General rights
Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights.
Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research.
You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain
You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal
If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim.
Downloaded from orbit.dtu.dk on: Mar 24, 2022
Risøs indsats i forbindelse med Energiministeriets forskningsprogrammer. Status ultimo december 1988
Christensen, Peter Skjerk; Petersen, S.
Publication date:
1989
Document Version
Også kaldet Forlagets PDF Link back to DTU Orbit
Citation (APA):
Christensen, P. S., & Petersen, S. (red.) (1989). Risøs indsats i forbindelse med Energiministeriets forskningsprogrammer. Status ultimo december 1988. Risø National Laboratory. Risø-M Nr. 2767
RISØ-M-2767
RISØS INDSATS I FORBINDELSE MED ENERGIMINISTERIETS FORSKNINGSPROGRAMMER
S t a t u s u l t i m o december 1988
Redigeret af P. Skjerk Christensen og Stine Petersen
Abstract. Risø har siden 1978 haft ansvaret for mange projekter under de e n e r g i m i n i s t e r i e l l e forskningsprogrammer. I denne rap- p o r t , der vedrører a k t i v i t e t e n i 1988, g i v e s en s t a t u s for i - gangværende og en omtale af a f s l u t t e d e projekter, d e l s ved en almen beskrivelse af arbejdet og d e l s med en summarisk omtale af de opnåede r e s u l t a t e r . En nøjere gennemgang af nogle af projek-
terne kan findes i r e f e r e n c e l i s t e n . S l u t t e l i g omtales Risøs bidrag t i l organisation og administration af energiforsknings- programmerne.
April 1989.
Forskningscenter Risø, 4000 Roskilde.
ISBN 8 7 - 5 5 0 - 1 4 9 6 - 8 ISSN 0418-6435
Grafisk S e r v i c e C e n t e r , Risø 1989
- 3 -
INDHOLDSFORTEGNELSE . i d e
INDLEDNING ' S t a t u s for Risøs E F P - a k t i v i t e t e r ;
1 . KULBRINTER . . . . 9
1 . 1 . Karakteriseringslaboratorium 9 1 . 2 . Karakterisering af kerogen t i l bestemmelse af
a k t i v i t e r ingsdata for k u l b r i n t e f r i g c r e l s i . ved
b a s s i n m o d e l l e r i n g , f a s e 1 10 1 . 3 . Bestemmelse af akt i v e r i n g s d a t a for k - l b r i n t e
f r i g ø r e l s e fra kerogen 11 1.4. Geokemiske k r i t e r i e r for r e s e r v o i r k v * l i t e i t -
v a r i a t i o n e r i Nordsøkalk 11 1.5. T e m p e r a t u r - t i d s v a r i a t i o n e r i Nordsø C e n t r a l -
grav sedimenter b e l y s t v i a f i s s i o n s s p o r s t u c i e r
af udvalgte borekerner 12 1.6. Flerfasestrømning i opsprskkede k a l k -
r e s e r v o i r e r 14 1.7. Datamatunderstøttet bestemmelse af r e l a t i v
p e r m e a b i l i t e t ved dynamiske fortrængningsforsøg 15 1.8. Udvikling af matematisk model t i l simulering
af sprækkefelter 16 1.9. Forenklet kompositionel r e s e r v o i r s i m u l e r i n g . . 16
1.10. Bassinmodellering 17 1 . 1 1 . S t o r - s k a l a l a b o r a t o r i e f o r s ø g vedrørende 2 - f a s e
o l i e - g a s flow i r ø r l e d n i n g e r ( 8 7 - p r o j e k t ) . . . 17 1 . 1 2 . S t o r - s k a l a l a b o r a t o r i e f o r s ø g v e d r ø r e n d e . 2 - f a s e
o l i e - g a s flow i r ø r l e d n i n g e r (87-projeXt) . . . 18
3 . EL OG VARME 20 3 . 1 . Grundlæggende forbrænding 20
3 . 2 . Eksperimentelle undersøgelser af k u l s t ø v s -
brænder . . . . 2 0 3 . 3 . Afprøvning og v e r i f i k a t i o n af l a s e r b a a e r e d e
målemetoder 23 3 . 4 . Udvikling af EDB-model for s t a t i o n æ r t z e -
dimensional t u r b u l e n t g a s p a r t i k e l s e r e n i n g 25
- 4 -
S i d e 3 . 5 . Miljømæssige a s p e k t e r : BDB-model vedrørende
m i l j ø e f f e k t e r ved e n e r g i p r o d u k t i o n 27 3 . 6 . Anvendelse af jordkernimodel på skovjord . . . . 29
3 . 7 . K a r a k t e r i s e r i n g af p o l y c y c l i s k o r g a n i s k m a t e r i a l e (POM) i r ø g g a s s e r fra k u l f y r e d e
forbrændingsanlæg 30
VINDKRAFT m.v 31 4 . 1 . Forskning og u d v i k l i n g på P r ø v e s t a t i o n e n
f o r v i n d m ø l l e r 31 4 . 1 . 1 . Botoraerodynamik 33 4 . 1 . 2 . Lastgrundlag og dimensionering . 34
4 . 1 . 3 . Design af t o - b l a d e t m ø l l e 35 4 . 2 . Design B a s i s for v i n d m ø l l e r 36
4 . 3 . Gust e s t i m e r i n g 37 4 . 4 . V i n d p r o f i l over k y s t n s r e områder 37
4 . 5 . D r i f t spå l i d e l i g h e d for mindre v i n d m ø l l e r /
økonomiske konsekvenser 39 ENERGIANVENDELSE I INDUSTRIELLE PROCESSER 42
6 . 1 . Indpasning af s t ø r r e a b s o r p t i o n s k ø l e m a s k i n e r
i d e t danske e n e r g i s y s t e m 42 6 . 2 . Udvikling af i l t m å l e s o n d e med forbedrede
højtemperaturegenskaber 46 6 . 3 . Vådoxidation af l a v m o l e k y l a r e fede s y r e r . . . . 53
ENERGILAGRING 55 8 . 1 . Udvikling af keramiske s u p e r l e d e r e 55
8 . 2 . Udvikling af m a t e r i a l e r t i l b r a n d s e l s c e l l e r
med i l t ionledende f a s t s t o f e l e k t r o l y t t e r 57
8 . 3 . T y n d f i l m e l e k t r o d e r 59
-*-/é
Side 8.4. Tynde faststofelektrolytter på reaktive
anoder 60 8.5. Lithiumakkumulator 61
8.6. Hydridbatteri 63 8.7. Lagring af industriel hydrogen 63
8.8. Varmelagring i grundvandsreservoir 64 8.9. Elektromagnetisk svinghjulsiager 66
9. INTERNATIONALT SAMARBEJDE 67
9.1. Fusion 67 9 . 2 . Forskning i l u f t b å r e n forurening 69
10. UDREDNINGER OG DOKUMENTATION m.v 70 1 0 . 1 . Vindmølleøkonomi . . . 70
1 0 . 2 . Udvikling og implementering af t e k n i s k /
økonomiske modeller på o f f s h o r e - o m r å d e t . . . 71 1 0 . 3 . Simuleringsmodel for k o l l e k t i v e kombinerede
e n e r g i s y s t e m e r 72 1 0 . 4 . EDB-registrering af dansk l i t t e r a t u r og
forskning 73 1 0 . 5 . Præsentation af E F P - p r o j e k t r e s u l t a t e r på
o l i e / g a s området for o l i e s e l s k a b e r og o f f s h o r e
virksomheder 74
RESSOURCER 76 RISØS REPRÆSENTATION I EFP-FORSKNINGSUDVALG 80
REFERENCELISTE 81
-7-
INDLEDNING
Udbygningen af dansk energiforskning er siden 1976 sket gen- nem 2 handelsministerielle og 12 energiministerielle program- mer, hvortil der er bevilget 1.2 mia kr. Forskningscenter Risø har som projektledende institution fået ansvaret for ca. 18%
af disse midler.
Risøs engagement i energiforskningsprogrammerne spænder over et bredt felt, og i denne rapport gives en beskrivelse af aktivite- terne i fortsættelse af tidligere beskrivelser (se referenceliste bag i hæftet).
Risø har løbende bidraget til den organisation, der planlæg- ger, styrer og vurderer programmerne. Dette engagement omta-
les også kort.
Overvejelser vedrørende Risøs faglige og organisatoriske bag- grund for at påtage sig forskningsprojekter i forbindelse med de energiministerielle forskningsprogrammer samt Risøs mulige
indsatsområder i de kommende programmer er ikke behandlet i denne faglige statusrapport. Disse overvejelser finder løben-
ri
de sted i forbindelse med Risøs programlægning.
