Kompletteringsskrivning i EG2050 Systemplanering, 4 april 2011, 13:00-15:00, H21

Relevanta dokument
Kompletteringsskrivning i EG2050/2C1118 Systemplanering, 14 april 2007, 18:00-20:00, seminarierummet

Kompletteringsskrivning i EG2050 Systemplanering, 12 april 2013, 13:00-15:00, seminarierummet

Kompletteringsskrivning i 2C1118 Systemplanering, 27 mars 2007, 17:00-19:00, Q36

Kompletteringsskrivning i EG2050 Systemplanering, 23 juni 2011, 9:00-11:00, seminarerummet

Tentamen 11 juni 2015, 8:00 12:00, Q21

Kontrollskrivning 1 4 februari, 9:00 10:00, L44, L51

Kontrollskrivning 1 i EG2050 Systemplanering, 6 februari 2014, 9:00-10:00, Q31, Q33, Q34, Q36

Tentamen i EG2050/2C1118 Systemplanering, 9 juni 2010, 8:00 13:00, V34, V35

Tentamen i EG2050 Systemplanering, 10 juni 2008, 8:00 13:00, V34, V35

Tentamen i EG2050/2C1118 Systemplanering, 18 mars 2010, 14:00 19:00, E31, E35, E36, E51-E53

Tentamen i 2C1118 Systemplanering, 8 juni 2007, 8:00 13:00, V34

Tentamen i EG2050 Systemplanering, 20 maj 2014, 14:00 19:00, Q24, Q26

Tentamen i EG2050 Systemplanering, 5 juni 2013, 8:00 13:00, E34-E36

Tentamen i 2C1118 Systemplanering, 12 mars 2007, 8:00 13:00, D31-D34

Tentamen i EG2050 Systemplanering, 14 mars 2013, 8:00 13:00, E31, E32, E35, E36, E51, E52

Projektuppgift CD. Avdelningen för elkraftteknik EG2205 DRIFT OCH PLANERING AV ELPRODUKTION Vårterminen 2016

Tentamen i EG2050 Systemplanering, 16 mars 2011, 14:00 19:00, E34, E36

Projektuppgift E. Avdelningen för elektriska energisystem EG2205 DRIFT OCH PLANERING AV ELPRODUKTION Vårterminen 2015

Tentamen 19 mars, 8:00 12:00, Q22, Q26

Monte Carlo-simulering. EG2205 Föreläsning 15 18, vårterminen 2015 Mikael Amelin

Projektuppgift AB. Avdelningen för elektriska energisystem EG2205 DRIFT OCH PLANERING AV ELPRODUKTION Vårterminen 2015

Instruktioner. Hemuppgifter

Instruktioner. Hemuppgifter

Simulering av elmarknader. EG2205 Föreläsning 11, vårterminen 2016 Mikael Amelin

EG2205 Drift och planering av elproduktion. Introduktion Vårterminen 2015

Kompletteringsskrivning i EG2050 Systemplanering, 17 september 2009, 9:00-11:00, stora konferensrummet

Tentamen 9 juni 2016, 8:00 12:00, Q21

Kursprogram vårterminen 2016

Presentationsteknik. EG2205 Föreläsning 4, vårterminen 2015 Mikael Amelin

Kan man köpa grön el? Så fungerar elsystemet och elhandeln Mikael Amelin Avd. för elkraftteknik

Prisbildning på den nordiska elmarknaden

Frekvensreglering. EG2205 Föreläsning 5-6, vårterminen 2015 Mikael Amelin

EG2205 Drift och planering av elproduktion. Introduktion Vårterminen 2016

Hur blåser vindarna. Potential, vad kan man göra, vad får man plats med och tekniska möjligheter. Power Väst - Chalmers, 5 september 2014

System planning, EG2050 introduction. Lennart Söder Professor in Electric Power Systems

Kursprogram vårterminen 2013

Sune Zander Brittedals Elnät ekonomisk förening. Ett medlemsägt företag med eldistribution, elproduktion med vattenkraft samt elhandel.

