Child pages
  • Energetyka: ModWEEL
Skip to end of metadata
Go to start of metadata

Krótki opis usługi

Model sektora Wytwarzania Energii Elektrycznej (ModWEEL) to usługa, w której sektor wytwarzania energii elektrycznej został odwzorowany na poziomie pojedynczych jednostek wytwórczych w godzinowej rozdzielczości czasowej (8760 [h]). Za jej pomocą można prowadzić krótkoterminowe symulacje funkcjonowania sektora wytwórczego w zależności od przyjętych danych i złożeń. Niewątpliwą zaletą jest przyjazny interfejs dla użytkownika – przygotowanie danych scenariuszowych w arkuszu kalkulacyjnym Excel, a także łatwe zlecanie obliczeń i otrzymywanie wyników. Potencjalnymi użytkownikami usługi mogą być przedstawiciele środowiska naukowego, pracownicy i studenci wyższych uczelni technicznych (w szczególności kierunków energetycznych).

Aktywowanie usługi

I. Dostęp do infrastruktury PL-Grid

Aby korzystać z zasobów obliczeniowych PL-Grid należy założyć konto użytkownika, dostać grant obliczeniowy oraz aktywować niezbędne usługi.

1. Zakładanie konta w portalu PL-Grid

Pierwszym krokiem jest rejestracja nowego użytkownika w portalu PL-Grid (Portal PLGRID). Dokładny opis rejestracji w portalu można znaleźć w Podręczniku użytkownika PL-Grid. Studenci oraz osoby, które będą wykonywać obliczenia pod opieką już zarejestrowanego użytkownika powinni w zakładce Afiliacje (Afiliacje) jako typ afiliacji wybrać Podopieczny.

2. Uzyskanie certyfikatu Simple CA

Po zalogowaniu się na swoje kontro w portalu PL-Grid, należy wygenerować certyfikat Simple CA (Aplikowanie, rejestracja i użycie certyfikatu). Certyfikat ten należy pobrać i zapisać na lokalnym dysku (warto zapisać go także na dysku przenośnym, tak by mieć do niego dostęp na innych stacjach roboczych). Następnie można zarejestrować certyfikat w używanej przez siebie przeglądarce internetowej. 

3. Aktywacja wymaganych usług

Kolejnym krokiem jest aplikowanie o usługi. Podręcznik wyjaśnia, w jaki sposób tego dokonać. W katalogu aplikacji i usług należy wyszukać i zaaplikować o dostęp do usługi ModWEEL.

II. Uruchomienie usługi ModWEEL

Po wykonaniu wszystkich opisanych powyżej kroków można przystąpić do instalacji i uruchomienia usługi ModWEEL (Model Sektora Wytwarzania Energii Elektrycznej).

Wymagania: Do poprawnego działania usługi ModWEEL konieczny jest system operacyjny MS Windows oraz zainstalowany arkusz kalkulacyjny MS Excel.

1. Instalacja programu QCG-Icon

Pierwszym krokiem jest pobranie i instalacja programu QCG-Icon, który bedzie odpowiadał za komunikację pomiędzy komputerami użytkowników, a infrastrukturą obliczeniową PL-Grid. Za pośrednictwem tego programu będzie można zlecać wykonanie obliczeń oraz otrzymywać wyniki.

  • Należy zainstalować program QCG-Icon (wymagana jest wcześniejsza instalacja środowiska Java Runtime Environment - wymagania) w wersji 1.5.3 (do pobrania ze strony qoscosgrid.org). Opis instalacji programu QCG-Icon dostępny jest tutaj

Podczas pierwszego uruchomienia programu należy wczytać swój certyfikat osobisty Simple CA i podać do niego hasło.

  • Program poprosi o wybór domeny, w której będą przeprowadzane obliczenia. Należy wybrać opcję Energetyka.

2. Instalacja systemu modelowania GAMS oraz konwertera danych wejściowych

Model matematyczny, który jest integralną częścią usługi, został napisany w języku modelowania matematycznego GAMS. Oprogramowanie to jest zainstalowane w infrastrukturze PL‑Grid, ponieważ obliczenia optymalizacyjne będą wykonywane w klastrach obliczeniowych Cyfronetu. Jednak zanim to nastąpi, część operacji związanych z konwersją danych wejściowych z formatu xlsx do formatu gdx będzie wykonywana na komputerach użytkowników.

  • W związku z tym należy zainstalować darmową wersję systemu modelowania GAMS (Pobierz), która jest wystarczająca do przeprowadzenia operacji konwersji. Podczas instalacji należy wybrać tryb zaawansowany, a następnie zaznaczyć opcję "Add GAMS directory to PATH environment variable".

Niezbędne jest również zainstalowanie konwertera, który zautomatyzuje proces konwersji pliku z danymi wejściowymi (Dane.xlsx) na plik, który może zostać odczytany przez model (Dane.gdx). Także plik z wynikami modelu (Wyniki.gdx) musi zostać przekonwertowany na możliwy do odczytu i edycji arkusz MS Excel (Wyniki.xlsx).

  • W tym celu należy pobrać instalator (Pobierz). Uruchomienie instalatora ModWEELConverter spowoduje zainstalowanie programu/skryptów w katalogu " C:\Program Files\...\" oraz dodanie odpowiednich wpisów do rejestru. W trakcie instalacji należy wskazać folder z instalacją GAMSa - zwykle jest to ścieżka jak np. "C:\GAMS\win64\23.8\" (lokalizacja GAMSa\win{wersja}\{wersja programu}).

Pierwsze kroki

III. Praca z usługą ModWEEL

1. Pobranie danych wejściowych

Jak już wcześniej wspomniano, dane wejściowe (pobierz Dane.xlsx) do modelu ModWEEL udostępnione są w arkuszu MS Excel. Część danych zapisanych w tym pliku będzie można edytować i zmieniać według własnych potrzeb. 

2. Zlecanie zadań obliczeniowych

Aby zlecić zadanie obliczeniowe, należy uruchomić program QCG-Icon, kliknąć zakładkę Plik—>Zleć zadanie..., a następnie wybrać do wczytania plik Dane.xlsx z lokalizacji, w której jest zapisany.

Następnie pojawi się okienko z wyborem dodatkowych ustawień.

  • Pole Nazwa zadania pozwala na wprowadzenie własnej nazwy zlecanego zadania.
  • W polu Aplikacja należy wybrać opcję ModWEEL.
  • W polu Zasób należy wybrać opcję Zeus (Cyfronet).
  • W polu Kolejka można pozostawić opcję Wybór automatyczny.
  • W polu Limit czasu należy wybrać czas, po przekroczeniu którego rozwiązywanie zadania zostanie przerwane. Dla mało skomplikowanych obliczeń można wybrać 10, 20 lub 30 minut, dla większych zadań należy odpowiednio zwiększyć czas do 1, 3 czy 12 godzin.
  • W polu Limit pamięci można zostawić opcję Domyślny lub ustawić do max. 15GB (dla "mniejszych" zadań można wybrać np. 2 lub 4 GB, dzięki temu zadanie szybciej trafi do obliczeń).
  • Dodatkowo jako Rodzaj aplikacji należy wskazać opcję Równoległa. Ilość węzłów należy ustawić na 1, natomiast w polu ilość rdzeni na węzeł można podać wartość od 2 do 12. Zaleca się ustawienie ok. 8 rdzeni (dla mniejszych zadań można ustawić 2, 4, lub 6 rdzeni).


Gdy wszystkie opcje zostaną prawidłowo ustawione, można kliknąć polecenie  Zleć zadanie . Zanim program QCG-Icon wyśle zadanie do obliczeń, dokona konwersji pliku poprzez wykonanie programu DOS-owego. Gdy zadanie zostanie zlecone będzie można śledzić jego status w głównym okienku programu QCG-Icon.

  • W pierwszej kolejności zadanie trafi do systemu kolejkowego czekając na wolne zasoby obliczeniowe (stan zadania--->W kolejce).
  • Gdy zadanie trafi do obliczeń status zadania zmieni się na Uruchomione
  • Po zakończeniu obliczeń, program pobierze wyniki do utworzonego folderu zawierającego nazwę zadania (stan zadania--->Zakończone). Jednocześnie dokona się konwersja wyników modelu, poprzez wykonanie programu DOS-owego, do formatu MS Excel (plik Wyniki.xlsx). 

Zaawansowane użycie

IV. Dane wejściowe do modelu (Dane.xlsx)

Plik z danymi wejściowymi, niezbędny do przeprowadzania obliczeń i otrzymywania wyników w usłudze ModWEEL, jest dostarczony w postaci arkusza kalkulacyjnego MS Excel o nazwie Dane.xlsx. Plik ten zawiera zarówno informacje o przyporządkowaniach danych do poszczególnych zbiorów i podzbiorów funkcjonujących w modelu, jak i tabele, które należy wypełnić wartościami liczbowymi opisującymi parametry techniczne, ekonomiczne i środowiskowe sektora wytwarzania energii elektrycznej w Polsce. Poniżej przedstawiono wykaz nazw zestawu danych wraz nazwą arkusza, w którym są przechowywanePonadto, przedstawiono opisy poszczególnych zakładek wraz z przykładowymi danymi, które należy samodzielnie uzupełnić.

 

Zestawienie symboli danych wykorzystywanych w prototypie usługi wraz z ich lokalizacją w odpowiednich arkuszach pliku Dane.xlsx

1. Arkusz "Indeks"

Pierwszy arkusz w pliku wsadowym o nazwie „Indeks” zawiera informacje niezbędne do prawidłowej konwersji danych znajdujących się w pozostałych zakładkach pliku oraz do ich poprawnego wczytania do modelu zapisanego w systemie GAMS. Znajdują się tam informacje o rodzaju zapisanych danych, ich lokalizacji w pliku oraz zasięgu (ilość kolumn i wierszy). Arkusz ten nie będzie podlegał edycji przez użytkowników.

2. Arkusz "Zbiory"

Arkusz „Zbiory” zawiera informację o zbiorach i podzbiorach zdefiniowanych na potrzeby budowy modelu oraz elementach, które się w nich znajdują. W związku z powyższym można go podzielić na dwie zasadnicze części. Część I dotyczy zbiorów funkcjonujących w modelu, natomiast część II zawiera przyporządkowania zdefiniowanych w części I elementów do odpowiednich podzbiorów.

 


Bardzo ważnym zbiorem jest zbiór „g”, którego elementami są godziny w roku. Za jego pomocą można zlecać przeprowadzenie obliczeń dla zadanej przez nas liczby godzin. Wystarczy w kolumnie „g” wpisać od 1 (odpowiednio: H0001) do 8760 (odpowiednio: H8760) godzin. Możliwe jest dowolne określanie ciągu godzin, tj. np. od H2001 do H2169.

Z uwagi na charakter modelu (model krótkoterminowy) oraz na fakt, iż przy dużej liczbie godzin czas obliczeń ulega znacznemu zwiększeniu, zaleca się przeprowadzać obliczenia dla liczby godzin odpowiadającej dobie, tygodniowi, miesiącowi lub kwartałowi.

3. Arkusze: "E_B", "B_P", "G_M"

Arkusze te zawierają informację o przyporządkowaniach elementów jednego zbioru do elementów innego zbioru. W arkuszu E_P znajdują się przypisania bloków (b) do poszczególnych elektrowni (e). Dzięki tej informacji, model będzie mógł w sposób automatyczny agregować uzyskane wyniki z poziomu pojedynczych bloków, do poziomu całych elektrowni.

Przyporządkowanie bloków (b) do elektrowni (e).

W arkuszu B_P, przyporządkowuje się wykorzystywane paliwo (p) do bloku energetycznego (b). Informacje te wchodzą następnie do równań obliczających koszty wytwarzania mocy.

Przyporządkowanie paliwa (p) do bloków (b).

Ostatni z arkuszy (G_M), zawiera przypisanie godzin (g) do poszczególnych miesięcy roku (m). Takie przyporządkowanie umożliwia podawanie części pozostałych danych wejściowych w układach miesięcznych (np. ceny paliw czy ceny pozwoleń na emisję).

Przyporządkowanie godzin (g) do miesięcy (m).

3. Arkusz "Bloki"

Arkusz ten, powinien zawierać najważniejsze parametry techniczne i ekonomiczne podstawowych jednostek wytwórczych, jakimi są bloki energetyczne. Zebrane są tutaj informacje o blokach energetycznych centralnie dysponowanych oraz pozostałych blokach i elektrowniach (w tym zagregowanych do technologii reprezentatywnych) istotnych z punktu widzenia systemu elektroenergetycznego (również technologie odnawialne). Ponadto, przygotowano zestaw nowych technologii konwencjonalnych i odnawialnych, który można uzupełnić danymi według własnych potrzeb. Dane liczbowe powinny zostać uzupełnione w oparciu o własne informacje i wiedzę ekspercką.

4. Arkusz "Elektrownie"

W arkuszu przechowywane są dane o wskaźniku wykorzystania mocy, na poziomie zagregowanych jednostek wytwórczych, czyli elektrowni. Wskaźnik ten jest stosunkiem rzeczywistej pracy elektrowni w danym okresie (np. produkcji energii elektrycznej) do jej nominalnych zdolności wytwórczych w tym czasie. Dane przechowywane w tym arkuszu mogą być przez użytkownika edytowane w zakresie od 0 (elektrownia nie pracuje) do 1 (elektrownia pracuje na 100% swoich możliwości), przy czym aby zostały one faktycznie wykorzystane w modelu należy wprowadzić nazwę elektrowni w arkuszu „Zbiory” w podzbiorze „ecf”. Domyślnie znajdują się tam tylko elektrownie wodne.

