Master's Thesis

Accumulation of electricity for a source with unstable production

Final Thesis 7.66 MB

Author of thesis: Ing. Jan Petrenec

Acad. year: 2019/2020

Supervisor: prof. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D.

Reviewer: Ing. Pavel Milčák, Ph.D.

Abstract:

This diploma thesis deals with possibilities of accumulation of electricity generated by renewable sources with unstable production. Several goals were set by an assignment of this thesis. Within a research, current trends of the accumulation are presented in detail on examples of specific representatives with their technical parameters and economic possibilities. Further, an unstable source of electricity – the wind farm of three power plants Multibrid 5000 with all its parameters and operational details is defined for purposes of individual designs of accumulation systems. Firstly, the detailed design of an advanced compressed air energy storage (A-CAES) is realized. It includes a thermodynamic calculation of chosen components, their partial technical solutions, a financial evaluation of investment and a determination of theoretical payback period. Furthermore, the design for accumulators Tesla Powerpack is realized. It contains a calculation of individual system parameters, a financial evaluation of investment and a determination of theoretical payback period. Last part of the thesis is dedicated to a comparison and an evaluation of the achieved results of both realized methods of the electricity accumulation. In the end, A-CAES is chosen as more perspective variation.

Keywords:

accumulation, renewable sources, unstable production, electricity, compressed air, A-CAES, batteries, accumulators, Tesla Powerpack

Date of defence

20.07.2020

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student zodpověděl otázky oponenta ke své závěrečné práci. Dále reagoval na následující otázky komise: Jak je zajištěno konstantníího tlaku v kaverně? V důsledku čeho se mění tlak v nádrži na termoolej? Co je myšleno kladnou regulační energií? Je to regulace frekvence? Z čeho je zhotovena kaverna? Umí regulaci frekvence nějaká z technologií Tesla Powerpack nebo A-CAES? Student odpověděl na otázky oponenta a na všechny otázky komise. Komise se shodla na hodnocení výborně, A.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Energy Institute

Study programme

Mechanical Engineering (M2I-P)

Field of study

Power Engineering (M-ENI)

Composition of Committee

prof. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Marek Baláš, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Pavel Milčák, Ph.D. (člen)
Ing. Milan Kořista, Ph.D. (člen)
Ing. Tomáš Caha (člen)

Supervisor’s report
prof. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D.

V rámci předložené diplomové práce byla zpracována problematika návrhu akumulace elektrické energie produkované větrnou elektrárnou do stlačeného vzduchu. Práce je uvedena zdařilou rešerší možných způsobů akumulace. Další část práce tvoří vlastní návrh, výpočet a popis navrženého systému akumulace.
V průběhu zpracování diplomové práce student postupoval systematicky. Samostatně zpracovával podklady a vyhledával informace k řešenému problému. Dosažené výsledky jsou hodnotné a korektní.

Předložená práce splňuje rozsah předepsaný zadáním. Je patrno, že student zvládl stanovené téma a je schopen samostatně a tvůrčím způsobem aplikovat znalosti získané v průběhu studia. Doporučuji proto práci k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Pavel Milčák, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zabývá možnostmi akumulace elektrické energie vyrobené obnovitelnými zdroji s nestabilní produkcí. Diplomová práce má několik cílů. Na rozsáhlou rešerši navazuje vydefinovaný nestabilní zdroj elektrické energie – větrný park tří elektráren Multibrid 5000. Stěžejní výpočtovou částí je termodynamická analýza komponent navrhovaného systému pokročilého úložiště energie ve stlačeném vzduchu (A-CAES). V závěru je provedeno orientační srovnání nákladů oproti bateriovému systému Tesla Powerpack.
Diplomová je zpracována poměrně pečlivě, grafická úprava je nadstandardní. Drobné nedostatky při výpočtu jsou dány poměrně malou zkušeností v oboru (např. některé výpočty médií jsou počítány s entalpiemi, jiné u stejného média s měrnými tepelnými kapacitami). Zjednodušení ve výpočtech je komentováno v rámci diskuze, kterou považuji za přínosnou. K diplomové práci bych měl pouze dvě výtky.
1) V kap. 2 je uvažován průměrný denní provoz 8 hod. Tento odhad bohužel nikdy nebude korespondovat s realitou. Vhodnější by bylo vzít reálný průběh výroby z VtE v rámci různých období v roce a nasimulovat systém akumulace pro reálný průběh výroby z VtE tak, aby zohledňoval roční využití instalovaného výkonu VtE.
2) V rámci hodnocení efektivnosti (A-CAES) byla uvažována pouze tzv. „Plant energy efficiency“. Vhodnější by v tomto případě bylo vzít v úvahu i jiné účinnosti.
Výše zmíněné výtky však nemají vliv na celkové hodnocení práce. Předloženou práci doporučuji k obhajobě a hodnotím známkou výborně/A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Pokuste se odhadnout jak by fungovala akumulace z VtE u systému (A-CAES) v případě uvažování reálného průběhu výroby z VtE při zohlednění ročního využití instalovaného výkonu VtE.
  2. Jaké budou ostatní účinnosti sytému (A-CAES). "Storage Efficiency of CAES", "Primary Energy Efficiency" a "Gas Turbine Cycle Thermal Efficiency"?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová