ארכיון - חשמל 2017 Archive - Electricity

 

מושב WPM 3

המהפכה בייצור חשמל - Revolution in Power Generation

 

Wednesday | 8.11.2017 | 16:30

WPM 3.1

Gas Turbines Combined Cycle Technology with Hybrid Plant Concepts

Abstract

The modern generation portfolio requires the electric transmission system to compensate variable load transients more frequently and at much larger amplitude to ensure stable and reliable power supply.

Primary means for providing transient power with the Gas Turbines comprise of Over-Firing or fast acting Inlet Guide Vanes and secondary measures such as water spray into the inlet system.

Also for the bottoming cycle, the typical measure includes fast opening of steam turbine control valve from a slightly throttled condition.

All these measures have proven their use for occasional use, but are typically not desired for more frequent operation as they are limited in power gains, degrade cycle efficiency or can result in higher maintenance factors.

The latest high efficient Gas Turbines Combined Cycles design features increased cyclic operating capability and have implemented several measures to cope with more cyclic dispatch needs.

In addition, the plants can be integrated with hybrid concepts that allow the operation of the plant closer to base-load with added frequency response capacity.

GE’s experience of highly cyclic capable CCGT combined with latest Energy Storage technologies is the context of this discussion, allowing for recommendations and assessment of specific requirements in electricity generation networks.

Marcus H. Scholz

General Electric International

USA

Marcus Scholz is working for General Electric Power as the Technical Director for the Advanced Combined Cycles. He holds this role since 2014 and provides guidance for advanced gas turbine technology and combined cycles for project developments on a global basis. This also includes the development of hybrid power plants through the application of renewables and energy storage means.

Prior to his current position, he was Commercial Director for the FlexEfficiency Combined Cycle products from 2011 to 2013, introducing the flexible combined cycle concept.

From 2007 to 2010 he developed the Integrated Gasification Combined Cycle business as Sales & BD Director for the Gasification and Clean Coal Technologies at GE Energy. This included a specific focus on the Synthesis Fuel Gas Turbine product line for high Hydrogen combustion. Prior to that, he was leading the Sales organization for the Conventional Steam Boiler business of GE Energy between 2004 until 2007.

Marcus has been with the General Electric Company for over 18 years and held various positions in GE’s European organization, ranging from Engineering to Sales functions.

In his previous employment with European Gas Turbines (UK), he was working for over 6 years in Gas Turbine Testing, Commissioning and Gas Turbine Development, specialising in DLN Combustion Systems design.

Marcus graduated as a Dipl.-Ing and BEng(Hons) from a European Engineering Degree Course (ERASMUS) in London, and received an MSc in Energy Studies from Sheffield University. He conducted further PhD studies on combustion technology at Leeds University, UK.

WPM 3.2

ייצור מבוזר ואגירת אנרגיה - פיילוט באתר חברת החשמל

Avi Akrish
Israel Electric Company

Israel

בן 53 נשוי ואב ל 3

בעל תואר ראשון בהנדסת חשמל מאוניברסיטת בן גוריון. 

תואר שני בהנדסה כללית מהטכניון.

עובד בחברת חשמל לישראל משנת 1990. 15 שנים באגף הייצור במבדקת חשמל בתחה"כ אורות רבין, 9 שנים כמנהל מחלקת הגנות ומערכת באגף הולכה והשנאה ו 3 שנים כסגן מנהל אגף התכנון לתכנון חשמלי בתחנות כח.

תקציר

שרשרת החשמל הקונבנציונלית של ייצור חשמל באתרים מרכזיים הולכתו לתחנות משנה וחלוקתו לצרכנים עתידה לעבור שינוי מהותי בשנים הבאות עם מעבר לייצור באנרגיות מתחדשות באתרי ייצור מבוזרים הסמוכים למוקדי צרכנות ובהספק נמוך. שינוי זה יגרום להיווצרות מרכזי אנרגיה נקודתיים המנוהלים עצמאית ושולטים במקורות ייצור מאנרגיות מתחדשות ובצרכנות מקומית. מערכת ייצור מבוזר ואגירת אנרגיה הינה מערכת אנרגיה חשמלית שלמה, אשר נועדה להביא ליעילות אנרגטית / נצילות אנרגטית מרבית, לחסכון מקסימלי ולניהול מיטבי של משאבי המערכת. מדובר במערכת חכמה - מצומצמת ומודרנית - לאספקת אנרגיה, הכוללת: מקורות ייצור מבוזרים, מערך ניהול עומסים, ציוד מדידה ומנייה.

מערכת זו פועלת כרשת אוטונומית המביאה לאיזון בין משאבי ייצור לצריכה במטרה לשמור על אספקת חשמל יציבה ואמינה בתוך גבולות מוגדרים מראש עם חיבור גיבוי לרשת החשמל הארצית. 

מערכת ייצור מבוזר ואגירת אנרגיה עושה שימוש במערכות בקרה ותקשורת לאיסוף אינפורמציה, לשיפור יעילות ניהול הרשת ושמירה על יציבותה.

 

מערכת הייצור המבוזר והאגירה יכולה לפעול כמערכת סגורה המתפקדת עצמאית כאי חשמלי או לחילופין כמערכת המשלבת בין ייצור עצמי וצריכת אנרגיה או העברת אנרגיה לרשת החשמל הציבורית.

 

יתרונות: 

  1. אנרגיה ירוקה יציבה- שימוש באנרגיות מתחדשות תוך שמירה על יציבות ע"י שילוב אגירת אנרגיה ומגוון מקורות ייצור. 

  2. יעילות אופטימלית-אופטימיזציה של שימוש במגוון מקורות עפ"י שיקול כלכלי (אפשרות לשילוב קוגנרציה). 

  3. הפחתת איבודי הספק על קווי ההולכה הקיימים במערכות המסורתיות.

  4. שרידות גבוהה- יכולת לעבוד כאי חשמלי במקרה של הפסקת חשמל אצל ספק החשמל באזור.

 

תיאור הפיילוט

לצורך לימוד והכרת הנושא בחטיבת פרויקטים הנדסיים הקמנו באתר "גזר" רשת חשמל הכוללת אמצעי ייצור באנרגיות מתחדשות בשילוב אגירה בקנה מידה קטן (מספר קילו-וואטים בודדים) בתוך מכולה:

  • פנלים סולאריים עם ממיר מנוהל on-grid

  • קו הזנה מרשת החשמל האתרית

  • אגירת אנרגיה באמצעות מצבר קינטי

  • ייצור אנרגיה באמצעות תאי דלק

  • עומסים מקומיים (מנוהלים)

  • מערכת בקרה המנהלת את הרשת

  • מערכת תקשורת לחיבור המרכיבים לרשת הבקרה וכן ערוץ תקשורת סלולרי שמאפשר חיבור מרחוק למערכת הבקרה.

הפרויקט בשיתוף חברת POWERCOM, חברת  CHAKRATEC ,חברת GENCELL וחברת INBAR.

 

שלבים:

הקמה אתר הפיילוט ע"י כל החברות באתר תחנת הכח גזר, כיול ראשוני של המערכת בוצע מתחילת 2016 עד אוקטובר 2016.

התחלת הרצה - נובמבר 2016.

הפעלה ועריכת סימולציות וניסויים נובמבר 2016 עד דצמבר 2017.

WPM 3.3

SIESTART Instant Performance at the Push of a Button

Abstract

The energy landscape has been changing dramatically over the past several years. Renewable generation plays a larger role in today’s market and that role continues to expand. The dependency on the weather and time of day is now a more influential factor in power generation than it was in the past.

In an ideal situation, renewable generation would produce exactly the amount of power demanded at exactly the time it was needed, but that turns out to be the exception rather than the rule.

Sudden periods of calm winds as well as continuous overcast days can very quickly cause wind turbines and solar plants to produce far less energy or even none at all.

Grid operators subsequently must intervene faster and more often to maintain grid stability and ensure a secure supply These requirements demand conventional power generation units to respond more and more quickly and flexibly.

Conventional turbine power generation units can start very fast – some of them can reach base load in less than 30 minutes, simple cycle plants even under 10 minutes ‐ but they all cannot achieve an instantaneous start to full power within milliseconds.

However, Battery Energy Storage Systems (BESS) can be used perfectly for such high‐dynamic purposes, and this technology has developed substantially over the last few years

  • technically ‐ since it is a fast growing market – and

  • commercially ‐ since the costs for the battery cells have significantly decreased

SIESTART ‐ the combination of conventional power generations units with BESS combines the benefits from all systems and provides new opportunities by a couple of additional use‐cases:

When load fluctuations in the grid suddenly occur, the battery storage system can feed additional power into the grid in just milliseconds. The gas turbines can then be adapted to the higher load more slowly and thus with less stress on the material, while the infeed from the battery can be automatically reduced.

Similarly, this also applies to overcapacities in the grid. The excess power is used to charge the battery storage unit and reduces stress on the turbine material which would otherwise occur with rapid load adjustments.

This enables SIESTART to react according to the market requirements, even extreme challenging grid services can be served, e.g. Enhanced Frequency Regulation (EFR, UK Grid‐code). This is just to mention one of the additional use‐cases beside to the fact that SIESTART states as well an answer to the raising demand on Black‐start ability.

Summarizing the above SIESTART is the right answer to the rapidly changing energy market environment.

SIESTART optimizes the profitability of power generation assets with short amortization periods whether they already exist (retrofits) or just get developed as new built projects.