STATUS FOR RISØS EFP-AKTIVITETER
I det følgende gives først en række beskrivelser af de projek- ter, der gennemføres på Risø som dele af de energiministeriel- le programmer. Dernæst bringes en række oplysninger om de res- sourcer, der er tildelt aktiviteterne fra energiforskningspro- grammerne. For overskuelighedens skyld er aktiviteterne grup- peret, opstillet og nummereret i den rækkefølge, der benyttes i
Energiforskningsprogram 88 fra Energiministeriet.
Mange projekter har været omtalt i de tidligere statusrappor- ter og er derfor kun omtalt summarisk i denne rapport, mens nyere projekter har fået en mere detailleret omtale. Endelig er
-8-
enkelte afsluttede projekter blevet udførligt beskrevet med re- sumé af de væsentligste resultater. For flere projekters ved- kommende kan yderligere information hentes i referencelisten.
Det vil fremgå af beskrivelsen af projekterne og af reference- listen, at selv om hovedvægten af indsatsen er lagt på energi- udvinding, -konvertering, -lagring og -anvendelse, så er mil- jømæssige forhold et centralt emne for en række af forsknings- projekterne især for områderne forbrændingsprocesser, spredning af forbrændingsprodukter og kemiske forhold i jordbunden.
I en rapport som denne, som berører et stort spektrum af fag- discipliner, bruges en mængde fagudtryk og forkortelser, der
er specifikke for den pågældende disciplin. Anvendelsen anses for nødvendig for at give en nøjagtig beskrivelse af emnet.
I nogle tilfælde er disse udtryk og forkortelser forklaret, men teksten ville blive for tung, hvis der i alle tilfælde
skulle indføjes en forklaring.
Det skal sluttelig bemærkes, at de beskrevne aktiviteter kun vedrører energiforskningsprogrammerne til og med EFP-88.
-9-
FORSKNINGSPROGRAM NR. 1: KULBRINTER
1.1. Karakteriseringslaboratorium (EM.j.nr. 1313/86-8)
Gennem b e v i l l i n g e r fra EFP-85 og EFP-86 har Kemiafdelingen i l ø - bet af de s e n e s t e 3 1/2 år opbygget e t l a b o r a t o r i u m t i l e k s p e r i - mentel k a r a k t e r i s e r i n g af r å o l i e og o l i e f r a k t i o n e r . De udførte
k a r a k t e r i s e r i n g s a n a l y s e r anvendes i f o r b i n d e l s e med en mere g e - n e r e l analyse af o l i e r s / g a s s e r s fysiske og termodynamiske egen- skaber (PVT-analyse) ved forsøg på simulering af r å o l i e r s egen- skaber ( m o d e l k a r a k t e r i s e r i n g ) under anvendelse af en matematisk model ( t i l s t a n d s l i g n i n g ) . Sideløbende ned opbygningen af d e t t e laboratorium ved Kemiafdelingen er der også via EFP b e v i l g e t midler t i l e t a b l e r i n g e n af e t PVT laboratorium ved I n s t i t u t for
Kemiteknik, DTH, t i l bestemmelse af o l i e r s PVT-egenskåber (P:
t r y k , V: volumen, T: t e m p e r a t u r ) , og tanken e r , a t de to l a b o r a - t o r i e r i fællesskab skal udgøre e t e g e n t l i g t k u l b r i n t e ( o l i e / g a s - ) l a b o r a t o r i u m .
Den e k s p e r i m e n t e l l e k a r a k t e r i s e r i n g b e s t å r af en række f o r s k e l - l i g e a n a l y s e r , som tilsammen har d e t formål a t g i v e en d e t a l j e - r e t b e s k r i v e l s e af o l i e n s f y s i s k e egenjkaber og kemiske sammen- sætning bestemt gennem fordelingen af de t r e s t o f k l a s s e r , paraf- f i n e r , naphthener og a r o m a t e r . R e s u l t a t e r n e af k a r a k t e r i s e r i n g s - analysen og PVT-analysen bruges ved m o d e l k a r a k t e r i s e r i n g t i l s i - mulering af o l i e n s egenskaber b l . a . i f o r b i n d e l s e med r e s e r v o i r - s i m u l e r i n g .
Projektets hovedpunkter i 1988 har omfattet:
- Videreudvikling og i n t e g r e r i n g af analyseprogrammet vedrøren- de bestemmelse af kogepunktsfordeling ( t r u e - b o i l i n g - p o i n t - a n a l y s e ) , massefylde- og m o l e k y l v a g t s f o r d e l i n g .
- Videreudvikling af gaskromatografisk analyse af kemisk sam- mensætning ( p a r a f f i n / n a p h t h e n / a r o m a t - a n a l y s e ) .
- 1 0 -
Udbygning af samarbejdet med PVT-laboratoriet og L a b o r a t o r i e t for E n e r g i t e k n i k , begge DTH, og e t a b l e r i n g af en dansk PVT- gruppe.
- Udbygning af kontakter t i l o l i e s e l s k a b e r , hovedsageligt i DAN- PRISE r e g i .
Vedrørende de t o s i d s t e p u n k t e r , så har samarbejdet mellem de t r e l a b o r a t o r i e r f ø r t t i l e t a b l e r i n g e n af en dansk PVT-gruppe, som f a g l i g t dækker både k a r a k t e r i s e r i n g og PVT-analyse. Gruppen har ansøgt EFP-89 om e t p r o j e k t vedrørende måling og beregning af PVT- egenskaber for o l i e og g a s s e r fra danske f e l t e r . P r o j e k t e t s t ø t - t e s af Mærsk Olie & Gas. Ligeledes er der i n d l e d t e t u f o r p l i g t e n - de samarbejde med d e t i t a l i e n s k e o l i e s e l s k a b AGIP vedrørende ana- l y s e af fem tunge o l i e r .
P r o j e k t e t a f s l u t t e s i 1989.
1.2. K a r a k t e r i s e r i n g af kerogen t i l bestemmelse af a k t i v e r i n g s - data for k u l b r i n t e f r i g ø r e l s e ved b a s s i n m o d e l l e r i n g , fase 1 .
(EM j . n r . 1313/87-2)
Dette p r o j e k t blev i d e t s t o r e hele a f s l u t t e t i 1987 ( j f . t i d l i - g e r e r a p p o r t e r i n g ) , men mindre apparaturmæssige j u s t e r i n g e r er i begyndelsen af 1988 b l e v e t f o r e t a g e t for de r e s t e r e n d e midler ( c a . 20 k k r ) . Hermed er u d s t y r e t t i l bestemmelse af a k t i v e r i n g s d a t a (dvs. a k t i v e r i n g s e n e r g i e r og Arrhenius f a k t o r e r ) f u l d t f u n k t i o n s - d y g t i g t .
Foråret 1988 blev endvidere anvendt t i l en v i d e r e u d v i k l i n g af de k i n e t i s k e modeller, herunder soft-ware u d v i k l i n g , der l i g g e r t i l grund for de f a s t s t o f k i n e t i s k e s t u d i e r , der skal r e s u l t e r e i b e - stemmelsen af ovennævnte akt i v e r i n g s d a t a .
-11-
1.3. Bestemmelse af aktiveringssdata for kulbrintefrigørelse fra kerogen. (EM j.nr. 1313/88-1)
Dette projekt blev formelt startet op primo juli 1988. Arbejdet har været koncentretet om en videreudvikling af den kinetiske mo- del, der skal ligge til grund for den endelige bestemmelse af ak- tiveringsenergier og Arrheniusfaktorer for kulbrintefrigørelsen fra kerogen. Den anvendte teknik er baseret på pyrolyse - gas- chromatografi. Det hertil nødvendige udstyr blev indkøbt, op- bygget og indkørt under fase 1, der henhører under EFP-87 program- met (1313/87-2).
Den oprindelige simple kinetiske model, der beskriver fastfase reaktioner som n'te ordens reaktion (beskrevet i L. Carlsen, A.
Feldthus og P. Bo, J. Anal. Appl. Pyrol., in press) viste sig ikke at være tilstrækkelig. Kun i tilfælde, hvor den faste for- bindelse i et forløb blev omdannet til gasformige produkter, var denne simple model anvendelig. Den udvidede model tager hensyn til dannelse af gasformige såvel som faste produkter ved pyroly- se af det oprindelige materiale, samt til at det pyrolytisk dan- nede faste produkt ved en efterfølgende reaktion kan føre til gasformige produkter. Der arbejdes i alle tilfælde med n'te
ordens reaktioner, hvor n ikke nødvendigvis er heltallig. Lige- ledes er "n" ikke nødvendigvis identisk for de forskellige reak- tioner.
Indledende studier, dels med polystyren, dels med kul, har vist denne models generelle anvendelighed. Igangværende arbejde om- handler den endelige udformning af det nødvendige soft-ware, hvor- efter et parameterstudie vil blive påbegyndt. Dette arbejde for- ventes at være tilendebragt medio 1989, hvorefter aktuelle kero- genprøver skulle kunne undersøges.
1.4. Geokemiske kriterier for reservoirkvalitets-variationer i Nordsøkalk. (EM j.nr. 1313/85-5)
Det 3-årige projekt, som påbegyndtes i midten af 1986, går i gro- ve træk ud på at sammenligne spor stofelementfordeling i bore- kerner fra Tyra strukturen med geofysiske resultater (borehuls-
- 1 2 -
l o g g i n g ) . Sammenligningen s k a l føre t i l o p s t i l l i n g af geokemiske k r i t e r i e r t i l bestemmelse af r e s e r v o i r k v a l i t e t s v a r i a t i o n e r i Tyra f e l t e t , h v i l k e t måske også kan f ø r e t i l g e n e r e l l e udsagn m . h . t . r e s e r v o i r k v a l i t e t . P r o j e k t a r b e j d e t har været r a p p o r t e r e t i t i d - l i g e r e å r s r a p p o r t e r (Risø-M-2628 og Risø-M-2701).
I 1988 gennemførtes en m u l t i v a r i a t s t a t i s t i s k sammenligning af g e o f y s i s k e og geokemiske data for begge b o r e h u l l e t (TWB-8, E- l x ) . Arbejdet med s l u t r a p p o r t e r i n g e n er b l e v e t påbegyndt i s l u t - ningen af 1988 og f o r t s æ t t e s i f ø r s t e h a l v d e l af 1989, hvor den e n d e l i g e rapport f o r e l i g g e r . F i g . 1 . 4 . 1 v i s e r e t eksempel på r e s u l t a t e t af en sådan a n a l y s e .
1 . 5 . T e m p e r a t u r - t i d s v a r i a t i o n e r i Nordsø Centralgrav sedimenter b e l y s t v i a f i s s i o n s s p o r s t u d i e r af u d v a l g t e b o r e k e r n e r .
(EM j . n r . 1313/88-1)
Formål med EFP-88 p r o j e k t e t er at kortlægge temperatur som funk- t i o n af t i d e n i danske s e d i m e n t s b a s s i n e r . D i s s e parametre har s t o r betydning for dannelse af k u l b r i n t e r og d e r e s afsætning i r e s e r v o i r e r . P r o j e k t e t er e t samarbejde mellem Risøs Kemiafde- l i n g og Energi t e k n i k a f d e l i n g , I n s t i t u t for P e t r o l o g i , Københavns U n i v e r s i t e t , samt Danmarks Geologiske Undersøgelse (DGU), der s t i l l e r p r ø v e m a t e r i a l e t i l rådighed. Da t i d l i g e r e u n d e r s ø g e l - s e r (af m a t e r i a l e r fra Grønland) blev gennemført på Københavns U n i v e r s i t e t , anvendes og udbygges f i s s i o n s s p o r - l a b o r a t o r i e t samme s t e d .
P r o j e k t e t s r e s u l t a t e r skal indgå i d e t g e n e r e l l e arbejde med b a s s i n m o d e l l e r i n g , som udføres af en række danske f o r s k n i n g s i n - s t i t u t i o n e r . P r o j e k t a r b e j d e t kan o p d e l e s i t o f a s e r . I den f ø r s t e f a s e undersøges c u t t i n g s prøver fra d e t danske C e n t r a l - grav område, mens der i anden f a s e arbejdes med borekerner f r a den danske del af d e t Dansk-Norske B a s s i n .
- 1 3 -
X
a o
• • s •
• •
M
•
UDPt UDP2 LDP UDT LDTt LDT2 IM 2M 3M 4M SM
- 2
> 50 7. Water
Gas + oil/water
- 2
Ko of samples 134
Factor l
F i g . 1 . 4 . 1 . Et eksempel på en statistisk analyse af data fra en enkelt boring i et udpræget gasfelt. De bestemmende variable er dels geokemiske elementer som Al, Na, Mn, dels geofysiske størrelser som f.eks. porøsitet og massefylde. Det ses, at prøverne grupperer sig efter de geologiske forhold og udpeger derved bestemte reservoirkvalitetsområder i diagrammet.
- 1 4 -
Ved f i s s i o n s s p o r metoden (FT) u d n y t t e s n a t u r l i g t dannede spor i m i n e r a l e r , her s p e c i f i k t i m i n e r a l e t a p a t i t . FT g i v e r d e l s en a b s o l u t g e o l o g i s k a l d e r , d e l s en s p o r l s n g d e f o r d e l i n g , soir begge bruges t i l bestemmelse af s e d i m e n t e t s t e m p e r a t u r h i s t o r i e . Apa- t i t s s p o r - l u k n i n g s i n t e r v a l på 70-125°C f a l d e r sammen med tempera- turområdet for k u l b r i n t e d a n n e l s e .
Efter prøveudtagning, som r e g e l på DGU, v a s k e s , t ø r r e s og knuses prøverne t i l k o r n s t ø r r e l s e r på mindre end 125 um. Den f ø l g e n d e væske-tungmineral s e p a r a t i o n f ø r e r t i l en f r a k t i o n , som i n d e h o l - der m i n e r a l e t a p a t i t . Denne i n d s t ø b e s i A r a l d i t , p o l e r e s og æ t s e s , s å l e d e s a t sporene kan o b s e r v e r e s og opmåles i mikroskop.
Derefter f o r b e r e d e s prøven for b e s t r å l i n g i R i s ø s f o r s k n i n g s r e a k - tor DR 3 t i l bestemmelse af u r a n f o r d e l i n g i a p a t i t v i a t æ l l i n g af spor i påmonteret glimmer.
I 1988 (6 måneder) er der i samarbejde med f o r s k e r e fra DGU ud- v a l g t c u t t i n g s prøver fra t o boringer ( A - 2 , 0 - 1 ) t i l FT a n a l y s e .
På grund af den l i l l e prøvemængde b l e v s e p a r a t i o n s a r b e j d e t mere b e s v æ r l i g t , end d e t e l l e r s v i l l e have været t i l f æ l d e t . Kun en
af de f ø r s t e prøver indeholdt ikke a p a t i t . Der kan a n t a g e l i g bestemmes a l d r e på 50% af m a t e r i a l e t .
F T - l a b o r a t o r i e t er i 1988 b l e v e t u d r u s t e t med PC udstyr samt e x t r a mikrokoskop. L a b o r a t o r i e t har d e l t a g e t i den 6. i n t e r - n a t i o n a l e FT workshop i Besancon i F r a n k r i g .
1 . 6 . F l e r f a s e s t r ø m n i n g i opsprækkede k a l k r e s e r v o i r e r (EM j . n r . 1313/86-70)
P r o j e k t e t s i g t e r mod en f o r s t å e l s e af f o r t r æ n g n i n g s p r o c e s s e r - ne ved indvindingen af o l i e og g a s fra opsprækkede r e s e r v o i r e r . P r o j e k t e t s i g t e r s p e c i e l t mod en b e s k r i v e l s e af den kobling mellem sprækkesystem og m a t r i x , som er egnet t i l brug for r e -
s e r v o i r s i m u l e r i n g i f e l t s k a l a , hvor hensynet t i l r e g n e t i d e n nød- vendiggør en grov net i n d d e l i n g .
-15-
En række modelforsøg baseret på simulering af forholdene i re- servoiret ved hjalp af sand eller glaskugler i en simpel geome- tri, repræsenterende en enkelt sprække og matrixblok, er udført på DTH. Disse forsøg er derefter beregnet under brug af en fin netinddeling med eksisterende simulatorer, hvilket i denne skala kan gennemføres med et behersket brug af regnetid. Resultater- ne viser, at processerne beskrives i det væsentlige korrekt, og at en detailleret beregning kan bruges til en afprøvning af de modeller, der udvikles til beregning i feltskala.
En række forsøg med kunstigt opsprækkede kalkkerner, der skal udføres på DGU, er under forberedelse og afsluttes i 1989.
Arbejdet udføres i *>t samarbejde mellem DGU, Laboratoriet for Energiteknik (DTH) og Risø
1.7. Datamatunderstøttet bestemmelse af relativ permeabilitet ved dynamiske fortrængningsforsøg« (EK j.nr. 1313/87-3) Projektet sigter mod en forbedring af eksisterende metoder til måling af rexative permeabiliteter.
Relative permeabiliteter måles i laboratoriet på kernemateriale ved stationære målinger, der er meget tidskrævende, eller ved transiente målinger, der er meget hurtigere, men stiller større krav til fortolkningen. Den sidste tænkes her gennemført med støtte af fortrængningsmodeller implementeret på den datamat, der i øvrigt anvendes til opsamlingen af måledata.
En række modeller er formuleret, og regressionsrutiner til be- stemmelse af de ønskede relative permeabiliteter ved sammen- ligning med måledata er udviklet. Metoden er nu under imple- mentering på DGU.
Arbejdet udføres i samarbejde mellem Risø, Laboratoriet for Energiteknik (DTH) og DGU.
- 1 6 -
1 . 8 . Udvikling af matematisk model t i l s i m u l e r i n g af sprakke- f e l t e r . (EM j . n r . 1 3 1 3 / 8 7 - 8 )
P r o j e k t e t s i g t e r mod en u d v i k l i n g af modeller t i l beregning af f o r t r a n g n i n g s p r o c e s s e r n e ved indvinding af o l i e e l l e r g a s f r a opsprakkede r e s e r v o i r e r . Modellerne s k a l vare egnede for s i - mulering i f e l t s k a l a , hvor hensynet t i l r e g n e t i d e n kraver en grov n e t i n d d e l i n g .
En model for udvekslingen af de f o r s k e l l i g e f a s e r mellem sprak- ker og m a t r i x b l o k k e , b a s e r e t på d i f f u s i o n s l i g n i n g e n , er i n d f ø r t
i den udviklede r e s e r v o i r s i m u l a t o r , COSI. R e s u l t a t e r v i l b l i - ve p r æ s e n t e r e t ved en SPE-konference i Houston i februar 1989.
Samtidigt d e l t a g e s i beregninger for en rakke bench-mark p r o - blemer vedrørende opsprakkede r e s e r v o i r e r .
P r o j e k t e t , der er a f s l u t t e t med udgangen af 1988, er udført i samarbejde mellem Dancomp A/S og R i s ø .
1 . 9 . Forenklet kompositionel r e s e r v o i r s i m u l e r i n g (EM j . n r . 1313/88-9)
P r o j e k t e t s i g t e r mod u d v i k l i n g e n af en metode t i l at reducere r e g n e t i d e n for kompositionel r e s e r v o i r s i m u l e r i n g .
For en simulering af nogle i n d v i n d i n g s f o r l ø b , herunder xi,i v i n - ding ved en rakke indvindingsforbedrende metoder, er en kompo- s i t i o n e l b e s k r i v e l s e nødvendig for på r i m e l i g måde a t s i m u l e - re f o r l ø b e t . Da r e g n e t i d e n for s i m u l e r i n g e n vokser h u r t i g t med a n t a l l e t af komponenter, der anvendes ved s i m u l e r i n g e n , e r d e t v i g t i g t at kunne a f g ø r e , hvor mange komponenter (pseudo- komponenter), der er nødvendige for l ø s n i n g e n af d e t konkrete r e s e r v o i r p r o b l e m .
Efter l i t t e r a t u r s t u d i e r er der o p s t i l l e t s p e c i f i k a t i o n e r for e t flash-modul samt påbegyndt en m o d i f i k a t i o n af e t e k s i s t e - rende modul. En overordnet procedure for fremgangsmåden ved
- 1 7 -
f a s t l æ g g e l s e af d e t mindste a n t a l pseudokomponenter er o p s t i l l e t , l i g e s o m t o eksempler t i l afprøvning af metoden er v a l g t .
P r o j e k t e t , der er s t a r t e t i e t samarbejde mellem Risø og Dan- comp A/S, v e n t e s a f s l u t t e t i e t samarbejde med COHIconsult.
1 . 1 0 . B a s s i n m o d e l l e r i n g . (EM j . n r . 1313/86-1)
P r o j e k t e t s i g t e r mod opbygning og afprøvning af modeller t i l b e - s k r i v e l s e af u d v i k l i n g e n af sedimentære b a s s i n e r , herunder k u l - b r i n t e r s d a n n e l s e , m i g r a t i o n og akkumulation. Det er formålet hermed at e f f e k t i v i s e r e e f t e r f o r s k n i n g e n .
Arbejdet har i 1988 især været k o n c e n t r e r e t om en afprøvning af de erhvervede 1 - , 2 - og 3 - d i m e n s i o n a l e m o d e l l e r , der er udvik- l e t af Ar i f H Yukler. Arbejdet har været udført i f o r b i n d e l s e med en modellering af en d e l af C e n t r a l g r a v e n .
Arbejdet har også o m f a t t e t u d v i k l i n g af en d e l hjslpeprogrammel og g i v e t grundlag for f o r s l a g t i l en række f o r b e d r i n g e r .
Arbejdet i d e t t e p r o j e k t er a f s l u t t e t med udgangen af 1988.
Arbejdet har været udført i samarbejde mellem DGU, Risø og La- b o r a t o r i e t for Energiteknik (DTH). Arbejde i t i l k n y t n i n g t i l p r o j e k t e t har desuden været udført af DOPAS, Københavns Univer- s i t e t , Aarhus U n i v e r s i t e t og Grønlands Geologiske U n d e r s ø g e l s e .
1 . 1 1 . S t o r - s k a l a l a b o r a t o r i e f o r s ø g vedrørende 2 - f a s e o l i e - g a s flow i r ø r l e d n i n g e r (EK j . n r . 1 3 1 3 / 8 7 - 1 )
Et kombineret t e o r e t i s k og e k s p e r i m e n t e l t s t u d i e af s k i l l e f l a - d e f r i k t i o n e n i t o - f a s e l a g d e l t strømning er b l e v e t udført som e t f æ l l e s p r o j e k t af Forskningscenter R i s ø , LICconsult og I n - s t i t u t for Strømningsmekanik og Vandbygning (ISVA), DTH.
- 1 8 -
Eks per i men t e r n e er udført i en f o r s ø g s f a c i l i t e t f l a o ^ r - t hos ISVA. F o r s ø g s o p s t i l l i n g e n er c a . 50 m lang med en fcrf.oqs- s t r c k n i n g på 36 m og en diameter på 90 mm. For søg s s e k t ionen er gennemsigtig på v i s s e s t r æ k n i n g e r , s a i e i e s at strømnings- mønstret kan i a g t t a g e s . Se f i g . 1 . 1 2 . 1 .
Risø har instrumenteret f o r s ø g s o p s t i l l i n g e n og f o r s y n e t den »ed e t computerstyret d a t a o p s a m l i n g s s y s t e m . A l l e m a l e r e s u l t a t e r nlev opsamlet på d i s k e t t e r for s e n e r e bearbejdning på cor.r'uter.
Eksperimenterne er udført med v a n d / l u f t blandinger JL vandt•»•:- t e og næsten v a n d r e t t e r ø r . Hældningen ha*- været melle* f «;>•*
opad og 1 . 0 ° nedad.
Den ækvivalente s k i l l e f l a d e r u h e d er b l e v e t beregnet udfra må- l i n g af væske- og g a s h a s t i g h e d e r , t r y k g r a d i e n t og vaskehøjden
i r ø r e t . S k i l l e f l a d e r u h e d e n v a r i e r e r mellem 0 og 90 mm. End- v i d e r e er d e t v i s t , a t t r y k t a b og l i q u i d holdup ikke er følsom over for v a r i a t i o n e r i s k i l l e f l a d e r u h e d e n .
Det e k s p e r i m e n t e l l e program b l e v a f s l u t t e t ved å r s s k i f t e t 1987/
8 8 . Databehandling og rapportering blev udført i v i n t e r e n 1988.
P r o j e k t e t er a f s l u t t e t og b e s k r e v e t i rapporten Risø-M-2690 februar 1988.
1 . 1 2 . S t o r - s k a l a l a b o r a t o r i e f o r s ø g vedrørende 2 f a s e o l i e - g a s flow i r ø r l e d n i n g e r . ( E K j . n r . 1313/88-13)
Et kombineret t e o r e t i s k og e k s p e r i m e n t e l t s t u d i e af omslaget mellem strømningsmønstrene l a g d e l t strømning og "slug" flow er b l e v e t igangsat som e t f æ l l e s p r o j e k t af Forskningscenter R i s ø ,
LICconsult og I n s t i t u t for Strømningsmekanik og Vandbygning (ISVA).
- 1 9 -
Eksperimenterne b l i v e r udført i samme f o r s ø g s f a c i l i t e t ( f i g . 1.12.1) son omtalt o-enfor under 1.11.
