我国重要成煤植物的解剖学研究

本研究工作在研究华夏植物区重要成煤植物的解剖学特征的基础上，重点讨论了华夏植物区科达植物的地质地理分布特征以及科达植物的起源和演化问题，并根据煤巾植物残体研究成果，讨论了我国不同地质时代几种特殊煤的成因问题，把古植物学研究与国民经济的发展联系起来。 本研究工作的主要成果概括如下： 1 华夏植物区的科达植物主要分布于华北植物地理区，其起源时间可能与欧美植物区的科达植物一样早，但其繁盛期却比欧美植物区的要晚、而且其生存的历程要长. 2 华夏植物区的科达植物除了Mesoxylon和Pennsylvanioxylon(=Cordaixylon)二个自然属外，还有第三个自然属存在，即Shanxioxylon属。其茎和生殖器官的解剖构造与前二个属明显不同。 在茎的解剖构造上，Shanxioxylon介于Mesoxylon和Pennsylvanioxylon之间，但在生殖器官的构造上Shanxioxylon显然要比后二者进化。 3 山西太原西山煤田早二叠世早期太原组上部7号煤层煤核中的一种观音座莲目生殖器官一山西虫囊蕨（新种）Scolecopteris shanxiensis sp．nov.是华夏植物区目前发现的第二种具解剖构造的晚古生代观音座莲目生殖器官化石，与虫囊蕨属已有的29个具解剖构造的种相比，本新种具有较进化特征。 4 产于华南晚二叠世的举世闻名的“乐平煤”巾的“树皮体”组分不是来源于鳞木类周皮或辉木类小根皮层，而可能是来源于一种裸子植物的根的木栓组织，这种根很有可能是大羽羊齿类的根一刺根茎。 5 我国北方侏罗纪煤中，主要由银杏类植物形成的煤具有形成石油的很大潜力，而主要由松杉类或苏铁类植物形成的煤形成石油的希望不大。 6 我国云南晚第三纪特殊煤种一浅色褐煤（白泡煤）的主要成煤植物不是泥炭藓植物，而是草本被子植物。

Entwicklung und Anwendung einer Kraftwerks- und Speichereinsatzoptimierung für die Untersuchung von Energieversorgungsszenarien mit hohem Anteil erneuerbarer Energien in Deutschland

