Fichtner (Germany)

SEM RESUMO

In the last 15 years many companies have developed single-shaft combined cycle gas turbine (CCGT) units having one generator, which is coupled to common single shaft of gas turbine (GT) and steam turbine (ST) via a special elaborated synchro-self-shifting (SSS) clutch. This clutch connects automatically the drive of the ST at one end of the generator to complement the drive of the GT at the other end of the generator. Such a technical solution, in comparison to previous ones, allows economizing on one generator circuit breaker (GCB) as well as the use of a two-winding transformer instead of a three-winding transformer. This scheme of single-shaft CCGT units is taking place in many countries, but cases of tripping of such units by surge protection of GT have been observed in any power plants (PP). All such trippings were accompanied by frequency drop in the high voltage (HV) grid, to which these units were connected, although these drops were within the permissible limits for the CCGT units. This paper reports the results of investigating one of these cases of tripping, discusses the possible cause of these incidents and elaborates on some measures to prevent such trippings in the future.

This paper presents an electricity market simulation model that focuses on the distinction between flexible and inflexible generation, and formulates bidding strategies for capacities of either type. Bid formulation for flexible power plants, storage and demand response units at a control reserve market and an energy exchange market are described, and exemplary results from the simulation model are presented. It is shown that the simulation model can realistically reproduce market outcomes for the example of the German market zone, even for negative market prices. Results reveal that power plants could be deployed in a more flexible manner than it is actually done, where larger variations of output are avoided especially for nuclear and lignite-fired power plants. The model can be used for analyzing future energy scenarios of high shares of variable renewable energy (VRE), and help answering research questions related to the required system flexibility for balancing out VRE fluctuations.

In diesem Beitrag werden die Bereitstellungskosten flexibler Systemkomponenten im deutschen Stromsystem analysiert, zu deren Quantifizierung eine einheitliche Methodik entwickelt wird. Dabei ist das Ziel des Beitrags, zeitlich differenzierte Kostenpotenzialkurven fur die Jahre 2015 und 2030 zu erarbeiten, anhand derer die energiespezifischen Kosten der markt- und systemdienlichen Flexibilitatsbereitstellung verglichen und die einzelnen Flexibilitatsoptionen in einen Gesamtkontext eingeordnet werden konnen. Der Einsatz flexibler Systemkomponenten wird hierzu in die drei Hauptphasen (1) Vorhaltung, (2) Abruf und (3) Einsatzfolgen unterteilt, woraus sich drei kongruente Kostengruppen ableiten lassen, nach denen die einzelnen Kostenbestandteile identifiziert und als Ergebnis die Bereitstellungskosten quantifiziert werden. Neben fossil-thermischen Kraftwerken werden dabei bspw. die Kraft-Warme-Kopplung, Biogasanlagen, Pumpspeicher- und Laufwasserkraftwerke sowie steuerbare Lasten untersucht. Zur anschliesenden Abbildung der teils negativen Bereitstellungskosten wird die herkommliche Darstellungsform der Merit Order entlang der Ordinate um die Abbildung negative Werte erweitert und die Abszisse fur die Abbildung negativer Flexibilitat in umgekehrter Reihenfolge angeordnet. Das Ergebnis sind zwei zusammenhangende Graphen, mittels derer sich die Bereitstellungskosten verschiedener Flexibilitatsoptionen gegenuberstellen und anschaulich vergleichen lassen. Durch die Festlegung eines Rahmenszenarios zur Entwicklung des deutschen Stromsystems bis zum Jahr 2030 wird anschliesend auch die zukunftige Perspektive der Flexibilitatsbereitstellung in Deutschland analysiert. Aus den Ergebnissen lasst sich ableiten, dass der deutsche Kraftwerkspark mit einem fortschreitenden Ruckbau der Kohlekraftwerke nur dann zunehmend flexibler wird und auf hohere Schwankungen im Stromnetz reagieren kann, wenn von einem gleichzeitigen Zubau moderner erdgasbetriebener Kraftwerke ausgegangen wird. In diesem Fall steigen die Bereitstellungskosten positiver Flexibilitat, was sich beispielsweise durch zukunftig steigende Brennstoffpreise bergrunden lasst. Jedoch kann bspw. durch die Transformation der Kraft-Warme-Kopplung hin zu einer grundsatzlich stromgefuhrten Fahrweise zukunftig eine vergleichsweise kostengunstige Flexibilitatsbereitstellung erschlossen und somit auch ein gleichbleibendes oder oftmals sogar hoheres Flexibilitatsniveau am Markt erreicht werden.

In this paper, we report about the influence of the chemical potential of water on the carbonation reaction of wollastonite (CaSiO3) as a model surface of cement and concrete. Total energy calculations based on density functional theory combined with kinetic barrier predictions based on nudge elastic band method show that the exposure of the water-free wollastonite surface to CO2 results in a barrier-less carbonation. CO2 reacts with the surface oxygen and forms carbonate (CO3(2-)) complexes together with a major reconstruction of the surface. The reaction comes to a standstill after one carbonate monolayer has been formed. In case one water monolayer is covering the wollastonite surface, the carbonation is no more barrier-less, yet ending in a localized monolayer. Covered with multilayers of water, the thermodynamic ground state of the wollastonite completely changes due to a metal-proton exchange reaction (also called early stage hydration) and Ca(2+) ions are partially removed from solid phase into the H2O/wollastonite interface. Mobile Ca(2+) reacts again with CO2 and forms carbonate complexes, ending in a delocalized layer. By means of high-resolution time-of-flight secondary-ion mass spectrometry images, we confirm that hydration can lead to a partially delocalization of Ca(2+) ions on wollastonite surfaces. Finally, we evaluate the impact of our model surface results by the meaning of low-energy ion-scattering spectroscopy combined with careful discussion about the competing reactions of carbonation vs hydration.

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