 

5. Arkusz "Zapotrzebowanie"

Jednym z ważniejszych ograniczeń występujących w modelu jest poziom zapotrzebowania na moc, w każdej godzinie roku. Aby model mógł zostać prawidłowo rozwiązany numerycznie, w każdej obliczanej godzinie wytwarzana moc w dostępnych blokach energetycznych (oraz jednostkach i technologiach zagregowanych) musi być co najmniej równa, bądź większa od poziomu zapotrzebowania na moc, który należy uzupełnić w rozdzielczości godzinowej w arkuszu „Zapotrzebowanie”. 

Użytkownicy będą mogli wprowadzać własne dane liczbowe, czy to rzeczywiste z lat poprzednich, czy też wielkości hipotetyczne, w celu sprawdzenia zachowania się systemu wytwarzania przy zadanym obciążeniu. 

6. Arkusze "Import", "Eksport"

Kolejne arkusze, o nazwie „Import” oraz „Eksport”, zawierają informacje o wielkości importowanej oraz eksportowanej energii elektrycznej do polskiego systemu elektroenergetycznego, w układzie godzinowym. Użytkownicy będą mogli wprowadzić własne wielkości importu i eksportu energii elektrycznej, aby w ten sposób symulować warunki założone we własnych scenariuszach badawczych.

7. Arkusz "CenyPaliw"

Arkusz ten należy wypełnić informacjami o cenach spalanych paliw w kotłach energetycznych jednostek wytwórczych. Dane te są wprowadzone w układzie miesięcznym i dotyczą paliw takich jak: węgiel kamienny (WK), węgiel brunatny dla danej odkrywki/elektrowni (WB_Belchatow, WB_Turow, WB_Patnow, WB_Konin, WB_Adamow), gaz ziemny (Gaz), ciężki olej opałowy (OlejOpalowy), biomasa (Biomasa) oraz biogaz (Biogaz). Dodatkowo wprowadzono paliwa obecnie niewykorzystywane w polskiej energetyce, tj. paliwo jądrowe (PaliwoJadrowe) oraz węgiel brunatny z nowych odkrywek (WB_Nowe). Ma to na celu umożliwienie użytkownikom prowadzenie analiz (symulacji) funkcjonowania sytemu wytwarzania energii elektrycznej w sytuacji gdy w krajowym systemie zostanie uruchomiona elektrownia jądrowa, bądź wybudowane zostaną nowe elektrownie na węgiel brunatny.

8. Arkusz "GodzinowyAF"

W przypadku elektrowni wykorzystujących odnawialne zasoby energetyczne (OZE), głównie elektrowni wiatrowych i słonecznych, bardzo istotnym wskaźnikiem jest wskaźnik dyspozycyjności. To czy elektrownie będą mogły produkować energię elektryczną zależy w głównej mierze od warunków pogodowych. W związku z tym, dla technologii odnawialnych, w arkuszu „GodzinowyAF” wprowadzono godzinowy wskaźnik dyspozycyjności, który odzwierciedla zmienność czynników pogodowych. Może się on zmieniać od 0 (elektrownia nie pracuje) do 1 (elektrownia pracuje na 100% swoich zdolności wytwórczych) i można symulować w ten sposób rzeczywiste warunki pracy dla istniejących obecnie elektrowni odnawialnych (Wodne_Przeplywowe, Wiatrowe_Lad, Fotowoltaika) oraz dla perspektywicznych elektrowni odnawialnych (Nowe_Fotowoltaika, Nowe_Wiatr_Morze, Nowe_Wiatr_Lad, Nowe_MaleWodne).

 

9. Arkusz "Pozostałe"

W arkuszu tym przygotowano miejsce na wprowadzenie danych dotyczących opłat emisyjnych dla emitowanych zanieczyszczeń powietrza (PM–pył, SO2–dwutlenek siarki, NOx–tlenki azotu, CO2–dwutlenek węgla) oraz poziomu cen uprawnień do emisji dwutlenku węgla CO2. Dane te, wprowadzone w układzie miesięcznym, będą wykorzystywane w równaniach obliczających koszty wytwarzania energii elektrycznej dla poszczególnych bloków energetycznych i agregatów elektrowni i elektrociepłowni.

Ponadto, w arkuszu można wprowadzić poziom strat mocy związanych z przesyłem energii elektrycznej (w układzie miesięcznym), co obniża podaż mocy w systemie. Użytkownicy, będą mogli przeanalizować zachowanie sytemu, przy różnych wprowadzonych przez siebie poziomach strat mocy.

 

Gdzie szukać dalszych informacji?

Odnośnik do helpdesku lub strony dokumentacji o pomocy.

 

 

  • No labels