In dieser Arbeit wurde ein gemischt-ganzzahliges lineares Einsatzoptimierungsmodell für Kraftwerke und Speicher aufgebaut und für die Untersuchung der Energieversorgung Deutschlands im Jahre 2050 gemäß den Leitstudie-Szenarien 2050 A und 2050 C ([Nitsch und Andere, 2012]) verwendet, in denen erneuerbare Energien einen Anteil von über 85 % an der Stromerzeugung haben und die Wind- und Solarenergie starke Schwankungen der durch steuerbare Kraftwerke und Speicher zu deckenden residualen Stromnachfrage (Residuallast) verursachen. In Szenario 2050 A sind 67 TWh Wasserstoff, die elektrolytisch aus erneuerbarem Strom zu erzeugen sind, für den Verkehr vorgesehen. In Szenario 2050 C ist kein Wasserstoff für den Verkehr vorgesehen und die effizientere Elektromobilität hat einen Anteil von 100% am Individualverkehr. Daher wird weniger erneuerbarer Strom zur Erreichung desselben erneuerbaren Anteils im Verkehrssektor benötigt. Da desweiteren Elektrofahrzeuge Lastmanagementpotentiale bieten, weisen die Residuallasten der Szenarien eine unterschiedliche zeitliche Charakteristik und Jahressumme auf. Der Schwerpunkt der Betrachtung lag auf der Ermittlung der Auslastung und Fahrweise des in den Szenarien unterstellten ’Kraftwerks’-parks bestehend aus Kraftwerken zur reinen Stromerzeugung, Kraft-Wärme-Kopplungskraftwerken, die mit Wärmespeichern, elektrischen Heizstäben und Gas-Backupkesseln ausgestattet sind, Stromspeichern und Wärmepumpen, die durch Wärmespeicher zum Lastmanagment eingesetzt werden können. Der Fahrplan dieser Komponenten wurde auf minimale variable Gesamtkosten der Strom- und Wärmeerzeugung über einen Planungshorizont von jeweils vier Tagen hin optimiert. Das Optimierungsproblem wurde mit dem linearen Branch-and-Cut-Solver der software CPLEX gelöst. Mittels sogenannter rollierender Planung wurde durch Zusammensetzen der Planungsergebnisse für überlappende Planungsperioden der Kraftwerks- und Speichereinsatz für die kompletten Szenariojahre erhalten. Es wurde gezeigt, dass der KWK-Anteil an der Wärmelastdeckung gering ist. Dies wurde begründet durch die zeitliche Struktur der Stromresiduallast, die wärmeseitige Dimensionierung der Anlagen und die Tatsache, dass nur eine kurzfristige Speicherung von Wärme vorgesehen war. Die wärmeseitige Dimensionierung der KWK stellte eine Begrenzung des Deckungsanteils dar, da im Winter bei hoher Stromresiduallast nur wenig freie Leistung zur Beladung der Speicher zur Verfügung stand. In den Berechnungen für das Szenario 2050 A und C lag der mittlere Deckungsanteil der KWK an der Wärmenachfrage von ca. 100 TWh_th bei 40 bzw. 60 %, obwohl die Auslegung der KWK einen theoretischen Anteil von über 97 % an der Wärmelastdeckung erlaubt hätte, gäbe es die Beschränkungen durch die Stromseite nicht. Desweiteren wurde die CO2-Vermeidungswirkung der KWK-Wärmespeicher und des Lastmanagements mit Wärmepumpen untersucht. In Szenario 2050 A ergab sich keine signifikante CO2-Vermeidungswirkung der KWK-Wärmespeicher, in Szenario 2050 C hingegen ergab sich eine geringe aber signifikante CO2-Einsparung in Höhe von 1,6 % der Gesamtemissionen der Stromerzeugung und KWK-gebundenen Wärmeversorgung. Das Lastmanagement mit Wärmepumpen vermied Emissionen von 110 Tausend Tonnen CO2 (0,4 % der Gesamtemissionen) in Szenario A und 213 Tausend Tonnen in Szenario C (0,8 % der Gesamtemissionen). Es wurden darüber hinaus Betrachtungen zur Konkurrenz zwischen solarthermischer Nahwärme und KWK bei Einspeisung in dieselben Wärmenetze vorgenommen. Eine weitere Einschränkung der KWK-Erzeugung durch den Einspeisevorrang der Solarthermie wurde festgestellt. Ferner wurde eine untere Grenze von 6,5 bzw. 8,8 TWh_th für die in den Szenarien mindestens benötigte Wasserstoff-Speicherkapazität ermittelt. Die Ergebnisse dieser Arbeit legen nahe, das technisch-ökonomische Potential von Langzeitwärmespeichern für eine bessere Integration von KWK ins System zu ermitteln bzw. generell nach geeigneteren Wärmesektorszenarien zu suchen, da deutlich wurde, dass für die öffentliche Wärmeversorgung die KWK in Kombination mit Kurzzeitwärmespeicherung, Gaskesseln und elektrischen Heizern keine sehr effektive CO2 -Reduktion in den Szenarien erreicht. Es sollte dabei z.B. untersucht werden, ob ein multivalentes System aus KWK, Wärmespeichern und Wärmepumpen eine ökonomisch darstellbare Alternative sein könnte und im Anschluss eine Betrachtung der optimalen Anteile von KWK, Wärmepumpen und Solarthermie im Wärmemarkt vorgenommen werden.

Analysis of the Iberian Power Forward Price Formation

The price formation of the Iberian Energy Derivatives Market-the power futures market-starting in July 2006, is assessed until November 2011, through the evolution of the difference between forward and spot prices in the delivery period (“ex-post forward risk premium”) and the comparison with the forward generation costs from natural gas (“clean spark spread”). The premium tends to be positive in all existing mechanisms (futures, Over-the-Counter and auctions for catering part of the last resort supplies). Since year 2011, the values are smaller due to regulatorily recognized prices for coal power plants. The power futures are strongly correlated with European gas prices. The spreads built with prompt contracts tend also to be positive. The biggest ones are for the month contract, followed by the quarter contract and then by the year contract. Therefore, gas fired generation companies can maximize profits trading with contracts of shorter maturity.

Modelización de una central térmica supercrítica de 700 MW con captura de CO₂

El objetivo de este proyecto es realizar la simulación de una central térmica supercrítica de 700 MW con captura de CO₂ para producir electricidad y verterla a la red. El proyecto describe los equipos e instalaciones de la central y define los balances técnicos de la misma, probando que es viable técnicamente la incorporación de una planta de captura de CO₂ a una central térmica, a pesar del bajo rendimiento de la central. Además incluye el estudio económico que indica la viabilidad económica del proyecto, aunque con una rentabilidad baja. Este proyecto mira hacia el futuro debido a la necesidad de reducir las emisiones contaminantes, ya de casi la misma importancia que generar electricidad, y demuestra que es posible generar una energía limpia en centrales de carbón. ABSTRACT The purpose of this project is to carry out the simulation of a 700 MW supercritical coal thermal power plant with CO₂ capture to produce electricity and send it to the grid. The project describes the equipment, the installations and defines technical balances of the power plant. It shows that a CO₂ capture plant in a coal power plant is technically possible, in spite of the low power plant efficiency. In addition, it includes the economic analysis that shows the economic viability of the project, with a low profitability. This project looks into the future due to the need of reducing the pollutant emissions, which are almost as important as the generation of electricity, and demonstrates that a green energy in coal power plants is possible.