Stefan Alwers

Siemens

Germany

Dipl.‐Ing. (TH) Stefan Alwers

Current position:

Since 01/2017 Head of Operational Quality Management, SIEMENS AG, Energy Solutions

Since 07/2014 Head of Strategic Quality Management, SIEMENS AG, Energy Solutions

 

Professional Background:

05/2013 – 06/2014  Head of Program Management Office (PMO), SIEMENS AG, Energy Solutions

2008 – 04/2013  Head of Quality Assurance, EHS, Permits, Administration, SIEMENS AG, Steam Power Plant Solutions

Tasks

  • Sales and proposals of steam power plant projects

  • Analysis of customer specifications

  • Cost calculation for quality assurance, EHS, permits, administration

  • Technical tender documentation

  • Contract negotiations with consortium partners and customers

  • EHS related issues with consortium partners and customers

  • Project related risk management

  • Expert for the application of european directives

2007 – 2008   Head of Engineering Coordination, Quality Assurance, Tools, ALSTOM Power Systems GmbH

Projects

  • Rheinhafen‐Dampfkraftwerk Unit 8, RDK 8, EnBW

  • KW Emsland (Lingen), RWE Power

2005 – 2006  Head of Process engineering, mechanical components, piping systems

ALSTOM Power Generation AG

Projects

  • Neurath F/G, 2 x 1100 MW, RWE Power, Technical Project Manager

  • Conceptual studies for EnBW und GKM

2003 – 2005  Head of Quality Assurance and Documentation of fossil fired power plants

ALSTOM Power Generation AG

Projects

  • Neurath F/G, 2 x 1100 MW, RWE Power, Technical Project Manager,

Coordination of Authority Engineering according to Federal Immission

Control Act (BImSchG)

  • SHOAIBA Stage I, 5 x 385 MW, Saudi‐Arabia, Consortium QA Manager

  • ESHKOL & ALON TABOR, Israel, Consortium QA Manager

  • ST‐CMS NEYVELI, 250 MW LFPP, India, Consortium QA Manager

1999 ‐2000 Quality Assurance and Documentation of fossil fired power plants. Projectand

Welding Engineer, ABB Kraftwerke AG

Projects

  • Steam Power Plant HEFEI 2, 2 x 350 MW, Anhui, VR China : QA‐Manager

for piping erection

  • SHOAIBA Stage I, 5 x 385 MW, Saudi‐Arabia : supervision of HP‐piping

prefabrication at EHR (BHR) in Dortmund

1996 ‐ 1999  Process Engineering of fossil fired power plants, Project Engineer

ABB Kraftwerke AG

Projects

  • Termopaipa 160 MW, Colombia

  • HKW Cottbus, Germany

  • SHOAIBA Stage I, 5 x 385 MW, Saudi‐Arabia

 

Abroad Activities:

1/2000 ‐ 8/2000  QA‐Manager for Piping erection Power Plant HEFEI 2, Anhui, China

4/2000  ‐ today  Frequent worldwide travels within Europe, India, Asia and Middle East:

negotiations, project management meetings, audits, workshop / site inspections

etc.

 

Academic Degree:

1995  Mechanical engineer, Karlsruhe Institute of Technology (former TH Karlsruhe)

Further Qualification:

2001  Non‐destructive Testing

1999  Welding Engineer

1998  Jurisprudence and BWL, FernUni Hagen

WPM 3.4

Flexibility Challenges in the Revolution of Energy Generation

Abstract

The deployment of renewable energy sources and energy storage creates flexibility challenges in the operational regime of existing conventional generation assets (e.g. coal and gas-fired power plants). On the one hand, these emerging energy sources decrease the role of conventional generation assets. While on the other hand, due to their intermittency or limited energy content, they still require conventional generation assets for generation adequacy purposes. DNV GL has executed several projects that analysed the impact of this energy revolution on the operational regime of conventional generation assets. These analyses have been performed using comprehensive scenarios for the development of the (European) electricity system, both in terms of supply and demand, that include developments in electrification of demand, such as heat and mobility, solar-photovoltaics, local energy storage, and on- and offshore wind. As a case-study, the impact on operational regime of conventional generation assets under different scenarios for The Netherlands will be presented in terms of impact on operating hours, numbers of start-stops and capacity factors

Dr. Martijn Duvoort

DNV GL

Netherlands

Dr. Martijn Duvoort works for DNV GL since January 2010 as principal consultant and Head of Section. He holds a Ph.D. in physics and combines an analytic mind with excellent communication skills. As principal consultant he works for regulators, TSO’s, and power generation companies in amongst others the Netherlands, Belgium, the UK and for the European Commission. His Market & Policy Development section is specialized in assessing the functioning of energy markets and the optimization of individual players in their market environment. He plays a leading role in the area of market design, dispatch of conventional generation fleets, dispatch of renewables and portfolio control. As such, Martijn recently published a new market design for remunerating flexible capacity. The design unites multiple needs for flexibility (most notably balancing and congestion management) and allows parties to receive a fair price for their services offered.

WPM 3.5

מיקסום זמינות מבחינה כלכלית - גישות שונות לתכנון תחזוקה בטווח השנתי/דו-שנתי

Dr. Michal Melamed      ProCom

Germany

ד"ר מיכל מלמד היא בעלת תואר ראשון, שני ושלישי מהפקולטה להנדסת תעשייה וניהול בטכניון בהתמחות בחקר ביצועים. בעבודות המחקר שלה היא יישמה את שיטת האופטימיזציה הרובסטית לבעיות מלאי ולבעיות בשוק האנרגיה. היא עובדת בחברת פרוקום הגרמנית מזה כשנתיים ביעוץ באופטימיזציה בשוק האנרגיה בישראל בעיקר. לפני כן היא עבדה בחברת הייעוץ ניר תכנון בייעוץ בהנדסת תעשייה ובחברת Tower Jazz semiconductor.

תקציר

כל יצרן מעוניין למקסם את הערך הכלכלי של יחידות היצור שלו. לשם כך הוא מתאים את הזמינות ו/או את תוכנית היצור לביקוש בשוק.

הצד השני של המטבע הוא תוכנית התחזוקה. היא צריכה להתאים לתוכנית היצור/זמינות ובו בעת להתחשב באילוצים אחרים. יתר על כן, אופק התכנון לטווח בינוני הופך את תכנון התחזוקה למורכב יותר עקב אי הוודאות גם בביקוש וגם בכשלים ביחידות היצור.

לכל יחידת יצור קצב כשל ייחודי. בכדי לשפר את זמינות היחידות והורדת עלות התחזוקה הכללית נדרשת תחזוקה יזומה וביקורת למניעת כשלים. אסטרטגיה נפוצה היא תחזוקה מונעת שכוללת ביצוע תחזוקה ביחידה בחלון זמן מסוים בכדי למזער את העלות לטווח הארוך בהנחה כי קצב הכשל גדל בין השאר כתלות בגיל היחידה, השימוש המצטבר בה, פעולות תחזוקה בעבר ועוד. כלומר, לכל יחידת יצור יש למצוא חלון זמן מתאים לביצוע תחזוקה מונעת במהלך אופק התכנון.

התכנון, שנעשה לרוב בשיטות חקר ביצועים, מניב תוכנית שנתית/דו-שנתית המתעדכנת לאורך השנה.

בשיטה הדטרמיניסטית משתמשים בקריטריונים מוגדרים מראש לביצוע תחזוקה לפי סוג היחידה המייצרת. לדוגמה, טורבינת גז צריכה לעבור תחזוקה מונעת כל מספר שרירותי של שעות הפעלתה. ניתן להקדים את ביצוע התחזוקה בכדי להתאים לתוכנית זמינות/יצור.

לעומת השיטה הדטרמיניסטית, השיטה הסטוכסטית מניחה כי קצב הכשל של יחידה הוא משתנה אקראי עם התפלגות ותוחלת ידועות. מכיוון שהתפלגות שכזו לרוב אינה ידועה, מבצעים קירוב בעזרת שיטות מונטה קרלו. מחד, השיטה מציאותית יותר בכך שהיא לוקחת בחשבון כשלים בלתי צפויים. מאידך, השיטה מורכבת יותר ומתבססת על הנחות שקשה לאמת.

אופטימיזציה רובוסטית היא שיטה חדשה יחסית בחקר ביצועים. היא אינה מניחה דבר על התפלגות המשתנים האי-וודאיים, מלבד שהם תחומים בתוך תחום אי-וודאות ידוע מראש. השיטה מספקת פתרון אפשרי לכל תרחיש בתחום ומבטיחה חסם עליון על עלות התחזוקה.

לעומת תוכנית דטרמיניסטית, התוצאה הרובוסטית מורידה את הסיכון במעין פעולת גידור שכן היא מציאותית יותר בהתייחסותה לחוסר הוודאות. לעומת השיטה הסטוכסטית, תוכנית התחזוקה הרובוסטית תמיד אפשרית לישום.

האופטימיזציה הרובסטית מבטיחה מאוד, אך עם זאת, היא יחסית חדשה בתחום האנרגיה וצריכה להוכיח את עצמה בתנאי שטח. פרוקום, המתמחה באופטימיזציה של תוכניות יצור, זמינות ותחזוקה בתחום האנרגיה החלה לפני כמה שנים לחקור את יישום המתודולוגיה. בהרצאה זו נציג השוואה בין הגישות השונות על מערכת לדוגמה.