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.

Einsatz von rückgekoppelten mehrstufigen selbstorganisierenden Karten in der Windenergie Leistungsprognose

In dieser Arbeit wird ein Verfahren zum Einsatz neuronaler Netzwerke vorgestellt, das auf iterative Weise Klassifikation und Prognoseschritte mit dem Ziel kombiniert, bessere Ergebnisse der Prognose im Vergleich zu einer einmaligen hintereinander Ausführung dieser Schritte zu erreichen. Dieses Verfahren wird am Beispiel der Prognose der Windstromerzeugung abhängig von der Wettersituation erörtert. Eine Verbesserung wird in diesem Rahmen mit einzelnen Ausreißern erreicht. Verschiedene Aspekte werden in drei Kapiteln diskutiert: In Kapitel 1 werden die verwendeten Daten und ihre elektronische Verarbeitung vorgestellt. Die Daten bestehen zum einen aus Windleistungshochrechnungen für die Bundesrepublik Deutschland der Jahre 2011 und 2012, welche als Transparenzanforderung des Erneuerbaren Energiegesetzes durch die Übertragungsnetzbetreiber publiziert werden müssen. Zum anderen werden Wetterprognosen, die der Deutsche Wetterdienst im Rahmen der Grundversorgung kostenlos bereitstellt, verwendet. Kapitel 2 erläutert zwei aus der Literatur bekannte Verfahren - Online- und Batchalgorithmus - zum Training einer selbstorganisierenden Karte. Aus den dargelegten Verfahrenseigenschaften begründet sich die Wahl des Batchverfahrens für die in Kapitel 3 erläuterte Methode. Das in Kapitel 3 vorgestellte Verfahren hat im modellierten operativen Einsatz den gleichen Ablauf, wie eine Klassifikation mit anschließender klassenspezifischer Prognose. Bei dem Training des Verfahrens wird allerdings iterativ vorgegangen, indem im Anschluss an das Training der klassenspezifischen Prognose ermittelt wird, zu welcher Klasse der Klassifikation ein Eingabedatum gehören sollte, um mit den vorliegenden klassenspezifischen Prognosemodellen die höchste Prognosegüte zu erzielen. Die so gewonnene Einteilung der Eingaben kann genutzt werden, um wiederum eine neue Klassifikationsstufe zu trainieren, deren Klassen eine verbesserte klassenspezifisch Prognose ermöglichen.

Localització de les zones òptimes del litoral català per la instal•lació d’un parc eòlic marí

Anàlisi territorial del litoral català mitjançant una sèrie de variables tractades amb sistemes d’informació geogràfica (recurs eòlic, perfil batimètric, zones incloses en Xarxa Natura 2000, subestacions elèctriques vora la costa) per tal de localitzar les zones òptimes d’implantació d’un parc eòlic marí

El Acuerdo de Cooperación Regional para la Promoción de la Ciencia y la Tecnología Nucleares en América Latina y el Caribe "ARCAL" como estrategia de integración regional en América Latina, 2002 - 2007

Partiendo de la idea de que no todos los usos de la Energía Nuclear son bélicos, el análisis de un Acuerdo de vital trascendencia para Latinoamérica tal como lo es el El Acuerdo de Cooperación Regional Para la Promoción de la Ciencia y la Tecnología Nucleares en América Latina y el Caribe (ARCAL) , nos da una visión mas amplia no solo de cuáles son los usos pacíficos de la energía nuclear mas significativos a nivel mundial, sino a demás, de cómo son trascendentales para lograr un desarrollo social y sostenible que resulte en cierto grado de integración regional en América Latina, gracias a los lineamientos propios con los cuales fue creado el Acuerdo.

Análisis del impacto del tamaño de los activos en la cuenta de resultados mediante la utilización de espacios de fase y análisis de recurrencia

Los resultados financieros de las organizaciones son objeto de estudio y análisis permanente, predecir sus comportamientos es una tarea permanente de empresarios, inversionistas, analistas y académicos. En el presente trabajo se explora el impacto del tamaño de los activos (valor total de los activos) en la cuenta de resultados operativos y netos, analizando inicialmente la relación entre dichas variables con indicadores tradicionales del análisis financiero como es el caso de la rentabilidad operativa y neta y con elementos de estadística descriptiva que permiten calificar los datos utilizados como lineales o no lineales. Descubriendo posteriormente que los resultados financieros de las empresas vigiladas por la Superintendencia de Sociedades para el año 2012, tienen un comportamiento no lineal, de esta manera se procede a analizar la relación de los activos y los resultados con la utilización de espacios de fase y análisis de recurrencia, herramientas útiles para sistemas caóticos y complejos. Para el desarrollo de la investigación y la revisión de la relación entre las variables de activos y resultados financieros se tomó como fuente de información los reportes financieros del cierre del año 2012 de la Superintendencia de Sociedades (Superintendencia de Sociedades, 2012).