Despacho económico ambiental de unidades térmicas de carbón

El objetivo del presente proyecto es el despacho económico-ambiental de unidades térmicas de carbón con respecto a la minimización de sus costes horarios o de sus emisiones de óxidos de nitrógeno (NOX), según convenga. Se han estudiado tanto las curvas de costes de generación como las de emisión de óxidos de nitrógeno para cinco unidades tipo de carbón para poder llevar a cabo el proyecto. Se modelizaron las curvas de emisión de óxidos de nitrógeno para las cinco unidades estudiadas mediante la simulación de la combustión del carbón en caldera con el software ASPEN PLUS®, y las curvas de costes con datos proporcionados en la publicación “Las centrales termoeléctricas: Consumos marginales, Consumos medios y costes de arranque de grupos de carbón” y otra bibliografía, para su posterior aplicación en el despacho, desarrollado en Excel y con el uso de su lenguaje de programación, VBA, para escribir un código que automatice la elección a tomar entre todas las posibilidades. Analizando tres posibles casos de generación térmica con carbón, se ha llevado a cabo el despacho económico-ambiental de las cinco unidades implicadas, con todas sus posibles combinaciones (apagado-encendido), obteniendo en cada caso lo que parece ser la manera más económica o ambiental, según convenga, de generar la potencia demandada en cada momento. ABSTRACT The aim of this project is the economic-environmental dispatch of thermal coal power plants to minimize the hourly costs of generation or the nitrogen oxides (NOX) emissions as appropriate. It have been studied both generation cost curves as nitrogen oxides emissions curves for five examples of coal power plants to carry out the project. Nitrogen oxides emissions curves were modeled for the five coal power plants simulating the coal combustion in the boiler with ASPEN PLUS® software, and generation cost curves with data provided in the publication “Las centrales termoeléctricas: Consumos marginales, Consumos medios y costes de arranque de grupos de carbón” and other publications, to be used later in the dispatch, developed in Excel, using the VBA code, to write a code that automatize the correct election between all the generation possibilities. Analizing three possible cases of thermal generation with coal, economic-environmental dispatch for the five implied power plants has been done, with all the possible combinations (generating or no generating), obtaining, in each case, the most economically or environmentally way, as appropriate, to generate the demanded power in each moment.

Business case development

Today, focus is shifting to creation of bio-energy, biofuel and bioproducts from cellulosic biomass derived from various sources, including existing and new crops and their residues, trees and forest residues, and municipal or industrial wastes. At present, biomass co-firing in modern coal power plants with efficiencies up to 45% is the most cost-effective biomass use for power generation. Due to feedstock availability issues, dedicated biomass plants for combined heat and power (CHP), are typically of smaller size and lower electrical efficiency compared to coal plants. The financial model discussed in the chapter is suitable for all countries both in the West and in the developing world. From the economic analysis given in the chapter it can be concluded that intermediate pyrolysis technology proves to be very effective in terms of product qualities of the oil produced and also the return on investment is around 4 to 5 years.

Income risk of EU coal-fired power plants after Kyoto

Coal-fired power plants may enjoy a significant advantage relative to gas plants in terms of cheaper fuel cost. Still, this advantage may erode or even turn into disadvantage depending on CO2 emission allowance price. This price will presumably rise in both the Kyoto Protocol commitment period (2008-2012) and the first post-Kyoto years. Thus, in a carbon-constrained environment, coal plants face financial risks arising in their profit margins, which in turn hinge on their so-called "clean dark spread". These risks are further reinforced when the price of the output electricity is determined by natural gas-fired plants' marginal costs, which differ from coal plants' costs. We aim to assess the risks in coal plants' margins. We adopt parameter values estimated from empirical data. These in turn are derived from natural gas and electricity markets alongside the EU ETS market where emission allowances are traded. Monte Carlo simulation allows to compute the expected value and risk profile of coal-based electricity generation. We focus on the clean dark spread in both time periods under different future scenarios in the allowance market. Specifically, bottom 5% and 10% percentiles are derived. According to our results, certain future paths of the allowance price may impose significant risks on the clean dark spread obtained by coal plants.

Expert assessments of retrofitting coal-fired power plants with carbon dioxide capture technologies

A set of 13 US based experts in post-combustion and oxy-fuel combustion CO2 capture systems responded to an extensive questionnaire asking their views on the present status and future expected performance and costs for amine-based, chilled ammonia, and oxy-combustion retrofits of coal-fired power plants. This paper presents the experts' responses for technology maturity, ideal plant characteristics for early adopters, and the extent to which R&D and deployment incentives will impact costs. It also presents the best estimates and 95% confidence limits of the energy penalties associated with amine-based systems. The results show a general consensus that amine-based systems are closer to commercial application, but potential for improving performance and lowering costs is limited; chilled ammonia and oxy-combustion offer greater potential for cost reductions, but not without greater uncertainty regarding scale and technical feasibility. © 2011 Elsevier Ltd.