S p e c i e l t t i l d e t t e projekt er der konstrueret en e l e k t r i s k n i - veaumåler, som på objektiv måde s k u l l e kunne bestemme bølge- mønstret i strømningen. Dette målesystem er blevet indbygget i f o r s ø g s o p s t i l l i n g e n ved å r s s k r i f t e t 1988/89, og det eksperimen- t e l l e program v i l b l i v e igangsat primo 1989.
Pig. 1 . 1 2 . 1 . Forsøgsopstilling t i l studie af t o - f a s e strømning i lange rør.
-20-
FORSKNINGSPROGRAM NR. 3: EL OG VARME
3.1. Grundliggende forbrænding. (EM j.nr. 1323/85-4)
Projektets fornål er at skabe veldefinerede betingelser for op- varmning og forbrænding af kul og kokspartikler, således at grundlæggende forbrændingspararnetre kan fastlægges.
Det er desuden et delmål at anvende og afprøve lasersystemer på det opbyggede system. Der blev i 1986/87 bygget en elektrisk opvarmet gasgennemstrømningsovn med ovennævnte formål. Af la- sermålinger fremgik det dog. at den første konstruktion ikke op- fyldte de opstillede krav, og det har derfor været nødvendigt at ombygge ovnen på væsentlige punkter. Ovnen opfylder nu i langt større omfang de stillede krav, og egentlige reaktivitetsmalinger forventes foretaget i de første måneder af 1989. I forbindelse med ombygningen og indkøringen af ovnen har lasersystemet vist sig at være et særdeles anvendeligt instrument, ligesom ovnen, der re- præsenterer et fysisk og således ikkeideelt flowsystem, har været god at afprøve lasersystemet på.
Der er i 1988 yderligere blevet konstrueret et gasblandesy-tem, der gør det muligt at styre gassammensætningen i ovnen. Gennem
forsøget foregår der en omfattende dataopsamling. Til dette formål er der produceret en softwarepakke.
Risø deltager i en nordisk samarbejdsgruppe: "Kordisk Brænd- sels Reaktivitet", hvor erfaringer og problemer debatteres. Det- te arbejde fortsættes i 1989.
3.2. Eksperimentelle undersøgelser af kulstøvsbrænder (EM j.nr. 1323/87-1)
En række bestræbelser er for øjeblikket undervejs for at ned- sætte emissionen af forurenende stoffer fra forbrændingsanlæg.
- 2 1 -
blandt andet af N0X emissionen fra k u l s t ø v s f o r b r æ n d i n g . D e t - t e kan ske e n t e n med s p e c i e l t konstruerede brandere e l l e r med røggasrensningsanlæg e f t e r k e d l e n .
Design af low-NOx kulstøvsbrændere er i dag h o v e d s a g e l i g b a - s e r e t på empiriske d a t a . En god brander kræver i m i d l e r t i d en lang række d e l v i s modstridende krav o p f y l d t : S t o r t r e g u l e r i n g s - område, lav NOx-dannelse, høj udbrænding og god s t a b i l i t e t af flammen. Et mere d e t a l j e r e t kendskab t i l en kulstøvsbrænders virkemåde er d e r f o r ø n s k e l i g t .
Med henblik herpå v i l der i d e t t e p r o j e k t b l i v e udført l o k a l e målinger af fluid-dynamisk og forbrændingsmæssige forhold tæt på mundingen af en brænder.
F i g . 3 . 2 . 1 . B i l l e d e af f o r s ø g s o v n
-22-
Undersøgelserne falder hovedsagelig i tre faser. Opførelsen af et kulstøvsfyret forsøgsanlæg, udførelse af målinger på en kulstøvsbrænder og endelig sammenholdelse af måledata med EDB- beregninger.
Tilrettelæggelse af projektet og projektering skete i efter- året 1987, roens montage og begyndende indkøring er foretaget i løbet af 1988.
Porsøgskedlen er bygget af 11 cirkulære separat vandkølede kalo- rimetriske sektioner. Alle sektioner er udstyret med måleporte, så det er muligt at udføre punktvise målinger i hele kedelrum- met. Bl.a. er to måleporte udformet som gennemskæringer, dæk- kende den halve kedelomkreds, for at give adgang til måling med laserteknik.
Kedlen har en diameter på 1.2 m og en længde på 4.5 ir.. Anlæg- get er fra start udstyret med en 0.7 MM kulstøvsbrænder fra Vølund Energiteknik. Det er dog muligt at montere brændere med en indfyret effekt på op til 2 MW.
Kedlen er konventionelt instrumenteret til måling af driftsda- ta: Luft- og kulflow, kølevandsflow og -temperaturer, effekt- afgivelse og dennes fordeling på de 11 kedelsektioner, kedel- tryk, overfladetemperaturer i kedlen og røggassens ilt- og kul- ilteindhold.
En datamat er installeret til løbende opsamling af disse drifts- data samt af mere avancerede målinger, der bl.a. omfatter lo- kale målinger i fyrrummet med vandkølede prober: Gastempera- turer, strålingsintensitet samt gas og partiklers kemiske sam- mensætning .
Endelig vil der blive udført forsøg med lasermålinger i kedlen.
Det forventes, at disse målinger vil give oplysninger om par- tikelkoncentrationer, partikelstørrelser og gashastigheder.
-23-
3.3. Afprøvning og verifikation af laserbaserede målemetoder (EM j.nr. 1433/86-16)
I løbet af 1988 er der projekteret en 2 MW kulstøvsfyret forsøgs- ovn, hvor laserbaserede og konventionelle målemetoder kan af- prøves på en større forsøgsopstilling. Forsøgsmålingerne vil danne baggrund for en sammenligning med en numerisk forbræn- ding smodel. Gas- og partikelhastigheder, partikelstørrelser og
-koncentrationer ønskes målt såvel .ned lasermetoder som med andre metoder i det omfang, det lader sig gøre rent teknisk. Da der måles i et særdeles vanskeligt miljø med store temperaturgra- dienter (strålefluktuationer), høje partikelkoncentrationer og snavsede omgivelser, vil de forberedte laserbaserede målinger va- re på grænsen af, hvad der lader sig gøre.
Laser målemetoderne er baseret på detektion af det spredte lys fra en partikel, som belyses med laserlys. Lysspredningen af- hænger af partiklens diameter (kugleformet) og de optiske egen- skaber af materialet
n = nR + inj
dvs. brydningsindekset nR og materialets absorptionskonstant ni, se figur 3.3.1. Ved lasermålingen i en kulstøvsflamme ken- des "n" ikke, da materialet ikke er veldefineret, hvorfor måleme- toden skal være uafhængig af brydningsindex.
I forbindelse med hastigheds- og størrelsesmåling af irregulære partikler (primart kulpartikler) på 2 MK forsøg sovnen er der be- stilt et laserudstyr til levering i foråret 89. En nøjere teo- retisk analyse af måleprincippet er afsluttet med hensyn til geo- metri (LDA-konfiguration) og lysspredningen fra en partikel (Mie- spredning). Lysspredningsanalyserne er foretaget med et program til beregning af Doppler signalets karakteristik, dvs. intensitet og visibilitet af signalet. Analysen viser tydeligt, at back scat-
ter måling af partikelstørrelsen er umulig - selv for kugleforme- de partikler. Forward scatter må anvendes, og måleudstyret skal kalibre.es med hensyn til signalets amplitude og partikelstørrel- sen, se fig. 3.3.2.
- 2 4 -
LtQtn intensity variation a s function cf the direction of observation.
PLAH BOLGE PARTIKEL
O
Ugth intensity variation os function of
th« ejection of observation. Uoth intensity vonotion as function of the direction ol observation.
Uqth intensity variation os function of the direction of observation.
(»th intensity vonotion os function of the direction of observation.
I(v) - \M),AM) '.A"'-«')
Pig. 3 . 3 . 1 . : Polar afbildning af lysspredning fra kugleformet p a r t i k e l (vand) med v a r i a t i o n af partikelabsorptionens s t ø r r e l s e .
I n t e n s i t e t e n er a f b i l d e t logaritmisk for at v i s e finstrukturen i det bag udspred te l y s . ni ~ 0.1 svarer t i l stark absorption, ni5:1 r e f l e k t i o n . x er e t udtryk for partiklernes r e l a t i v e s t ø r r e l s e
- 2 5 -
t.oo
MIE SCATTERING: Dote: M i e 1 5 - 0 3 / 0 5 . d o t (unpol.)
f a « . 1.0. Cy«»0.0. n*l.4J+iO.OO. r«rtwd Scotl«f
100.0 200.0 300.0
Particle size X
400.0 500.0
Fig. 3.3.2. Visibilitetskurve som funktion af partikelstørrelsen for 3 aperturvinkier. Småoscillationerne (skyldes indre reflektioner i partiklen) udglattes ved mindre absorption af partiklens materiale.