Percepción de los trabajadores acerca del sistema de seguridad y salud en el trabajo en un hospital de III nivel, Bogotá-Colombia. 2014.

Objetivo: Evaluar la percepción que tienen los trabajadores acerca del sistema de seguridad y salud en el trabajo en la población asistencial y administrativa en un Hospital de III nivel de atención., Bogotá-Colombia. Materiales y métodos: Estudio de corte transversal en población de trabajadores asistenciales y administrativos. Se aplicó el “Cuestionario Nórdico Sobre Seguridad en el Trabajo NOSACQ 50 Spanish” validado. La muestra fue probabilística estratificada aleatoria, en 308 trabajadores (230 asistenciales y 78 administrativos). Resultados: El promedio de edad fue 39.5± 12 años, con mayor frecuencia de género femenino (74.68%), estado civil soltero (38.96%) y nivel educativo técnico (34.40%). La percepción que tienen los trabajadores acerca del sistema de seguridad y salud en el trabajo fue independiente de su tipo de actividad laboral administrativa y asistencial (p>0.05), la mayor percepción en ambos grupos fue la confianza de los trabajadores en la eficacia del sistema de seguridad (2.71 y 2.77), y las de menor percepción presentaron el empoderamiento de seguridad de gestión (2.35 y 2.46) y la seguridad como prioridad de los empleados y rechazo del riesgo (2.35 y 2.40). Conclusiones: Los trabajadores del Hospital tienen un nivel adecuado de buena percepción acerca de los aspectos de seguridad y salud en el trabajo donde se evidenció que la fortaleza es la confianza de los trabajadores en la eficacia del sistema y la debilidad del sistema se encuentra en la falta de empoderamiento y rechazo al riesgo.

Projecte d'una central d'energia elèctrica de 400 kW mitjançant concentradors solars i una turbina de vapor

L’objecte del projecte és dissenyar una central productora d’energia elèctrica a través d’una turbina de vapor i un generador acoblat a aquesta, mitjançant concentradors d’energia solar cilindro-parabòlics. Aquests concentradors captaran la radiació directa del sol per concentrar-la al focus de la paràbola, on s’hi col·locarà un receptor per l’interior del qual hi passarà un fluid que s’escalfarà gràcies a aquests raigs concentrats. En el projecte s’ha dissenyat la instal·lació i estudiat la radiació disponible a la zona, s’ha realitzat un estudi de la viabilitat de la instal·lació necessària i del cost econòmic d’una central d’energia termoelèctrica fictícia a la zona de Tarragona

Allocation of GHG emissions in a paper mill, an application tool to reduce emissions

El sector de pasta i paper és considerat un dels set sectors industrials més intensius en consum energètic. La producció i consum d'electricitat i de vapor esdevenen les fonts majoritàries d'emissions de gasos d'efecte hivernacle en aquest sector industrial. Les fàbriques papereres poden assolir objectius de reducció d'emissions mitjançant reducció en origen (substitució de combustibles, introducció d'energies renovables) o bé a partir de mesures d'eficiència energètica en el propi procés. En aquest context, s'ha desenvolupat un mètode de distribució d'emissions que permet assignar a cada unitat d'operació del procés paperer, el seu grau de responsabilitat en emissions. També s'han avaluat diferents mètodes de càlcul de factors d'emissió de vapor i electricitat, tant per plantes de cogeneració com per sistemes individuals. A partir d'aquesta avaluació s'han proposat nous mètodes alternatius als analitzats. Aquests mètodes i els factors d'emissions s'han aplicat a dues fàbriques papereres catalanes.

Techno-economic modelling and cost functions of CO2 capture processes

The paper presents the techno-economic modelling of CO2 capture process in coal-fired power plants. An overall model is being developed to compare carbon capture and sequestration options at locations within the UK, and for studies of the sensitivity of the cost of disposal to changes in the major parameters of the most promising solutions identified. Technological options of CO2 capture have been studied and cost estimation relationships (CERs) for the chosen options calculated. Created models are related to the capital, operation and maintenance cost. A total annualised cost of plant electricity output and amount of CO2 avoided have been developed. The influence of interest rates and plant life has been analysed as well. The CERs are included as an integral part of the overall model.

