektrownia szczytowa; elektrownia interwencyjna

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2017
• Tom: Nr 5
• Strony: 80--86
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., fig.

Twórcy

autor

Rajewski A.

• Institute of Heat Engineering, Warsaw University of Technology

autor

Niewiński G.

• Institute of Heat Engineering, Warsaw University of Technology

Bibliografia

• [1] Renewables Watch For Operating Day: Saturday, October 22, 2016. California Independent System Operator, Folsom, CA, 2016 [http://content.caiso.com/green/renewrpt/20161022_DailyRenewablesWatch.pdf]
• [2] Santoianni D., Defining true flexibility – a comparison of gas-fired power generating technologies. In Detail – Wärtsilä Technical Journal 1/2015:10-15.
• [3] Bertula J., Wideskog M., Östman M., The Optimal Generation for the European Economy, Wärtsilä 50SG Gas Engine. Power-Gen Europe 2015, Amsterdam, 9-11 June 2015.
• [4] Haga N., Combustion engine power plants. White paper. Wärtsilä Corporation, Helsinki 2011.
• [5] Wärtsilä to deliver two major dynamic grid reserve power plants to secure electricity supply in Estonia. Press release by Wärtsilä Corporation, 29 June 2011. [http://www.wartsila.com/media/news/29-06-2011-wartsila-to-deliver-two-major-dynamic-grid-reserve-power-plants-to-secure-electricity-supply-in-estonia], accessed on: 18 March 2016.
• [6] Elering is Inaugurating its Emergency Reserve Power Plants in Kiisa Today. Press release by Elering AS of 31 October 2008. [http://elering.ee/elering-is-inaugurating-its-emergency-reserve-power-plants-in-kiisa-today/], accessed on: 18 March 2016.
• [7] Directive 2010/75/EU of the European Parliament and of the Council of 24 October 2010 on industrial emissions (integrated pollution prevention and control). OJ L 334/17
• [8] Küstenkraftwerk K.I.E.L. Kiels intelligente Energie-Lösung. Stadtwerke Kiel AG, Kiel, December 2016 [https://www.stadtwerke-kiel.de/swk/media/pdf/unternehmen_1/unternehmensbroschueren_1/stadtwerke-kiel-unternehmensbroschueren-kuestenkraftwerk-kiel.pdf], accessed on: 11 July 2017
• [9] Baustart für Blockheizkraftwerk der KMW AG. Press release of Kraftwerke Mainz-Wiesbaden AG, 26 April 2017 [https://www.kmw-ag.de/projekte/bhkw/], accessed on: 11 July 2017
• [10] Koksa W. et al., Analiza porównawcza instalacji kogeneracyjnych opalanych paliwem gazowym GZ-50 realizowanych w oparciu o silniki lub turbiny gazowe dla inwestycji zlokalizowanej w Polsce. BSPiR “Energoprojekt-Katowice” S.A., Katowice 2014.
• [11] Koksa W. et al., Analiza porównawcza komunalnych instalacji kogeneracyjnych opalanych paliwem gazowym i realizowanych w oparciu o agregaty silnikowe lub turbinowe. BSPiR “Energoprojekt-Katowice” S.A., Katowice 2013.
• [12] Rajewski A., Alavillamo H., Internal Combustion Engine Technology in Gas-Fired CHP Systems: Applicability Limits and Flexibility Benefits. Power-Gen Europe 2015, Amsterdam, 9-11 June 2015.
• [13] Al Azzam A.M., Koul U., Paldanius R., Building the World's Largest Reciprocating Engine Power Plant in Jordan, 600 MW. Power-Gen Middle East 2014, Abu Dhabi, 12-14 October 2014.
• [14] Larson A., World’s Largest Internal Combustion Engine Power Plant Inaugurated. POWER Magazine, 29 kwietnia 2015 [http://www.powermag.com/worlds-largest-internal-combustion-engine-power-plant-inaugurated], accessed on 18 March 2016
• [15] Rajewski A., Plains End Power Station – gas reciprocating engines in a grid-stability power plant. Combustion Engines 2/2010 (141), pp. 12-17
• [16] Klimstra J., Power Supply Challenges. Solutions for Integrating Renewables. Wärtsilä Finland Oy, Vaasa 2014
• [17] Hultholm C., Wägar N., Optimal reserve operation in Turkey – frequency control and non-spinning reserves. Power-Gen Europe 2015, Amsterdam, 9-11 June 2015
• [18] Flexible energy for efficient and cost effective integration of renewables in power systems. A Wärtsilä White Paper supported by modelling conducted by Redpoint Energy, a business of Baringa Partners. Wärtsilä Corporation, Helsinki 2013.
• [19] How to Manage Future Grid Dynamics: Quantifying Smart Power Generation Benefits. KEMA Inc., updated edition, February 2013.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).