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Research unit
SFOE
Project number
SI/501589
Project title
AA-CAES – Advances Adiabatic Compressed Air Energy Storage grid-to-grid performance modelling

Texts for this project

 GermanFrenchItalianEnglish
Key words
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Short description
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Publications / Results
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Schlussbericht
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Inserted texts


CategoryText
Key words
(English)
Electric energy storage, thermal energy storage, modeling, Renewable Energy, electric energy storage. 
 
Short description
(English)
This project aims at developing a model to simulate the dynamic behavior and wire-to-wire (grid-to-grid) performance of an Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage (AACAES) plant, including detailed submodels of  the performances of key plant components,  especially  the turbomachinery. The model will be further used to evaluate the idea of equipping an AA-CAES plant with a combined compressor-expander single machine. 
The project will also analyse investment and O&M costs for the plants to allow their specific CAPEX and OPEX to be determined. The AA-CAES plants to be studied will be intended as suitbale for installation in Switzerland and integrated into the Swiss electricity market.
Short description
(Italian)
Questo progetto mira allo sviluppo di un modello per simulare il comportamento dinamico e la funzionalità wire-to-wire (grid-to-grid) di un impianto di stoccaggio di energia elettrica con la tecnologia AA-CAES (Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage). Saranno
considerati inoltre dei sottomodelli che rappresentino le prestazioni dei component principali dell’impianto, in particolare delle turbomacchine. Il modello sarà utilizzato
anche per valutare l'idea di dotare un impianto AA-CAES di una singola macchina combinata compressore/turbina.
Il progetto analizzerà gli investimenti e le spese di O&M per consentire la determinazione delle loro specifiche CAPEX e OPEX degli impianti. Gli impianti AA-CAES esaminati in questo studio saranno pensati per l'installazione in Svizzera e integrati nel mercato elettrico svizzero.
Publications / Results
(German)
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Publications / Results
(English)
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Publications / Results
(French)
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Schlussbericht
(German)

Das Projekt hat das Ziel, ein Modell weiter zu entwickeln, mit welchem das dynamische Verhalten einer am elektrischen Netz angeschlossenen adiabatischen Druckluftspeicheranlage simuliert werden kann. Das Modell beinhaltet detaillierte Untermodelle für das Verhalten der Turbomaschinen. Im Weiteren wurde die Machbarkeit einer adiabatischen Druckluftspeicheranlage, die mit einer kombinierten Verdichter-Expander Einheit ausgestattet ist, untersucht. Schlussendlich wurde ein detailliertes Kostenmodell erstellt, um die spezifischen Investitions- und Unterhaltskosten der Anlage zu bestimmen.

Das neue Modell ist in der Lage, das Verhalten einer am elektrischen Netz angeschlossenen adiabatischen Druckluftspeicheranlage mit realistisch abgebildeten Turbomaschinen zu berechnen. Transiente Prozesse wie das Herauf- und das Herunterfahren der Anlage werden nun durch deren Dauer und Energieverbräuche, auch während der Ruhephasen, berücksichtigt. Es stellte sich heraus, dass diese Prozesse für das Verhalten der Anlage dann relevant sind, wenn die Dauern der Lade-/Entladezyklen kurz sind.

Die Analyse von kombinierten Verdichter-Expander Einheiten zeigte, dass diese für grosse Anlagen nicht geeignet sind.

Die Investitions- und Unterhaltskosten wurden für eine spezifische, ins schweizerische Elektrizitätsnetz integrierte, Anlagenkonfiguration bestimmt. Die Anteile des Kaverneaushubs und der Turbomaschinen an den Investitionskosten betragen 52% respektive 32%. Der thermische Energiespeicher trägt nur 6% zu den Investitionskosten bei.

Schlussbericht
(English)

The project aims to further develop a model to simulate the dynamic behavior and wire-to-wire (grid-to-grid) performance of an Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage (AA-CAES) plant, by including detailed turbomachinery sub-models. Moreover, the feasibility of equipping an AA-CAES plant with a combined compressor-expander single machine was analyzed.

The project included investment and O&M costs analysis for the plant to allow their specific CAPEX and OPEX to be determined.

The novel model is now able to evaluate an AA-CAES plant grid-to-grid performance including real turbomachinery performance. Furthermore, transient processes, such as start-up and shut-down conditions, besides energy consumption during idle periods are now accounted for. The relevance of these phenomena on plant performance was found dependent on the duration of the charge-discharge cycles, being more relevant for shorter cycles.

Concerning the combined compressor-expander single machine, the analysis showed the technical unsuitability of this machine for large plants. The evaluation of plant CAPEX and OPEX was performed for a specific AA-CAES plant layout located in Switzerland and integrated in the Swiss electricity system. The plant CAPEX analysis showed that cavern excavation is 52% and turbomachinery 32% of total investment. Thermal energy storage is just 6% of plant costs.

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Schlussbericht
(Italian)

Il progetto mira allo sviluppo di un modello di simulazione del comportamento dinamico e delle prestazioni wire-to-wire (grid-to-grid) di un impianto Advanced Adiabatic Compressed Air Storage (AA-CAES), includendo dei sottomodelli dettagliati per le turbomacchine. Inoltre, il progetto include l’analisi della fattibilità di dotare un impianto AA-CAES di una macchina singola combinata per la compressione-espansione.

Il progetto infine comprende l'analisi dei costi di investimento e di O&M per l'impianto così da consentire la determinazione di CAPEX e OPEX.

Il nuovo modello è ora in grado di valutare le prestazioni di un impianto AA-CAES da grid-to-grid, comprese le prestazioni reali delle turbomacchine. I processi transitori, come le condizioni di avvio e di arresto, oltre al consumo di energia durante i periodi di semplice stoccaggio sono ora considerati. La rilevanza di questi fenomeni sulle prestazioni dell'impianto è risultata dipendente dalla durata dei cicli di carica-scarica, essendo essi più influenti per cicli più brevi.

Per quanto riguarda la macchina combinata compressore-espansore, l'analisi ha evidenziato l'inadeguatezza tecnica di questa macchina per impianti di grandi dimensioni. L'analisi CAPEX/OPEX è stata effettuata per uno specifico layout di impianto AA-CAES situato in Svizzera e integrato nel sistema elettrico svizzero. L’analisi CAPEX ha mostrato che lo scavo della caverna e le turbomacchine rappresentano rispettivamente il 52% e il 32% del totale dei costi. Il sistema di stoccaggio dell’energia termica incide, invece, solo per il 6% sui costi totali.