3.4. Udvikling af EDB-model for stationar tre-dimensional tur- bulent gas-partikel strømning. (EM j.nr. 1433/85-10) Partikler fremført af en gasstrøm er et ofte forekommende fano- men. Det udnyttes til transport af partikler f.eks. i forbin- delse med pulverslukkere, spraydåser og ved indfødning af kul- støv i kraftvarkskedler. Det kan også vare en uønsket, men svart undgåelig effekt som i raketmotorer, hvor en del brandstof ri- ves uforbandt med ud gennem dysen.
Dette projekt, som udføres i samarbejde med Laboratoriet for Var- me- og Klimateknik, DTH, fokuserer på kraftvarkskedler, ikke så meget på indfødningssystemet som på selve kedelrummet, hvor kul- støvspartiklerne kommer ind, opvarmes, afgasser, forbrander og
-26-
afgiver den kemiske energi som varme, for til sidst som askepar- tikler at forlade systemet med røggassen eller måske at slå sig ned et seed på ovnvaeggen.
Det lange mål er at få beskrevet processerne i fyret så godt, at de lokale forhold overalt i fyret kan beregnes; det korte mål, som er målet for dette projekt, er at få opbygget den nød- vendige ramme for procesmodellerne samt at finde og indbygge
up-to-date procesmodeller.
Rammen består af flere dele: En 3-D steady state gas flow be- regning, der inkluderer beskrivelse af turbulens; en partikel- flow model, der følger et begrænset, men repræsentativt antal partikler gennem flow domænet samt en model for den energiud- veksling mellem partikler, gas og vægge, der skyldes stråling.
Procesmodellerne omfatter modeller for turbulens, gaskomponent- opblanding, kulafgasning, koksforbrænding, gasforbrænding, kon- vektiv varmetransport, størrelsesfordeling af partikler, par- tikelnedslag på vægge etc.
Status ultimo december 1988: 3-D gasflow programmet og parti- kel flow programmet er blevet testet mod målinger for isoter- misk strømning med partikler. En rapport om beregningerne er under udarbejdelse.
En artikel om strålingsmodelien er blevet accepteret i Inst. J.
Heat Mass Transfer. (Se referenceliste 3.4.1.)
Beskrivelse af partikel flow programmet samt en udredningsrap- port om partikler i gas er sendt til trykning. (Se reference- liste hhv. 3.4.2. og 3.4.3.).
Projektet vil blive afsluttet i begyndelsen af 1989.
- 2 7 -
3 . 5 . Miljømæssige a s p e k t e r ; EDB-model vedrørende m i l j ø e f f e k - t e r ved e n e r g i p r o d u k t i o n . (EM j . n r . 1323/87-12)
Projektet har t i l formål at opbygge en computermodel t i l b e r e g - ning af miljømæssige konsekvenser af f o r s k e l l i g e energiproduk- t i o n s a l t e r n a t i v e r og er en f o r t s æ t t e l s e af p r o j e k t e t under EFP-82 og EFP-84 med sammt t i t e l .
I p r o j e k t e t s f ø r s t e f a s e under EFP-82 og EFP-84 blev der o p s t i l - l e t en model, der kunne beregne spredning v i a atmosfæren af f o r - urenende s t o f f e r , deponering af forurenende s t o f f e r , påvirkning af jordbundsforhold og optag i p l a n t e r .
Arbejdet under EFP-85 har h o v e d s a g e l i g t været c e n t r e r e t om t o a k t i v i t e t e r : Forbedring af jordkemimodulet og u d v i k l i n g af en skovmodel.
ECCES-modellen (Environmental C a l c u l a t i o n s of Consequences from Energy Systems) er u d ' i k l e t i samarbejde mellem f o r s k e l l i g e af- d e l i n g e r på R i s ø . O p r i n d e l i g t b l e v p r o j e k t e t v a r e t a g e t af Energi- t e k n i k a f d e l i n g e n med Kemiafdel ingen som samarbejdspartner. I begyndelsen af 1988 b l e v p r o j e k t e t f l y t t e t t i l Systemanalyse- a f d e l i n g e n , hvor den nyoprettede tøiljømodelgruppe overtog an- s v a r e t for modellens u d v i k l i n g , stadigvæk i samarbejde med Kemi- a f d e l i n g e n .
ECCES-modellen er u d v i k l e t for at kunne beregne m i l j ø p å v i r k - ninger fra e n e r g i p r o d u k t i o n s s c e n a r i e r , h o v e d s a g e l i g t p å v i r k n i n - g e r , der s k y l d e s l u f t f o r u r e n i n g e n fra k u l f y r e d e kraftværker. Det d r e j e r s i g b l . a . om e m i s s i o n af s v o v l d i o x i d og n i t r ø s e g a s s e r .
Disse l u f t a r t e r b l i v e r i atmosfæren h e l t e l l e r d e l v i s o x i d e r e t t i l s v o v l s y r e og s a l p e t e r s y r e og fører dermed t i l en f o r s u r i n g enten ved tørdeponering på jord og p l a n t e r e l l e r ved våddeponering med regnen. Emission af tungmetaller og andet p a r t i k e l b å r e t m a t e r i - a l e kan også h å n d t e r e s .
I d e e l t s k u l l e en miljømodel vare i stand t i l a t b e s k r i v e m i l j ø - påvirkninger meget b r e d t , f . e k s . som i n d f l y d e l s e n på menneskelig
-26-
sundhed, påvirkninger på landbrugs- og industriproduktion, ska- delige effekter på menneskeskabte strukturer. I dette projekt
er det dog ikke muligt at opstille en model, der beskriver disse effekter i detalje. I den nuværende model er miljøpåvirkninger derfor udtrykt ved fysiske størrelser som pH-værdier og forskellige stoffers koncentration i luft, jord og planter. Modellen simu- lerer miljøets tilstand over en tidsperiode, f.eks. 40 år, ved at beregne udviklingen i disse størrelser måned for måned.
Alle påvirkninger beregnes som gennemsnitsværdier over en eller flere måneder. Derfor er modellen ikke velegnet til at simulere begivenheder med kortvarige høje koncentrationer, f.eks. sva-
rende til ulykker.
Forureningskilderne repræsenteres som punktkilder (kraftværker) eller fladekilder (boligområder med individuel rumopvarmning), hvis geografiske positioner repræsenteres i et rektangulært ko- ordinatsystem, som også bruges til recipientpositionerne. Den udviklede model fokuserer på kilder og recipienter på Sjælland.
En udvidelse af modellen til at dække resten af landet vil dog i princippet ikke kræve meget arbejde.
Scenarier defineres ved at specificere de kilder på Sjælland, som medtages i undersøgelsen, emissionsniveauer for forskellige pollutanter (f.eks. SO2, NOx, Cd), samt en beskrivelse af de sjællandske landområder, hvor miljøpåvirkningen ønskes under- søgt.
Modellen indeholder submodeller for atmosfærisk spredning og deposition, jordbundskemi og for optagelse i afgrøder.
I forbindelse med modellens udvikling har man tilstræbt, at den skulle være så fleksibel som muligt med hensyn til udbygning af submodeller samt tillade uafhængige kørsler af submodeller.
Spredningsmodellen kan således køres alene med kildepositioner og -emissioner som input og luftkoncentrationer som resultat. Jord- bunds-, skov- og afgrødemodellen kan ligeledes køres uafhængigt for at tar egne ændringer i jord bund s kemier og optagelse i afgrøder for en given tilsætning af ioner og vc.''^.
-29-
Som t i d l i g e r e nævnt er der under EPP-85 p r o j e k t e t foretaget en forbedring af jordkemimodulet. Dette er et r e s u l t a t af en sammenligning mellem en rskke eksperimentelle forsøg og t i l s v a - rende modelberegninger, som er b l e v e t udført med det formål at v a l i d e r e modellen.
Desuden er der u d v i k l e t en simpel skovmodel, som tager højde for de i n t e r a k t i o n e r , der foregår i trækronerne, s å l e d e s at mo- d e l l e n også kan bruges på skovsystemer.
3 . 6 . Anvendelse af jordkemimodel på skovjord.
(EM j . n r . 1323/85-17)
Som en del af EFP-85 p r o j e k t e t "Miljømæssige a s p e k t e r : EDB- model vedrørende m i l j ø e f f e k t e r ved energiproduktion" blev ECCES modellen udvidet med e t skovmodul. Formålet med d e t t e nye modul er a t beregne, hvordan strømmen af vand og ioner t i l jordbunden ændres på grund af i n t e r a k t i o n e r i trækronerne, som i l l u s t r e r e t på f i g . 3 . 6 . 1 .
