Optimierung der Treibstoffeffizienz von Gasturbinen in hybriden Offshore-Energiesystemen durch prädiktive Regelung mit Komplementaritätsbedingungen

핵심 개념

Durch den Einsatz von Komplementaritätsbedingungen in der prädiktiven Regelung können Gasturbinen in hybriden Offshore-Energiesystemen effizient betrieben und Treibhausgasemissionen reduziert werden.

초록

Der Artikel untersucht zwei Ansätze zur Berücksichtigung der semi-kontinuierlichen Betriebsbereiche von Gasturbinen in hybriden Offshore-Energiesystemen durch prädiktive Regelung und dynamische Optimierung.
Der erste Ansatz optimiert die Treibstoffeffizienz der Gasturbinen direkt, indem Komplementaritätsbedingungen verwendet werden, um die Möglichkeit zum Abschalten der Gasturbinen in der Optimierung zu berücksichtigen. Der zweite Ansatz optimiert die Treibstoffeffizienz indirekt, indem die Gasturbinen nur bei Volllast oder komplett abgeschaltet betrieben werden können.
Die Simulationsergebnisse zeigen, dass der indirekte Ansatz eine höhere Treibstoffeffizienz und geringere Treibhausgasemissionen erreicht als ein Basisregler, der die semi-kontinuierlichen Betriebsbereiche der Gasturbinen nicht berücksichtigt. Der direkte Ansatz bietet zwar ebenfalls Vorteile gegenüber dem Basisregler, hat aber den Nachteil, dass er die Batterie stärker ausnutzt, was die zukünftige Flexibilität des Systems einschränken kann.

통계

Die Treibstoffeffizienz ηgtg der Gasturbinen kann durch folgende Gleichung approximiert werden:
ηgtg(t) = (α1 ¯Pgtg(t)2 + α2 ¯Pgtg(t)), wenn ¯Pgtg(t) ≥ ¯Pgtg,min, sonst 0.
Die Treibhausgasemissionen ṁCO2(t) hängen direkt von der Treibstoffeffizienz ηgtg(t) ab:
ṁCO2(t) = (MCO2/MCH4) · (P gtg(t) / ηgtg(t) · LHVCH4).

인용구

"Durch den Einsatz von Komplementaritätsbedingungen in der prädiktiven Regelung können Gasturbinen in hybriden Offshore-Energiesystemen effizient betrieben und Treibhausgasemissionen reduziert werden."
"Der indirekte Ansatz optimiert die Treibstoffeffizienz indirekt, indem die Gasturbinen nur bei Volllast oder komplett abgeschaltet betrieben werden können."

핵심 통찰 요약

Complementarity-constrained predictive control for efficient gas-balanced hybrid power systems

by Kiet Tuan Ho... 게시일 arxiv.org 04-11-2024

https://arxiv.org/pdf/2404.06813.pdf

더 깊은 질문

Wie könnte man die vorgestellten Ansätze erweitern, um auch Unsicherheiten in Windgeschwindigkeit und Leistungsnachfrage zu berücksichtigen

Um Unsicherheiten in Windgeschwindigkeit und Leistungsnachfrage zu berücksichtigen, könnten die vorgestellten Ansätze durch die Integration von probabilistischen Modellen erweitert werden. Statt nur deterministische Werte für Windgeschwindigkeit und Leistungsnachfrage zu verwenden, könnten Wahrscheinlichkeitsverteilungen für diese Variablen berücksichtigt werden. Dies würde es ermöglichen, stochastische Optimierungsmodelle zu entwickeln, die die Unsicherheiten in diesen Parametern berücksichtigen. Durch die Verwendung von probabilistischen Vorhersagen für Windgeschwindigkeit und Leistungsnachfrage könnten die Controller robustere Entscheidungen treffen und die Leistung des Systems unter unsicheren Bedingungen optimieren.

Welche zusätzlichen Aspekte, wie z.B. Wartungskosten oder Lebensdauer der Gasturbinen, könnten in die Optimierung einbezogen werden, um eine ganzheitlichere Bewertung zu ermöglichen

Zusätzlich zur Optimierung der GT-Effizienz könnten weitere Aspekte in die Optimierung einbezogen werden, um eine ganzheitlichere Bewertung zu ermöglichen. Ein wichtiger Aspekt könnte die Berücksichtigung von Wartungskosten und Lebensdauer der Gasturbinen sein. Durch die Integration von Modellen für Wartungskosten und Lebensdauer könnten die Optimierungsmodelle so angepasst werden, dass sie nicht nur die Effizienz maximieren, sondern auch die langfristigen Kosten und die Lebensdauer der Anlagen berücksichtigen. Dies würde es ermöglichen, Entscheidungen zu treffen, die nicht nur kurzfristig effizient sind, sondern auch langfristig nachhaltig und kosteneffektiv.

Welche Möglichkeiten gibt es, die Komplementaritätsbedingungen effizienter in die Optimierung zu integrieren, um die Rechenzeit weiter zu reduzieren

Um die Komplementaritätsbedingungen effizienter in die Optimierung zu integrieren und die Rechenzeit weiter zu reduzieren, könnten verschiedene Ansätze verfolgt werden. Eine Möglichkeit wäre die Verwendung fortschrittlicher Optimierungsalgorithmen, die speziell für die Behandlung von Komplementaritätsbedingungen optimiert sind. Darüber hinaus könnten Techniken wie Parallelisierung und verteiltes Rechnen eingesetzt werden, um die Rechenzeit zu reduzieren. Durch die Implementierung effizienter Solver und die Nutzung von Hochleistungsrechenressourcen könnten die Komplementaritätsbedingungen schneller und effizienter gelöst werden, was zu einer insgesamt verbesserten Leistung der Optimierungsalgorithmen führen würde.