Primjena toplinskog spremnika za povećanje učinkovitosti i isplativosti pogona postrojenja u sklopu centraliziranih toplinskih sustava

Visokoučinkovita kogeneracija i centralizirani sustavi grijanja i hlađenja imaju velik potencijal za smanjenjem troškova primarne energije, koji je u zemljama EU u velikoj mjeri neiskorišten. Centralizirani toplinski sustavi imaju veliku važnost u planiranju i vođenju budućih energetskih sustava s obzirom da omogućavaju veću implementaciju obnovljivih izvora energije, veću fleksibilnost vođenja i potencijalno im smanjuju troškove. Primjena toplinskih spremnika može imati pozitivan utjecaj na centralizirani toplinski sustav povećavajući mu efikasnost rada proizvodnih jedinica, što često znači i smanjenje troškova. U kombinaciji s dizalicama topline toplinski spremnici imaju velik potencijal u integraciji obnovljivih izvora. Ovaj rad se bavi upravo implementacijom toplinskog spremnika i dizalice topline u centralizirani toplinski sustav. U sklopu rada izrađen je model za optimizaciju troškova rada, koji uključuje energetske tokove na izlazu iz analiziranih postrojenja, njihove učinkovitosti i rad toplinskog spremnika, na temelju kojeg je provedena analiza slučaja za grad Karlovac

Eksperimentalno određivanje hidrodinamičkih značajki osigurača protoka plina

Cilj ovoga rada je eksperimentalno određivanje hidrodinamičkih značajki osigurača protoka plina. Određivane su hidrodinamičke značajke osigurača protoka plina PL-GS 25 Z, tip C. Takvi osigurači imaju veliku primjenu u postojećoj niskotlačnoj gradskoj plinskoj mreži s ulaznim tlakom do bar i protokom do m3/h. Glavna namjena im je zaustavljanje protoka plina unutar niskotlačnog plinskog cjevovoda u slučaju vanjskih oštećenja ili bilo kakvih drugih pojava koje uzrokuju nagli pad tlaka iza samog osigurača. Ovakva izvedba osigurača u uporabi je već više od godina. Unatoč njihovoj dugogodišnjoj primjeni osigurači protoka plina dosad nisu u potpunosti teorijski analizirani, radi čega se pristupilo eksperimentalnom određivanju njihovih hidrodinamičkih značajki u okviru ovog rada. Rad je proveden kroz nekoliko segmenata: - Definiran je hidrodinamički model temeljen na pretpostavkama izotermičkog, nestlačivog i jednodimenzijskog strujanja zraka kroz ispitivani osigurač protoka plina. Dimenzijskom analizom utvrđena je međusobna ovisnost osnovnih bezdimenzijskih značajki. - Osigurač je nadograđen aluminijskim utorom koji na sebi ima navoj za regulaciju pomaka pomičnog dijela osigurača. Ovime se dobiva točno određena promjena površine kroz koju struji plin u ovisnosti o pomaku pomičnog dijela osigurača. - Osigurač je ugrađen u postojeću instalaciju za ispitivanje kućnih regulatora tlaka u Gradskoj plinari Zagreb namijenjenu ispitivanju raznih uređaja koji se uobičajeno koriste u niskotlačnoj plinskoj mreži. Provedene su manje modifikacije sustava s obzirom na brtvljenje postojeće instalacije. - Provedena su mjerenja tlaka, protoka i temperature fluida za zadano područje otvora pomičnog dijela osigurača, te za zadano područje ulaznih tlakova i protoka. Ispitivanja su provedena za pomake otvora pomičnog dijela od 0,2625 mm do 1,05 mm, vrijednosti ulaznog pretlaka od 20 mbar do 420 mbar i protoke u području od 0 m3/h do 25 m3/h. - Analiza rezultata mjerenja je provedena s obzirom na ovisnost koeficijenta lokalnog gubitka o Reynoldsovom broju za zadano područje otvora osigurača. Izvedeni su matematički izrazi koji kvantificiraju hidrodinamičke značajke osigurača protoka plina

Electrifying the heating sector in Europe: The impact on the power sector

peer reviewe

Assessment of the Contribution of Power-To-Hydrogen to the Flexibility of the Future European Energy System

peer reviewedThe European Commission is planning to become climate-neutral by 2050. At the power sector level, this implies turning to renewable sources such as PV panels and wind turbines. However, the intermittence of variable renewable sources is making this task more complex and putting at risk the power sector security of supply. Coupling sectors is a solution to that problem. In particular, power-to-hydrogen is getting more and more attention. This is about using electricity when it is abundant to synthesize hydrogen which can then be used for various purposes. The first goal of this work was to add the power-to-hydrogen sector into the unit-commitment and power dispatch model Dispa-SET. The second objective was to soft-link Dispa-SET with the long-term investment model JRC-EU-TIMES and investigate the benefits of this sector in terms of curtailment, total costs, CO2 emissions, etc. The linking between JRC-EU-TIMES and Dispa-SET allowed to observe the importance of power-to-hydrogen in using the extra renewable production and avoiding curtailment. Indeed, 20% of the total renewable production is used to produce hydrogen. This highlights the importance of sector coupling in future energy systems. Moreover, the results showed that hydrogen storage is not seasonal. Finally, the importance of validating system feasibility provided by long-term planing models was demonstrated as TIMES overestimates renewable production by 15% compared to Dispa-SET