Deposition
F i g . 3 . 6 . 1 .
- 3 0 -
Formålet med EFP-87 p r o j e k t e t er a t bruge modellen i f o r b i n d e l - se med felteksperimenter d e l s for a t v a l i d e r e modellen og d e l s for at f o r t o l k e de eksperimentelle r e s u l t a t e r . P r o j e k t e t udføres i samarbejde med Statens F o r s t l i g e Forsøgsvæsen, M i l j ø s t y r e l s e n s Luftforureningslaboratorium og Kemiafdelingen på Risø.
De to førstnævnte i n s t i t u t i o n e r v a r e t a g e r den e k s p e r i m e n t e l l e d e l , som b e s t å r i opsamling og måling af nedbør, gennemfaldende nedbør og førnfald ( b l a d e , grene og andet organisk m a t e r i a l e ) samt udtagning af jord og jordvæske i f o r s k e l l i g e dybder. Kemi- afdelingen foretager analyser af vandprøverne og k a r a k t e r i s e r i n g af j o r d p r ø v e r n e .
I 1988 har arbejdet været k o n c e n t r e r e t om den e k s p e r i m e n t e l l e del for at få data t i l m o d e l l e r i n g e r n e : Først på å r e t blev der o p s t i l l e t udstyr t i l at opsamle de f o r s k e l l i g e prøvetyper og r e s t e n af å r e t er brugt på a t analysere og k a r a k t e r i s e r e de o p - samlede p r ø v e r .
I 1989 er planen at foretage modellering sideløbende med d e t f o r t s a t t e eksperimentelle a r b e j d e .
3 . 7 . K a r a k t e r i s e r i n g af polycyclisk organisk m a t e r i a l e (POM) i r t o g a s s e r fra kulfyrede forbrændingsanlæg:
(EM j . n r . 22528-418)
Polycyclisk organisk m a t e r i a l e (POM) er en kompliceret kemisk sammensat stofgruppe. Luftforureningen med d i s s e f o r b i n d e l s e r er i søgelyset grundet forbindelsernes kræftfremkaldende egen- skaber.
Hovedgruppen, polycycliske aromatiske k u l b r i n t e r (PAH) er op- bygget af kondenserede benzen-ringe. PAH dannes ved forbrænding, fx af k u l , o l i e , benzin, t r æ , halm og g a s . Dannelsesmængden afhænger af forbrændingsbetingelserne. Den ringe forbrændings- e f f e k t i v i t e t i de f l e s t e mindre forbrændingsanlæg giver s å l e d e s højere PAH-koncentration i røggassen end den, der observeres fra s t o r e forbrændingsanlæg, f . e k s . k r a f t v æ r k e r .
- 3 1 -
De mest b e t y d n i n g s f u l d e k i l d e r t i l l u f t f o r u r e n i n g med PAH er b i - l e r og boligopvarmning. Bidraget fra b i l t r a f i k k e n er s å l e d e s vurderet t i l 27% ved R i s ø , 59% i e t boligområde og 88% i en t s t t r a f i k e r e t g a d e .
Koncentrationen af b e n z ( e ) p y r e n i røggassen f r a Risøs t o f l u i d - bed anlæg har t y p i s k været omkring 0 , 2 mikrogram/m3 ved k u l f o r - brænding. Ved fluidbed forbrænding af en blanding af halm og kul var k o n c e n t r a t i o n e n 10 gange s t ø r r e . Målingerne har o m f a t t e t bestemmelse af 18 PAH-forbindelser
FORSKNINGSPROGRAM 4: VINDKRAPT M.V.
4 . 1 . Forskning og u d v i k l i n g på P r ø v e s t a t i o n e n for Vindmøller.
(EM j . n r . 1364/86-2 og 1364/87-2)
I 1988 var d e t 10 år s i d e n . P r ø v e s t a t i o n e n for vindmøller b l e v o p r e t t e t . I den anledning har Risø udgivet e t j u b i l æ u m s s k r i f t , der på en populær måde f o r t æ l l e r om b l . a . u d v i k l i n g e n i f o r s k -
n i n g s a k t i v i t e t e r n e . Gennem a l l e årene har p r ø v e s t a t i o n e n s f o r s k - n i n g s a k t i v i t e t e r næsten udelukket været f i n a n s i e r e t af Energimi- n i s t e r i e t s forskningsprogrammer.
Energiforskningsprogrammets s t ø t t e t i l udviklingen af mindre v i n d - møller har d e r f o r en d e l af æren for den i n t e r n a t i o n a l e s u c c e s , dansk v i n d m ø l l e i n d u s t r i har o p n å e t .
F o r s k n i n g s a k t i v i t e t e n har ændret s i g . I de f ø r s t e år k o n c e n t r e - rede a k t i v i t e t e r n e s i g om a t u d v i k l e møller med en høj d r i f t s p å - l i d e l i g h e d . Siden er a k t i v i t e t e n b l e v e t r e t t e t mod at l a v e møl- l e r n e b i l l i g e r e og derved mere økonomiske. Dette er b l . a . s k e t ved at gøre møllerne l e t t e r e . Udviklingen for nogle v æ s e n t l i g e komponenter er v i s t i f i g . 4 . 1 . 1 . 1 - 4 . 1 . 1 . 3 .
Prøve" a t ionens f o r s k n i n g s a k t i v i t e t e r er i de s i d s t e år b l e v e t r e t t e t mod mere grundlæggende forskning i e n k e l t e f o r s k n i n g s - områder, der er v æ s e n t l i g e for f o r s t å e l s e n af de b e l a s t n i n g e r , en v i n d m ø l l e udsættes for under d r i f t . I ø j e b l i k k e t er a r b e j d e t d e l t op i følgende 3 p r o j e k t e r :
- 3 2 -
50 40
~ 30 E - -
»79-1965
55
- r - ! r- 1984-1987
9 0 - 9 9 ~ ~ — ~
1
1986-
-
HO-180 kW
i i i
20
10
O 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 MØLLESTØRRELSE IkW)
Fig. 4.1.1.1. Tårnvagt pr. m2 bestrøget areal (Det bestrøgne are- al er arealet af den cirkel, luftvingen tegner på en omdrejning.
8 r-
« Faktisk vogt o Forventet va»gt
1 4
3 .
1 -
0 i-\—k-
0 4 6 7 8 9 10 11 12 13
VINGELENGOE (ml
Fig. 4.1.1.2. Vingevægt pr. m^ bestrøget areal for forskellige vingestørrelser og den forventede vægt i forhold til tredje potens af vingestørrelsen.
50 ,
40 (•
J30{-
u u.
u. w 20
10
11-30
45-55 80-100
140-180 kW
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 MØLLESTØRRELSE (kW)
Fig. 4 . 1 . 1 . 3 . Forbedringen i maksimal-effektiviteten i forhold t i l 11-30 kW møllerne.
- 3 3 -
4 . 1 . 1 . Rotoraerodynamik. (EM j . n r . 1364/88-3)
Inden for aerodynaaik e r der a r b e j d e t v i d e r e ned bestem- melse af b l a d l a s t f o r d e l i n g e n på T e l l u s » e l l e n i l i g h e d med målingerne på Danwin møllen. Der er b l . a . målt h ø j e r e op i s t a l l - o m r å d e t . På Danwin møllen blev der v i s t , hvor- dan 3-D p r o f i l d a t a v a r i e r e d e ud l a n g s vingen og var stærkt m o d i f i c e r e d e i f o r h o l d t i l 2-dimensionale d a t a . En t i l s v a - rende e f f e k t b l e v fundet på T e l l u s m ø l l e n , som anvender samme prof i l t y p e , men en mindre v i n g e . Desuden e r d e t f u n d e t , hvordan d i s s e p r o f i l d a t a afhanger af R e y n o l d s t a l - l e t . Et l a v e r e Reynold s t a l medfører l a v e r e maksimum o p d r i f t og hældning på o p d r i f t s k u r v e n .
En g e n e r a l i s e r i n g af d i s s e m o d i f i k a t i o n e r er f o r s ø g t og medtaget i aerodynamiske b e r e g n i n g e r . Den t r a d i t i o n e l -
l e beregningsmetode e r t a g e t op t i l r e v i s i o n .
