Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Towards more efficient and more flexible co-generation: Short-term dispatch optimisation of a combined cycle with integrated heat pump and low-temperature thermal energy storage
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Energy Technology.
2019 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

This work presents a model to optimise the short-term dispatch of a novel lay-out integrating a low temperature thermal energy storage and a heat pump into a gas-fired co-generation facility. This new lay-out aims to address the need for a more efficient use of primary energy sources, as well as the need for reliable and flexible back-up power to complement an increased share of intermittent renewable energy sources in the electricity grid. Moreover, the lay-out aims to extend the range of the plant in order to substitute heat delivered by more expensive alternatives for district heating network owners. As a proof of concept a detailed case study was worked out for the combined cycle gas turbine plant of Moncalieri, including technical, market and environmental constraints. An optimisation based method computing the operation modes, start-ups and interconnection of the different equipment in the energy system was used to maximise the operational profits of the plant. To tackle complexity, the problem was formulated as a mixed-integer linear problem with a sliding time window. A novel, more detailed linear implementation of the heat pump was formulated to capture its variable operation. To assess the techno-economic benefit several configurations and equipment sizes were compared using a extensive set of KPIs tailored to the project. Furthermore the behaviour of the dispatch as a result of the optimisation is discussed and classified. Lastly to assess the performance under different market scenarios a sensitivity analysis is included. Significant benefits as a result of integrating a medium-sized heat pump under current market conditions are observed. These benefits include increased profitability, flexibility and an extended operational range. The integration of a TES is concluded not favourable by this work due to its lower profitability. However, it does offer increased flexibility as an addition to the heat pump. Overall the studied lay-out is found to perform better under market conditions with high fuel prices and lower electricity prices when compared to a co-generation plant without the added equipment.

Abstract [sv]

Det här arbetet beskriver en modell för att optimera en kortvarig kartläggning av en ny modell som integrerar låg energitemperaturlagring och värmepump till gasbränsledriven kraftvärmeanläggning. Syftet med den nya modellen är att identifiera behovet av en mer effektiv användning av primärenergikällor samt klargöra behovet av en pålitlig och flexibel reservkraft som ett komplement till den ökade andelen utav förnybara energikällor i elnäten. Modellen syftar även till att öka räckvidden/användbarheten av energikällan för att ersätta andra dyrare val av energikällor för fjärrvärmenäts-ägare. En detaljerad fallstudie om combined cycle gas turbine genomförd i Moncalieri som inkluderade tekniska-, ekonomiska- och miljömässiga begränsningar användes som underlag till undersökningen. För att maximera driftvinsten utav energikällan användes en datamodell som beräknade olika driftsätt, uppstart och sammanlänkning av utrustningen i energisystemet. För att hantera komplexiteten av undersökningen i fråga, var datamodellen formaterad som ett mixed-integer linear problem med ett sliding time window teknik. En ny mer detaljerad linjär implementerig av värmepumpen skapades för att undersöka dess variabla drift. För att bedöma den teknoekonomiska nyttan jämfördes flera konfigurationer och utrustningsstorlekar med hjälp av en omfattande uppsättning KPIer, framlagda för projektet. Vidare diskuteras och klassificeras resultatet utav den optimerade modellen/kartläggningen. Slutligen inkluderas en känslighetsanalys för att bedöma prestanda under olika ekonomiska scenarion. Resultaten visar betydande fördelar med att använda en medelstor värmepump under nuvarande marknadsförhållanden. Dessa fördelar inkluderar ökad lönsamhet, flexibilitet och ett utökat operativt användningsområde. TES har valts att exkluderas i detta arbete på grund av dess lägre lönsamhet. Att använda TES hade dock gett en mer ökad flexibilitet som ett tillägg till värmepumpen. Sammanfattningsvis har modellen visat sig fungera bättre under marknadsförhållanden med höga bränslepriser och lägre elpriser jämfört med en kraftvärmeanläggning utan den extra utrustningen.

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 96
Series
TRITA-ITM-EX ; 2019:578
Keywords [en]
Combined cycle gas turbine, heat pump, thermal energy storage, efficiency, flexibility, reliability, co-generation, district heating, MILP, dispatch optimisation, techno-economic analysis
National Category
Energy Systems
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-263897OAI: oai:DiVA.org:kth-263897DiVA, id: diva2:1371042
External cooperation
École Polytechnique Fédérale de Lausanne; Pumpheat
Subject / course
Energy Technology
Educational program
Degree of Master
Presentation
2019-11-02, 00:00
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-11-19 Created: 2019-11-19 Last updated: 2019-11-19Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text in DiVA

By organisation
Energy Technology
Energy Systems

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 4 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf