Concept and modeling of the storage system using a metallurgical furnace
A. Grabski 1  
,   J. Lasek 1,   J. Zuwała 1
 
More details
Hide details
1
Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze
 
Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 2017;20(4):117–128
 
KEYWORDS
ABSTRACT
The paper presents a concept, a mathematical model and simulation calculations of the dynamics of the storage of electric energy using heat collected in heated metal in a metallurgical melting furnace of aluminum. It was assumed that a system based on the organic Rankine cycle (ORC) would be used for the recovery of electricity. The properties of the intermediate circuit between the storage system and the recovery were also analyzed. An example charging scenario is presented, taking the actual time characteristics of the electricity conversion using a wind farm into account. This assumes the hypothetical characteristics of the user’s electricity demand. The results of the numerical calculations show that this arrangement is excellent for stabilizing the variable production curve with respect to the demand for electricity and heat. The results of furnace charging with the energy obtained from the wind farm and the discharge by the hypothetical user are presented. The characteristics of the heat accumulation in the furnace, the temperature of the storage medium and the efficiency are also given. The calculations also take the influence of insulation resistance on the energy storage characteristics into account. It has been noted that the key parameters influencing the efficiency of the system are the characteristics of the system (mainly the waiting time for the discharge and the amount of stored energy) and the quality of thermal insulation of the furnace.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Koncepcja i modelowanie układu magazynowania energii z wykorzystaniem pieca metalurgicznego do topienia aluminium
magazynowanie energii, piec metalurgiczny, inercyjne wygładzanie przebiegów
W pracy przedstawiono koncepcję, model matematyczny oraz obliczenia symulacyjne dynamiki układu magazynowania energii elektrycznej wykorzystującego ciepło zgromadzone w rozgrzanym metalu, w metalurgicznym piecu do topienia aluminium. Przyjęto, iż do odzysku energii elektrycznej zastosowany będzie układ pracujący na zasadzie organicznego cykl Rankine’a (ORC). Analizie poddano również właściwości obiegu pośredniego pomiędzy układem magazynowania a odzysku. Przedstawiono przykładowy scenariusz ładowania przy uwzględnieniu rzeczywistej charakterystyki czasowej konwersji energii elektrycznej za pomocą farmy wiatrowej. Założono przy tym hipotetyczną charakterystykę zapotrzebowania na energię elektryczną przez użytkownika. Przedstawiono wyniki obliczeń numerycznych, z których wynika, że układ taki znakomicie nadaje się do stabilizacji zmiennej charakterystyki wytwarzania w odniesieniu do zapotrzebowania odbiorców na energię elektryczną oraz ciepło. Przedstawiono wyniki przebiegów czasowych ładowania pieca energią uzyskaną z farmy wiatrowej oraz rozładowania przez hipotetycznego użytkownika. Podano również charakterystyki zmienności ciepła akumulowanego w piecu, temperatury czynnika magazynującego, sprawności. W obliczeniach uwzględniono również wpływ oporu cieplnego izolacji na charakterystyki magazynowania energii. Zauważono, iż kluczowymi parametrami wpływającymi na sprawność układu są charakterystyka użytkowania układu (głównie czas oczekiwania na rozładowanie oraz ilość zmagazynowanej energii) oraz jakość izolacji termicznej pieca. a odzysku. Przedstawiono przykładowy scenariusz ładowania przy uwzględnieniu rzeczywistej charakterystyki czasowej konwersji energii elektrycznej za pomocą farmy wiatrowej. Założono przy tym hipotetyczną charakterystykę zapotrzebowania na energię elektryczną przez użytkownika. Przedstawiono wyniki obliczeń numerycznych, z których wynika, że układ taki znakomicie nadaje się do stabilizacji zmiennej charakterystyki wytwarzania w odniesieniu do zapotrzebowania odbiorców na energię elektryczną oraz ciepło. Przedstawiono wyniki przebiegów czasowych ładowania pieca energią uzyskaną z farmy wiatrowej oraz rozładowania przez hipotetycznego użytkownika. Podano również charakterystyki zmienności ciepła akumulowanego w piecu, temperatury czynnika magazynującego, sprawności. W obliczeniach uwzględniono również wpływ oporu cieplnego izolacji na charakterystyki magazynowania energii. Zauważono, iż kluczowymi parametrami wpływającymi na sprawność układu są charakterystyka użytkowania układu (głównie czas oczekiwania na rozładowanie oraz ilość zmagazynowanej energii) oraz jakość izolacji termicznej pieca.
 
REFERENCES (7)
1.
Bilgili i in. 2015 – Bilgili, M., Ozbek, A., Sahin, B. i Kahraman, A. 2015. An overview of renewable electric power capacity and progress in new technologies in the world. Renewable and Sustainable Energy Reviews 49, s. 323–334.
 
2.
Ibrahim i in. 2008 – Ibrahim, H., Ilinca, A. i Perron, J. 2008. Energy storage systems – Characteristics and comparisons. Renewable and Sustainable Energy Reviews 12(5), s. 1221–1250.
 
3.
lac. (2017). [Online] Dostępne w: http://old.lac.cz/pl/produkty/ Dostęp: 13.07.2017].
 
4.
Quoilin i in. 2013 – Quoilin, S., Broek, M.V.D., Declaye, S., Dewallef, P. i Lemort, V. 2013. Techno-economic survey of Organic Rankine Cycle (ORC) systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews 22, s. 168–186.
 
5.
Van Essen i in. 2009 – Van Essen, V., Zondag, H., Gores, J.C., Bleijendaal, L., Bakker, M., Schuitema, R., Van Helden, W., He, Z. i Rindt, C. 2009. Characterization of MgSO4 hydrate for thermochemical seasonal heat storage. Journal of solar energy engineering 131(4), 041014.
 
6.
Walker, G. 1980. Stirling engines: Clarendon Press.
 
7.
Zhang i in. 2016 – Zhang, H., Baeyens, J., Cáceres, G., Degrève, J. i Lv, Y. 2016. Thermal energy storage: Recent developments and practical aspects. Progress in Energy and Combustion Science 53, s. 1–40.
 
ISSN:1429-6675