The elasticity of demand is about occupancy, not prices: building European demand curves based on occupancy elasticity

The peak congestion of the European grid may create significant impacts on system costs because of the need for higher marginal cost generation, higher cost system balancing and increasing grid reinforcement investment. The use of time of use rates, incentives, real time pricing and other programmes, usually defined as Demand Side Management (DSM), could bring about significant reductions in prices, limit carbon emissions from dirty power plants, and improve the integration of renewable sources of energy. Unlike previous studies on elasticity of residential electricity demand under flat tariffs, the aim of this study is not to investigate the known relatively inelastic relationship between demand and prices. Rather, the aim is to assess how occupancy levels vary in different European countries. This reflects the reality of demand loads, which are predominantly determined by the timing of human activities (e.g. travelling to work, taking children to school) rather than prices. To this end, two types of occupancy elasticity are estimated: baseline occupancy elasticity and peak occupancy elasticity. These represent the intrinsic elasticity associated with human activities of single residential end-users in 15 European countries. This study makes use of occupancy time-series data from the Harmonised European Time Use Survey database to build European occupancy curves; identify peak occupancy periods; draw time use demand curves for video and TV watching activity; and estimate national occupancy elasticity levels of single-occupant households. Findings on occupancy elasticities provide an indication of possible DSM strategies based on occupancy levels and not prices.

Can microgrids make a major contribution to UK energy supply?

Almost all the electricity currently produced in the UK is generated as part of a centralised power system designed around large fossil fuel or nuclear power stations. This power system is robust and reliable but the efficiency of power generation is low, resulting in large quantities of waste heat. The principal aim of this paper is to investigate an alternative concept: the energy production by small scale generators in close proximity to the energy users, integrated into microgrids. Microgrids—de-centralised electricity generation combined with on-site production of heat—bear the promise of substantial environmental benefits, brought about by a higher energy efficiency and by facilitating the integration of renewable sources such as photovoltaic arrays or wind turbines. By virtue of good match between generation and load, microgrids have a low impact on the electricity network, despite a potentially significant level of generation by intermittent energy sources. The paper discusses the technical and economic issues associated with this novel concept, giving an overview of the generator technologies, the current regulatory framework in the UK, and the barriers that have to be overcome if microgrids are to make a major contribution to the UK energy supply. The focus of this study is a microgrid of domestic users powered by small Combined Heat and Power generators and photovoltaics. Focusing on the energy balance between the generation and load, it is found that the optimum combination of the generators in the microgrid- consisting of around 1.4 kWp PV array per household and 45% household ownership of micro-CHP generators- will maintain energy balance on a yearly basis if supplemented by energy storage of 2.7 kWh per household. We find that there is no fundamental technological reason why microgrids cannot contribute an appreciable part of the UK energy demand. Indeed, an estimate of cost indicates that the microgrids considered in this study would supply electricity at a cost comparable with the present electricity supply if the current support mechanisms for photovoltaics were maintained. Combining photovoltaics and micro-CHP and a small battery requirement gives a microgrid that is independent of the national electricity network. In the short term, this has particular benefits for remote communities but more wide-ranging possibilities open up in the medium to long term. Microgrids could meet the need to replace current generation nuclear and coal fired power stations, greatly reducing the demand on the transmission and distribution network.

‘Nudging’ energy users: regulatory measures to address the risk of aggregate peak demand in European electricity markets

For decades regulators in the energy sector have focused on facilitating the maximisation of energy supply in order to meet demand through liberalisation and removal of market barriers. The debate on climate change has emphasised a new type of risk in the balance between energy demand and supply: excessively high energy demand brings about significantly negative environmental and economic impacts. This is because if a vast number of users is consuming electricity at the same time, energy suppliers have to activate dirty old power plants with higher greenhouse gas emissions and higher system costs. The creation of a Europe-wide electricity market requires a systematic investigation into the risk of aggregate peak demand. This paper draws on the e-Living Time-Use Survey database to assess the risk of aggregate peak residential electricity demand for European energy markets. Findings highlight in which countries and for what activities the risk of aggregate peak demand is greater. The discussion highlights which approaches energy regulators have started considering to convince users about the risks of consuming too much energy during peak times. These include ‘nudging’ approaches such as the roll-out of smart meters, incentives for shifting the timing of energy consumption, differentiated time-of-use tariffs, regulatory financial incentives and consumption data sharing at the community level.