Stability and Reserve Constraints in Optimal Dispatch Models

The United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC) is strongly committed to accelerating the transition of the power sector towards a high penetration of Variable Renewable Energy (VRE) sources, with the goal of reducing global dependence on fossil fuels for power generation. However, this transition poses a significant challenge, as the increasing VRE share in power systems gradually decreases their rotational inertia. This reduction in rotational inertia negatively impacts the stability and safety of power systems, creating new operational challenges. To address this, transmission system operators (TSO) have defined strategies to compensate for unexpected imbalances between load and generation by contracting primary and secondary reserves. Nevertheless, a method that compensates for the inertial response excursion after a disturbance adapted to these tools has not yet been fully identified. This work proposes a deterministic estimation of inertia constraint in UC/OD models. The Rate of change of Frequency (RoCoF) is estimated from an Optimal Dispatch model by considering the worst-case contingency in the test case. Then the lower inertia limit required to operate the system with stability is estimated. The estimation of the inertia limit is done offline the optimization and added as a new constraint in the UC/OD model. Finally, different scenarios of VRE penetration are defined to evaluate the impact of this new constraint with a sensitivity analysis. Results show that the proposed method can be complementary applied to UC/OD models to reduce the risk of unintended load shedding, which might lead to cascading failures and blackouts.ARES-CDD and ARES PRDBOL2022 programmes7. Affordable and clean energy13. Climate actio

Water-energy nexus in African power pools – The Dispa-SET Africa model

peer reviewedThe operation and economic profitability of modern energy systems is constrained by the availability of renewable energy and water resources. Lower water availability due to climate change, higher demand and increased water consumption for non-energy and energy needs may cause problems in Africa. In most African power systems, hydropower is a dominant renewable energy resource, and interconnection capacities are usually limited or unreliable. This paper describes a new modelling framework for analysing the water-energy nexus in the African Power Pools. This framework includes soft linking between two models: the LISFLOOD model is used to generate hydrological inputs and the Dispa-SET model is used for mid-term hydrothermal coordination and optimal unit commitment and power dispatch over the whole African continent. The results show a good agreement between the model outputs and the historical values, despite data-related limitations. Furthermore, the simulations provide hourly time series of electricity generation at the plant level in a robust way. It appears that some African power pools heavily rely on the availability of freshwater resources, while others are less dependent. In the long term, the dependence of the power system on water resources is likely to increase to meet the increasing electricity demand in Africa

Applying the Dispa-SET Model to the Western Balkans Power System

The ongoing climate change, together with the global increase in energy consumption and unpredictable fossil fuel prices have been the main drivers for the implementation of power exchange, market coupling, energy efficiency measures and larger use of renewable energy. All these targets bring up the need for the development of new modelling frameworks and governance systems that will be based on competitive, secure and sustainable national action plans. For this purpose, the Dispa-SET model has been applied to six countries in the Western Balkans region. In the first scenario, the model has been validated for the year 2010. The second scenario has been developed according to the targets from national energy strategies for the years 2020 and 2030, while the third scenario has been developed with the purpose of determining the maximum share of renewable energy sources in the regional power mix. Simulation results indicate that the integration of additional wind and solar capacities, compared to the short and long-term national strategies for the years 2020 and 2030, can be achieved without compromising the stability of the system

Utilization of heat storage for the increase of the efficiency and economic viability of district heating

Visokoučinkovita kogeneracija i centralizirani sustavi grijanja i hlađenja imaju velik potencijal za smanjenjem troškova primarne energije, koji je u zemljama EU u velikoj mjeri neiskorišten. Centralizirani toplinski sustavi imaju veliku važnost u planiranju i vođenju budućih energetskih sustava s obzirom da omogućavaju veću implementaciju obnovljivih izvora energije, veću fleksibilnost vođenja i potencijalno im smanjuju troškove. Primjena toplinskih spremnika može imati pozitivan utjecaj na centralizirani toplinski sustav povećavajući mu efikasnost rada proizvodnih jedinica, što često znači i smanjenje troškova. U kombinaciji s dizalicama topline toplinski spremnici imaju velik potencijal u integraciji obnovljivih izvora. Ovaj rad se bavi upravo implementacijom toplinskog spremnika i dizalice topline u centralizirani toplinski sustav. U sklopu rada izrađen je model za optimizaciju troškova rada, koji uključuje energetske tokove na izlazu iz analiziranih postrojenja, njihove učinkovitosti i rad toplinskog spremnika, na temelju kojeg je provedena analiza slučaja za grad Karlovac.High efficiency cogeneration, together with district heating and cooling systems has great potential for reduction of primary energy consumption, which in EU countries is greatly unused. District heating systems are of great importance for planing and operating future energy systems because of their ability to implement renewable energy sources and high operational flexibility. Integration of thermal energy storage can be beneficial for district heating systems by increasing efficiency of their generation units, which usually means reduction in operating costs. In combination with heat pumps, thermal storage has great potential for integration of renewable energy sources. This thesis focuses mainly on implementation of thermal storage and heat pumps in district heating systems. Optimization model developed in this thesis includes output energy flows from production units, their efficiencies, and working schedule of thermal storage. Based on this input arguments case study of Karlovac has been conducted