POTENTIAL ATT UTVECKLA VATTENKRAFTEN - FRÅN ENERGI TILL ENERGI OCH EFFEKT

Behovet av snabbreglerad elkraft

Ett robust och leveranssäkert elsystem vad säger forskningen?

Tentamen i Samhällsekonomi (NAA132)

Efterfrågeflexibilitet i konsumentledet. En kraft att räkna med?! NEPP seminarium Björn Berg

Facit/Lösningsförslag till Tentamen (TEN1) TSFS11 Energitekniska System. 23:e Aug, 2014, kl

Kursprogram vårterminen 2014

Vilken påverkan har en ökad andel variabel elproduktion?:

Seminarium om elsystemet

Det här är elcertifikatsystemet

Efterfrågeflexibilitet. En outnyttjad resurs i kraftsystemet

Prisbildning på el på den nordiska marknaden

Tentamensinstruktioner

KRAFTPRODUKTION SAMT ÖVERFÖRING AV EL Guy-Raymond Mondzo, ÅF

Korttidsplanering av. mängder vindkraft

MJ1145-Energisystem VT 2015 Föreläsning om att hålla balans i elnät: L2-L3. Kraftsystemet = en lång cykel. Syftet med ett kraftsystem:

Vindkraft. Varför? Finns det behov? Finns det ekonomi i vindkraft? Samverkan ett recept till framgång!

Vägval i Effektfrågan: Förutsättningar för en energy-only-marknad och aktiva konsumenter

100% förnybar energi i det Svenska El-Energisystemet Svensk Vindkraftförening 30 års Jubileum och stämma, Kalmar-salen, Kalmar

Tentamen i EG2050/2C1118 Systemplanering, 14 mars 2009, 8:00 13:00, Q21, Q22

Elforsk seminarium Ersätta och bygga nya reaktorer

Ett sätt att förklara hur balansen upprätthålls i ett elsystem är att dra en parallell med en cykel.

Energisäkerhetsaspekter på förnybar, distribuerad och intermittent elproduktion

Förvärv av vindkraftverk

Gemensam elcertifikatmarknad Sverige - Norge

Tentamen i Samhällsekonomi (NAA132)

Möjligheterna att balansera vindkraftens variationer

Överföring av vindkraftgenererad el från norra till södra Sverige, Sveca- Söder december 2002

André Höglund Energimyndigheten Enheten för operativa styrmedel

Prisbildning på elmarknader. EG2205 Föreläsning 3 4, vårterminen 2015 Mikael Amelin

Tentamensinstruktioner. När Du löser uppgifterna

Smarta elnät För ett hållbart samhälle

Beordrad nedreglering av Ringhals säkrade driftsäkerheten

Hur kan elmarknaden komma att utvecklas?

Konsekvenser av höjda kvotnivåer i elcertfikatsystemet på elmarknaden

Investeringar på elmarknaden - fyra förslag för förbättrad funktion

LAGÄNDRINGAR 1 JANUARI 2007

Studie av sannolikhet för hög elförbrukning, effektbrist, effektvärden och höga elpriser

Tentamen Elenergiteknik

Reglering av ett framtida kraftsystem

Vindkraft - ekonomi. Sara Fogelström

Linjärprogramming. EG2205 Föreläsning 7, vårterminen 2015 Mikael Amelin

Övningsuppgifter för sf1627, matematik för ekonomer. 1. Förenkla följande uttryck så långt det går: Derivator

Tentamensinstruktioner

Framtida prisskillnader mellan elområden

Korttidsplanering. EG2205 Föreläsning 8 10, vårterminen 2015 Mikael Amelin

Att ansluta en produktionsanläggning till elnätet

TAOP88/TEN 1 OPTIMERING FÖR INGENJÖRER

1 Modell för upphandling

Ett lika robust elsystem i framtiden? Svenska kraftnäts syn. Energikommissionen

Tentamen. Makroekonomi NA0133. Juni 2015 Skrivtid 3 timmar.

SF1635, Signaler och system I

Tentamen i Matematisk statistik Kurskod S0001M

MIO310 OPTIMERING OCH SIMULERING, 4 p

1 Modell för upphandling

Tentamensinstruktioner

Simulering av Sveriges elförsörjning med Whats Best

Tentamen. Makroekonomi NA0133. November 2015 Skrivtid 3 timmar.

Den avreglerade nordiska elmarknaden

Tentamen i TMA 982 Linjära System och Transformer VV-salar, 27 aug 2013, kl

Varifrån kommer elen?

Hur möjliggörs 100% förnybart till 2040? Möjligheter i Skellefteälven

Transkript:

Kompletteringsskrivning i EG2050 Systemplanering, 4 april 2011, 13:00-15:00, H21 Instruktioner Endast de uppgifter som är markerade på det bifogade svarsbladet behöver lösas (på de övriga uppgifterna tillgodoräknas resultatet från tentamen). Några motiveringar eller beräkningar behöver inte redovisas. Denna kompletteringsskrivning kan totalt ge 40 poäng. Godkänt betyg garanteras vid 33 poäng. Tillåtna hjälpmedel Vid denna kompletteringsskrivning får följande hjälpmedel användas: Miniräknare utan information med anknytning till kursen. Eandskriven, enkelsidig A4-sida med egna anteckningar (original, ej kopia). Denna sida skall lämnas in tillsammans med svarsbladet.

2

Uppgift 1 (4 p) Besvara följande teorifrågor genom att välja ett alternativ, som du anser är korrekt. a) (1 p) Vilken eller vilka aktörer har ansvaret för att den fysiska balansen mellan produktion och konsumtion upprätthålls i varje ögonblick? 1. Varje enskild producent respektive konsument. 2. De balansansvariga aktörerna. 3. Systemoperatören. b) (2 p) Konsumenterna på en bilateral elmarknad har följande valmöjligheter: I) De kan välja vilken systemoperatör de vill ha, II) De kan välja vilken elleverantör de vill ha, III) De kan välja vilken aktör som ska sköta deras balansansvar. 1. Inget av påståendena är sanna. 2. Endast I är sant. 3. Endast III är sant. 4. I och II är sanna men inte III. 5. II och III är sanna men inte I. c) (1 p) Betrakta en producent som mellan 13 och 14 producerar enligt plan, med undantag för att man kl. 13:40 på systemoperatörens begäran verkställer ett uppregleringsbud på 180 MW. Vilken realtidshandel har detta bolag genomfört under denna timme? 1. Bolaget har köpt 60 MWh reglerkraft av systemoperatören. 2. Bolaget har sålt 60 MWh reglerkraft till systemoperatören. 3. Bolaget har sålt mer än 60 MWh reglerkraft till systemoperatören. 3

Uppgift 2 (6 p) Antag att det råder perfekt konkurrens på elmarknaden i Land, att alla aktörer har perfekt information och att det inte finns några nät-, magasins- eller effektbegränsningar. Data för kraftverken i Land ges i tabell 1. De rörliga produktionskostnaderna antas vara linjära i de angivna intervallen, d.v.s. då produktionen är noll är priset på den lägsta nivån och vid maximal produktion är priset på deögsta nivån. Data för elförbrukningen i Land ges i tabell 2. Konsumenternas betalningsvilja antas vara linjär i de angivna intervallen, d.v.s. då förbrukningen är noll är priset på deögsta nivån och vid maximal förbrukningen är priset på den lägsta nivån. Kraftslag Tabell 1 Data för kraftverken i Land. Produktionskapacitet [TWh/år] Rörlig kostnad [ /MWh] Vattenkraft 20 4 6 Kärnkraft 10 10 15 Biobränsle 10 20 40 Fossila bränslen 10 20 40 Typ av elförbrukning Tabell 2 Data för elförbrukningen i Land. Maximal konsumtion [TWh/år] Betalningsvilja [ /MWh] Baslast 40 100 Priskänslig last 5 20 40 Elintensiv industri 5 0 10 a) (2 p) Hur stor skulle den totala elproduktionen vara i Land om elpriset vore 30 /MWh? b) (2 p) Hur stor skulle den totala elförbrukningen vara i Land om elpriset vore 30 /MWh? c) (2 p) Vid vilket elpris råder balans mellan utbud och efterfrågan i Land? 4

Uppgift 3 (6 p) Betrakta ett elsystem indelat i två areor, Land och Ön. De två areorna är förbundna via en växelströmsledning med en maximal kapacitet på 400 MW. Denna förbindelse är försedd med ett skyddssystem som efter en viss tidsfördröjning automatiskt kopplar bort förbindelsen om flödet skulle överskrida den maximala kapaciteten. Kl. 13:00 överförs 390 MW från Land till Ön på denna ledning. Data för kraftverken på Ön framgår av tabell 3. De kraftverk som är belägna i Land och som deltar i primärregleringear en sammanlagd reglerstyrka på 4 400 MW/Hz. Denna reglerstyrka är tillgänglig i frekvensområdet 50±0,4 Hz. Kraftverk Elproduktion kl. 13:00 [MW] Tabell 3 Kraftverken på Ön. Minimal produktion då kraftverket är i drift [MW] Installerad effekt [MW] Kl. 13:00 råder balans mellan produktion och konsumtion i systemet och frekvensen är lika med 49,98 Hz i hela systemet. Vid detta tillfälle förlorar man 600 MW produktion till följd av en kortslutning i ett ställverk i Land. a) (2 p) Hur stor blir elproduktionen i Forsen efter att primärregleringen återställt balansen mellan produktion och konsumtion? b) (2 p) Hur stor blir elproduktionen i Flisinge efter att primärregleringen återställt balansen mellan produktion och konsumtion? c) (1 p) Vilken frekvens får man på Ön? Svara med tre decimaler! d) (1 p) Vilken frekvens får man i Land? Svara med tre decimaler! Reglerstyrka [MW/Hz] Flisinge 75 35 120 200 Forsen 60 10 80,4 200 Udden 127,3 0 180 5

Uppgift 4 (12 p) AB Energi äger kraftvärmeverket Flisinge med tre block, samt kärnkraftverket Strålinge med två reaktorer. Dessutom äger man en vindkraftpark. Antag att bolaget formulerat sitt korttidsplaneringsproblem som ett MILP-problem och att maar infört följande beteckningar: Index för kraftverken: Flisinge block I - 1, Flisinge block II - 2,Flisinge block III - 3, Strålinge I - 4, Strålinge II - 5. β Gg = rörlig produktionskostnad i kraftverk g, g = 1,, 5, C+ g = startkostnad i kraftverk g, g = 1,, 5, G g, t = elproduktion i kraftverk g, timme t, g = 1,, 5, t = 1,, 24, G g = installerad effekt i kraftverk g, g = 1,, 5, G g = minimal elproduktion då kraftverk g är i drift, g = 1,, 5, + = startvariabel för kraftverk g, timme t, g = 1,, 5, t = 1,, 24, s gt, u g, 0 = driftstatus i kraftverk g vid planeringsperiodens början, g = 1,, 5, u g, t = driftstatus i kraftverk g, timme t, g = 1,, 5, t = 1,, 24, W t = förväntad vindkraftproduktion timme t, t = 1,, 24. a) (3 p) Vilka av beteckningarna ovan representerar optimeringsvariabler respektive parametrar? b) (4 p) AB Energi önskar minimera driftkostnaden under det kommande dygnet. Formulera målfunktionen i bolagets korttidsplaneringsproblem. Använd beteckningarna ovan. c) (3 p) Formulera gränserna för de optimeringsvariabler i AB Energis korttidsplaneringsproblem som definierats ovan. För att få full poäng på denna uppgift måste du även ange tilllåtna indexvärden för varje gräns! d) (2 p) Den maximala produktionsekvivalenten i vattenkraftverket Forsen är 0,6 MWh/TE. Antag att kraftverket ska producera 88,2 MWh mellan 13:00 och 14:00. Hur stor är tappningen i Forsen under denna timme om den relativa verkningsgraden är 98%? Svaret ska ges i TE. 6

Uppgift 5 (12 p) Mji är en stad i Östafrika. Staden är inte ansluten till något nationellt elnät, utan maar ett eget lokalt system som försörjs av ett vattenkraftverk och två dieselgeneratorer. Vattenkraftverket saknar magasin, men vattenflödet är alltid tillräckligt stort för att man ska kunna producera installerad effekt (300 kw) och risken för driftstopp i kraftverket är försumbar. Dieselgeneratorna har en kapacitet på 100 kw vardera. Bägge generatorerna har tillgängligheten 80% och driftkostnaden 2 /kwh. 1 0,8 F 0, F 3 F 0( x) F 3( x) x = 200 x = 300 x = 400 x = 500 x = 600 1 0,2 0 0 0 1 0,488 0,104 0,008 0 0,6 0,4 0,2 x 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 kw a) (2 p) Använd stokastisk produktionskostnadssimulering för att beräkna den förväntade ickelevererade energin per timme. b) (2 p) Använd stokastisk produktionskostnadssimulering för att beräkna den förväntade driftkostnaden per timme. c) (2 p) Använd stokastisk produktionskostnadssimulering för att beräkna risken för effektbrist. d) (2 p) Antag att man vill göra en Monte Carlo-simulering av elsystemet i Mji och att man vill använda slumptalskomplement då man slumpar fram den totala lasten i systemet. Vilket värde får slumptalskomplementet, D*, om den totala lasten i systemet slumpas fram till D = 350 kw? e) (4 p) Antag att man i Monte Carlo-simuleringen använder en detaljerad modell som tar hänsyn till förlusterna i elnätet. Resultaten från 10 000 scenarier redovisas i tabell 4. I denna simulering används både kontrollvariabler och stratifierad sampling. Kontrollvariablerna beräknas med hjälp av en förenklad modell som motsvarar den modell som används vid stokastisk produktionskostnadssimulering. Vilken skattning av ETOC ger denna simulering? Stratum, h Tabell 4 Resultat från en Monte Carlo-simulering av elsystemet i uppgift 5. Stratumvikt, ω h Antal scenarier, Resultat från detaljerad modell, i = 1 Resultat från förenklad modell, (där x i, h är det observerade värdet (där z i, h är det observerade värdet på TOC i scenario i, stratum h) på TOC i scenario i, stratum h) 1 0,75 100 0 0 2 0,05 4 900 58 800 0 3 0,2 5 000 602 000 490 000 x ih, i = 1 z ih, 7

Svarsblad Namn:... Personnummer:... Uppgift 1 a) Alternativ... är korrekt. b) Alternativ... är korrekt. c) Alternativ... är korrekt. Uppgift 2 a)... TWh/år b)... TWh/år c)... /MWh Uppgift 3 a)... MW b)... MW c)... Hz d)... Hz Uppgift 4 a) Parametrar:... Optimeringsvariabler:... b)... c)......... d)... TE Uppgift 5 a)... kwh/h b)... /h c)... % d)... kw e)... /h

Lösningsförslag till kompletteringsskrivning i EG2050 Systemplanering, 4 april 2011. Uppgift 1 a) 3, b) 5, c) 2. Uppgift 2 a) Vid elpriset 30 /MWh används all vattenkraft och kärnkraft samt hälften vardera av biobränsleproduktionen och den fossilbaserade elproduktionen, vilket ger totalt 20 + 10 + 5 + 5 = 40 TWh/år. b) Vid elpriset 30 /MWh efterfrågas all baslast samt hälften av den priskänsliga lasten, vilket ger en total förbrukning på 40 + 2,5 = 42,5 TWh/år. c) Anta ett elpriset, λ, mellan 20 och 40 /MWh. Utbudet vid denna prisnivå kan skrivas 30 + (λ 20) och efterfrågan kan skrivas 45 (λ 20)/4. Dessa två uttryck ska vara lika, vilket ger elpriset λ = 32 /MWh. Uppgift 3 a) Till följd av bortfallet ökar varje kraftverk elproduktionen i enlighet med kraftverkets andel av den totala reglerstyrkan, vilket skulle innebära en ökning på 200/4800 600 = 25 MW i Forsen. Det går dock endast att öka produktionen med 20,4 MW och således kommer kraftverket att producera så mycket som möjligt, d.v.s. 80,4 MW. b) I och med att Forsen inte längre bidrar med reglerstyrka är den totala reglerstyrkan nu 4600MW/Hz. Eftersom Forsen ökar elproduktionen med 20,4 MW måste den sammanlagda ökningen i de övriga kraftverken bli 579,6 MW. Flisinges andel av denna produktionsökning blir 200/4 600 579,6 = 25,2 MW. Den nya elproduktionen blir därmed 100,2 MW. c) Överföringen från Land till Ön kommer att minska eftersom produktionen på Ön ökar utan att lasten förändrats. Detta innebär att det inte finns någon risk att transmissionsförbindelsen kopplas bort. Den nya frekvensen i systemet sätts av de kraftverk som fortsätter att bidra med reglerstyra tills dess att balansen mellan produktion och konsumtion är återställd, d.v.s. Δf = 579,6/4 600 = 0,126 Hz. Den nya frekvensen på Ön blir alltså 49,98 0,126 = 49,854 Hz. d) Frekvensen på Land är densamma som på Ön, d.v.s. 49,854 Hz. Uppgift 4 a) Parametrar: β Gg, C + g, Gg, G g, u g, 0 och W t. Optimeringsvariabler: G g, t, s + gt,, och u g, t. b) minimera 24 t = 1 5 g = 1 ( C + g sgt + β G Gg g t ). Gg g t c) Minsta respektive största elproduktion i varje timme regleras med särskilda bivillkor. De enda gränser som behöver anges är därmed för de binära variablerna: + s gt, {0, 1}, g = 1, 2, 3, t = 1,, 24, u g, t {0, 1}, g = 1, 2, 3, t = 1,, 24. d) Elproduktionen som funktion av tappningen kan skrivas H(Q) = η(q)γ max Q Q = H(Q)/η(Q)γ max = 88,2 MWh/(0,98 0,6 MWh/TE) = 150 TE. Uppgift 5 a) Den förväntade icke-levererade energin ges av EENS 3 = F 3 ( x ) d x = 0,008 100/2 =0,4 kwh/h. 500 b) Till att börja med kan vi notera att F 1 ( x ) = F 0 ( x ), eftersom vi inte har några bortfall i vattenkraftverket. Den icke-levererade energin om man endast beaktar vattenkraftverket blir då EENS 1 = F 1 ( x ) d x = 0,2 100/2 =10kWh/h. 300 Den förväntade sammanlagda elproduktionen i de två dieselgeneratorerna blir då EG 23 = EENS 1 EENS 3 = 10 0,4 =9,6 kwh/h och därmed blir den förväntade driftkostnaden ETOC = 2EG 23 = 19,2 /h. c) Risken för effektbrist ges av LOLP = F 3 ( 500 ) = 0,8%. d) Med den inversa transformmetoden erhålls D = F 1 D ( U ), där U är ett U(0, 1)-fördelat slumptal. Eftersom vi i uppgiften fått varaktighetskurvan i stället, kan vi lika gärna använda transformen F 1 D = 0 U Det ursprungliga slumptalet måste ha varit U = ( ) = 0,1. Således är U* = 1 U ( ). F 0 350 = 0,9, vilket ger D* = F 0 1 ( U* ) = 212,5 kw. e) Först beräknar vi den förväntade skillnaden mellan den detaljerade och den förenklade modellen i respektive stratum: 1 m (X Z), h = ---- ( x = i, z h i, h ) i = 1 n h 1 ---- x n i, h z i h h i = 1 i = 1 m (X Z), 1 = 0, m (X Z), 2 = (58 800 0)/4 900 = 12, m (X Z), 3 = (602 000 490 000)/5 000 = 22,4. Därefter viktar vi ihop resultaten för varje stratum i enlighet med deras stratumvikter: 3 m (X Z) = = 0 + 0,05 12 + 0,2 22,4 = 5,08. h = 1 ω h m ( X Z), h ETOC för multi-areamodellen ges av den förväntade skillnaden plus resultatet från SPS-modellen (som beräknades i b-uppgiften): ETOC = m (X Z) + ETOC SPS = 5,08 + 19,2 = 24,28 /h.,,,