‘The European Dream of Franz Josef Strauss’

Franz Josef Strauss, West German Minister of Atomic Energy and Minister of Defence, pursued a project by which European political integration was to be paralleled by co-operation in the field of nuclear energy and indeed nuclear weapons. It has often been alleged that this covered nationalist German ambitions to turn Germany into a nuclear power in its own rights. Seen in the context of his European integration programme - which foundered on the devotion of French President de Gaulle to French national sovereignty - Strauss' overall policy suggests that he did indeed aim not to obtain nuclear weapons for Germany, but for an integrated European superstate.

PETS 2015: datasets and challenge

This paper presents the two datasets (ARENA and P5) and the challenge that form a part of the PETS 2015 workshop. The datasets consist of scenarios recorded by us- ing multiple visual and thermal sensors. The scenarios in ARENA dataset involve different staged activities around a parked vehicle in a parking lot in UK and those in P5 dataset involve different staged activities around the perimeter of a nuclear power plant in Sweden. The scenarios of each dataset are grouped into ‘Normal’, ‘Warning’ and ‘Alarm’ categories. The Challenge specifically includes tasks that account for different steps in a video understanding system: Low-Level Video Analysis (object detection and tracking), Mid-Level Video Analysis (‘atomic’ event detection) and High-Level Video Analysis (‘complex’ event detection). The evaluation methodology used for the Challenge includes well-established measures.

The value of a saved tree : The lifecycle of CO2-emissions associated with the combination of printing paper and electricity production of wood in the U.S. and Sweden

The pulp- and paper production is a very energy intensive industry sector. Both Sweden and the U.S. are major pulpandpaper producers. This report examines the energy and the CO2-emission connected with the pulp- and paperindustry for the two countries from a lifecycle perspective.New technologies make it possible to increase the electricity production in the integrated pulp- andpaper mill through black liquor gasification and a combined cycle (BLGCC). That way, the mill canproduce excess electricity, which can be sold and replace electricity produced in power plants. In thisprocess the by-products that are formed at the pulp-making process is used as fuel to produce electricity.In pulp- and paper mills today the technology for generating energy from the by-product in aTomlinson boiler is not as efficient as it could be compared to the BLGCC technology. Scenarios havebeen designed to investigate the results from using the BLGCC technique using a life cycle analysis.Two scenarios are being represented by a 1994 mill in the U.S. and a 1994 mill in Sweden.The scenariosare based on the average energy intensity of pulp- and paper mills as operating in 1994 in the U.S.and Sweden respectively. The two other scenarios are constituted by a »reference mill« in the U.S. andSweden using state-of-the-art technology. We investigate the impact of varying recycling rates and totalenergy use and CO2-emissions from the production of printing and writing paper. To economize withthe wood and that way save trees, we can use the trees that are replaced by recycling in a biomassgasification combined cycle (BIGCC) to produce electricity in a power station. This produces extra electricitywith a lower CO2 intensity than electricity generated by, for example, coal-fired power plants.The lifecycle analysis in this thesis also includes the use of waste treatment in the paper lifecycle. Both Sweden and theU.S. are countries that recycle paper. Still there is a lot of paper waste, this paper is a part of the countries municipalsolid waste (MSW). A lot of the MSW is landfilled, but parts of it are incinerated to extract electricity. The thesis hasdesigned special scenarios for the use of MSW in the lifecycle analysis.This report is studying and comparing two different countries and two different efficiencies on theBLGCC in four different scenarios. This gives a wide survey and points to essential parameters to specificallyreflect on, when making assumptions in a lifecycle analysis. The report shows that there arethree key parameters that have to be carefully considered when making a lifecycle analysis of wood inan energy and CO2-emission perspective in the pulp- and paper mill in the U.S. and in Sweden. First,there is the energy efficiency in the pulp- and paper mill, then the efficiency of the BLGCC and last theCO2 intensity of the electricity displaced by BIGCC or BLGCC generatedelectricity. It also show that with the current technology that we havetoday, it is possible to produce CO2 free paper with a waste paper amountup to 30%. The thesis discusses the system boundaries and the assumptions.Further and more detailed research, including amongst others thesystem boundaries and forestry, is recommended for more specificanswers.