Experimental characterization of hydrodynamic properties of the gas stop valve

Cilj ovoga rada je eksperimentalno određivanje hidrodinamičkih značajki osigurača protoka plina. Određivane su hidrodinamičke značajke osigurača protoka plina PL-GS 25 Z, tip C. Takvi osigurači imaju veliku primjenu u postojećoj niskotlačnoj gradskoj plinskoj mreži s ulaznim tlakom do bar i protokom do m3/h. Glavna namjena im je zaustavljanje protoka plina unutar niskotlačnog plinskog cjevovoda u slučaju vanjskih oštećenja ili bilo kakvih drugih pojava koje uzrokuju nagli pad tlaka iza samog osigurača. Ovakva izvedba osigurača u uporabi je već više od godina. Unatoč njihovoj dugogodišnjoj primjeni osigurači protoka plina dosad nisu u potpunosti teorijski analizirani, radi čega se pristupilo eksperimentalnom određivanju njihovih hidrodinamičkih značajki u okviru ovog rada. Rad je proveden kroz nekoliko segmenata: - Definiran je hidrodinamički model temeljen na pretpostavkama izotermičkog, nestlačivog i jednodimenzijskog strujanja zraka kroz ispitivani osigurač protoka plina. Dimenzijskom analizom utvrđena je međusobna ovisnost osnovnih bezdimenzijskih značajki. - Osigurač je nadograđen aluminijskim utorom koji na sebi ima navoj za regulaciju pomaka pomičnog dijela osigurača. Ovime se dobiva točno određena promjena površine kroz koju struji plin u ovisnosti o pomaku pomičnog dijela osigurača. - Osigurač je ugrađen u postojeću instalaciju za ispitivanje kućnih regulatora tlaka u Gradskoj plinari Zagreb namijenjenu ispitivanju raznih uređaja koji se uobičajeno koriste u niskotlačnoj plinskoj mreži. Provedene su manje modifikacije sustava s obzirom na brtvljenje postojeće instalacije. - Provedena su mjerenja tlaka, protoka i temperature fluida za zadano područje otvora pomičnog dijela osigurača, te za zadano područje ulaznih tlakova i protoka. Ispitivanja su provedena za pomake otvora pomičnog dijela od 0,2625 mm do 1,05 mm, vrijednosti ulaznog pretlaka od 20 mbar do 420 mbar i protoke u području od 0 m3/h do 25 m3/h. - Analiza rezultata mjerenja je provedena s obzirom na ovisnost koeficijenta lokalnog gubitka o Reynoldsovom broju za zadano područje otvora osigurača. Izvedeni su matematički izrazi koji kvantificiraju hidrodinamičke značajke osigurača protoka plina

Utilization of heat storage for the increase of the efficiency and economic viability of district heating

Visokoučinkovita kogeneracija i centralizirani sustavi grijanja i hlađenja imaju velik potencijal za smanjenjem troškova primarne energije, koji je u zemljama EU u velikoj mjeri neiskorišten. Centralizirani toplinski sustavi imaju veliku važnost u planiranju i vođenju budućih energetskih sustava s obzirom da omogućavaju veću implementaciju obnovljivih izvora energije, veću fleksibilnost vođenja i potencijalno im smanjuju troškove. Primjena toplinskih spremnika može imati pozitivan utjecaj na centralizirani toplinski sustav povećavajući mu efikasnost rada proizvodnih jedinica, što često znači i smanjenje troškova. U kombinaciji s dizalicama topline toplinski spremnici imaju velik potencijal u integraciji obnovljivih izvora. Ovaj rad se bavi upravo implementacijom toplinskog spremnika i dizalice topline u centralizirani toplinski sustav. U sklopu rada izrađen je model za optimizaciju troškova rada, koji uključuje energetske tokove na izlazu iz analiziranih postrojenja, njihove učinkovitosti i rad toplinskog spremnika, na temelju kojeg je provedena analiza slučaja za grad Karlovac.High efficiency cogeneration, together with district heating and cooling systems has great potential for reduction of primary energy consumption, which in EU countries is greatly unused. District heating systems are of great importance for planing and operating future energy systems because of their ability to implement renewable energy sources and high operational flexibility. Integration of thermal energy storage can be beneficial for district heating systems by increasing efficiency of their generation units, which usually means reduction in operating costs. In combination with heat pumps, thermal storage has great potential for integration of renewable energy sources. This thesis focuses mainly on implementation of thermal storage and heat pumps in district heating systems. Optimization model developed in this thesis includes output energy flows from production units, their efficiencies, and working schedule of thermal storage. Based on this input arguments case study of Karlovac has been conducted