Derudover er udført en d e l r ø g f o r s ø g , hvor røgen s y n l i g - gør l u f t e n s bevægelser omkring en v i n g e . Forsøgene o p - t a g e s på v i d e o , hvorved d e t er m u l i g t b l . a . a t bestemme de inducerede h a s t i g h e d e r i r o t o r p l a n e t , som e r a f g ø r e n - de i f o r b i n d e l s e med b e r e g n i n g e r . H i d t i l er røgforsøgene v æ s e n t l i g s t k o n c e n t r e r e t omkring t i p h v i r v l e r n e : Hvordan de a f l ø s e s , o p r e t t e s , ekspanderer i kølevandet og o p l ø s e s . Et af r e s u l t a t e r n e af forsøgene e r , a t t i p t a b s b e r e g n i n g s - modellen er ændret t i l mere r e a l i s t i s k at dække strøm- ningsforholdene omkring v i n g e t i p p e n .
T i l v i s u a l i s e r i n g af strømningen l o k a l t henover b l a d e t (grænselaget) er der f o r e t a g e t v i d e o o p t a g e l s e f r a e t med- r o t e r e n d e kamera af e t b l a d , monteret med b a n d l e r . Her- ved er b l . a . s e p a r a t i o n s f o r d e l i n g e n og dens v a r i a t i o n un- der omdrejning b l e v e t bestemt ved f o r s k e l l i g e v i n d h a s t i g - heder og dens f o r l ø b under en omdrejning. Det har v i s t s i g , at strømningen e r i n s t a t i o n æ r , i d e t s e p a r a t i o n e n i v i s s e områder af b l a d e t bevæger s i g på en s t o r d e l af k o r - den under en omdrejning. Målingerne er sammenlignet med
- 3 4 -
g r æ n s e l a g s - p r o f i l b e r e g n i n g e r , so« også f o r u d s i g e r s e p a r a - t i o n s p u n k t e t s b e l i g g e n h e d . De t r e d i m e n s i o n a l e e f f e k t e r v i s e r s i g a t forskyde s e p a r a t i o n s p u n k t e t c a . 10% af korde- længden hen mod bagkanten og medfører dermed f o r ø g e t o p - d r i f t i roden af b l a d e t .
Det s p e c i e l t instrumenterede HAWT-blad er snart klar t i l opsætning på T e l l u s møllen og muliggør en mere d e t a l j e - r e t u n d e r s ø g e l s e af d i s s e f o r h o l d .
4 . 1 . 2 . Lastgrundlag og d i m e n s i o n e r i n g . (EM j . n r . 1 3 6 4 / 8 8 - 4 )
Inden for s t r u k t u r e l mekanik og l a s t g r u n d l a g er der a r - b e j d e t en h e l d e l med bestemmelse af l a s t s p e k t r e ud fra Rainflow metoden både ved en f o r t s æ t t e l s e af målingerne på Danwin møllen og på andre m ø l l e r . Der er u d v i k l e t e t komplet programmel t i l Rainflow a n a l y s e med e f t e r f ø l g e n - de beregning af l e v e t idsforbrug over 20 å r . Metoden baserer s i g på målinger i 10 min. p e r i o d e r med f o r s k e l - l i g e v i n d h a s t i g h e d e r , yawvinkier og t u r b u l e n s i n t e n s i t e t e r . Programmet beregner l i g e l e d e s middelværdien af v e k s e l - l a s t e r n e .
De fundne l a s t e r er i r i m e l i g overensstemmelse med e k - s i s t e r e n d e p r a k s i s ( g o d k e n d e l s e s r e g l e r og normudkast), dog har målingerne medført en r e v i s i o n af e t e n k e l t punkt i normudkastet, i d e t u d m a t t e l s e s l a s t e r n e på t å r n e t har v i s t s i g l a v e r e end t i d l i g e r e a n t a g e t .
De nye målinger b e t y d e r , a t man i h ø j e r e grad kan dimen- s i o n e r e møllen e f t e r p l a c e r i n g e n ( v i n d p a r a m e t r e ) , i d e t s p e k t r e n e s afhængighed af f . e k s . t u r b u l e n s i n t e n s i t e t er b e s t e m t .
På den t e o r e t i s k e s i d e e r der desuden u d v i k l e t programmel t i l at kunne beregne de s t o k a s t i s k e l a s t e r fra vindens t u r b u l e n s , med hensyntagen t i l de v æ s e n t l i g e modalformer
- 3 5 -
for m ø l l e n , bestemt ved f i n i t e - e l e m e n t b e r e g n i n g e r . L a s - t e r n e o m s a t t e s t i l t i d s s e r i e r . De d e t e r m i n i s t i s k e l a s - t e r beregnes s a r s k i l t og a d d e r e s , h v i l k e t r e s u l t e r e r i e t t o t a l t t i d ? ^ i g n a l , hvorpå der kan l a v e s Rainflow t a i l i n g og 1 e v e t i d s b e r e g n i n g e r . F o r e l ø b i g e sammenligninger med målingerne t y d e r på r i m e l i g god o v e r e n s s t e m m e l s e .
Der er i n d l e d t målinger af spand ingskoncentr a t ioner om- kring døråbning og f l a n g e r , som o f t e e r dimensionerende for t å r n e . Målingerne har v i s t spandingskoncentrationer på op t i l 2.5 gange middelværdi. Forholdet er meget a f h a n g i g t af udformningen af d e t a l j e r n e , h v i l k e t b e t y d e r , a t der kan v i n d e s en hel d e l på d e t t e punkt, b l . a . ved hensigtsmæs- s i g p l a c e r i n g af s v e j s n i n g e r .
4 . 1 . 3 . Design af t o - b l a d e t m ø l l e . (EM j . n r . 1 3 6 4 / 8 8 - 5 ) I f o r b i n d e l s e med undersøgelse af t o - b l a d e d e møller er der u d v i k l e t en model t i l b e s k r i v e l s e af dynamikken for en sådan m ø l l e med v i p p e - n a v . Der anvendes e t b e g r a n s e t a n t a l f r i h e d s g r a d e r , i f ø r s t e omgang fem, t i l b e s k r i v e l s e af r o t o r - a k s e l s y s t e m e t . Denne er under udbygning t i l o g - så a t medregne t å r n b e v a g e l s e r , s å l e d e s a t der s k u l l e f å s en r e a l i s t i s k , men s t a d i g o v e r s k u e l i g b e s k r i v e l s e af den v a s e n t l i g e cynamik for en sådan m ø l l e . Modellen b l i v e r i f ø r s t e omgang sammenlignet med målinger på den 2-bladede DViT m ø l l e . Denne mølle er instrumenteret omfattende og klar t i l o p s t i l l i n g . På forhånd er f o r e t a g e t en modal- a n a l y s e på r o t o r og møllehat t i l bestemmelse af e g e n f r e - kvenser og modalformer. Desuden e r der målt og beregnet
inertimomenter, s t i v h e d e r og dampningsforhold, som er v a - s e n t l i g e parametre, der indgår i m o d e l l e n .
-36-
4.2. Design Basis for vindmøller. (EH j.nr. 1364/88-6,
Det er hensigten »ed Design Basis for vindmøller at skabe en pc- software pakke, der setter brugeren i stand til at foretage en lang rakke disensionsberegninger på vindmølleområdet. Input/
output-strukturen i det endelige produkt skal vare af en sådan karakter, at det vil vcre muligt for en ingeniør uden speciel vindmølleteknisk baggrund at kunne bruge softwaren efter en min- dre instruktion.
Det tekniske indhold i Design Basis er i høj grad baseret på den eksisterende teori, selv om en vis modifikation vil vare nødven- dig i mange tilfalde af hensyn til tempoet og de begransede mu- ligheder i en microcomputer. Følgende områder er blevet ind- kodet:
- Aerodynamiske b l a d l a s t e r .
- Egenfrekvenser og svingningsformer for e t e n k e l t b l a d . - Tvarsnitsegenskaber for komplekse s t r u k t u r e r .
- Transformation af v i n d e f f e k t s p e k t r e t t i l d e t r o t e r e n d e koor- d i n a t s y s t e m .
Da Design B a s i s ' s u c c e s i høj grad beror på programmets bruger- v e n l i g h e d , er der i s å r l a g t vagt på s o f t w a r e - a s p e k t e r n e , som om-
f a t t e r :
- Analyse af u d v i k l i n g s t e n d e n s e r og anvendeligheden af s å v e l software som hardware.
- Udvikling af b r u g e r v e n l i g e menuer og d a t a - e d i t o r e r - Godkendelse af input data
- "Hjælpevindue"-system - Grafik
- Teknikker til søgning og korrektion af fejl.
Design Basis programmet kan i dets nuværende form beregne og vise aerodynamiske laster på forskellige dele af en vindmølle. Det kan behandle typiske driftsbetingelser som f.eks. tårnskygge, vindgra- dient og skav anblssning hidrørende fra krøjefejl, tilt og vind- hastighedens vinkel med det horisontale plan. Data input foregår
interaktivt.
