Optimal Operation of a Novel Small-Scale Power-to-Ammonia Cycle under Possible Disturbances and Fluctuations in Electricity Prices

调度(生产过程) 数学优化 计算机科学 比例(比率) 工艺工程 发电 工作(物理) 功率(物理) 工程类 数学 电气工程 物理 量子力学 机械工程
作者
Pascal Koschwitz,Chiara Anfosso,Rafael Guédez,Daria Bellotti,L.J. Ross,José Ángel García García,Jochen Ströhle,Bernd Epple
出处
期刊:Energies [MDPI AG]
卷期号:17 (16): 4171-4171
标识
DOI:10.3390/en17164171
摘要

Power-to-Ammonia (P2A) is a promising technology that can provide a low-emission energy carrier for long-term storage. This study presents an optimization approach to a novel small-scale containerized P2A concept commissioned in 2024. A dynamic nonlinear optimization problem of the P2A concept is set up, employing the non-commercial MOSAIC® software V3.0.1 in combination with the NEOS® server. In total, seven optimization solvers, ANTIGONE®, CONOPT®, IPOPT®, KNITRO®, MINOS®, PATHNLP®, and SNOPT®, are used. The first and main part of this work optimizes several disturbance scenarios of the concept and aims to determine the optimal reactor temperature profile to counter the disturbances. The optimization results suggest, for example, lowering the reactor temperature profile if the hydrogen and nitrogen inlet streams into the system decrease. The second part of this work presents a crude dynamic optimal scheduling model. This part aims to determine the amount of ammonia to be produced and sold given a randomized price of electricity for three consecutive points in time. The optimization results recommend decreasing production when the price of electricity is high and vice versa. However, the dynamic model must be improved to include fluctuations in the price of ammonia. Then, it can be used as a real-time optimization tool.

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