Human needs of energy have seen a continuous growth during years. Nowadays the renewable share is rising, reaching a grew of 17% in last year and introducing concerns about the management of the electrical grid, given the not programmable nature of that sources. Storage technologies would then play key role in managing large-scale RES power plants. This work will be focused on an innovative kind of Adiabatic Compressed Air Energy Storage (A-CAES) with a mixed onshore-o shore layout. The system is provided by a thermal energy storage (T.E.S.) able to store thermal power generated during air compression. This energy is then used to heat up the stream before expansion, avoiding any fuel consumption. The air tank is placed on the sea bed to obtain a constant pressure vessel by exploiting the hydro-static load. Turbo-machines and the T.E.S. are instead placed on-shore. A system design optimization, o design performance assessment and techno economical analysis will be conducted. Then the UW-CAES will be coupled with a deep water o shore wind farm to simulate real case applications. Particular attention will be given to a peak shaving management strategy given the need to improve energy dispatchability. The aim of the work will then be to evaluate the plant performance to understand if the adopted con guration could compete with other large scale storage systems, e.g. pumped-hydro.
La richiesta di energia del genere umano è aumentata costantemente negli anni. Oggigiorno la produzione di potenza da fonti rinnovabili è in crescita, registrando un aumento del 17 % nell'ultimo anno, introducendo problematiche nella gestione della rete elettrica data la loro natura non programmabile. Le tecnologie di accumulo potrebbero permettere la gestione su larga scala di energia da fonti rinnovabili. Questa tesi propone un innovativo tipo di A-CAES (Adiabatic Compressed Air Storage) che prevede una disposizione mista on-shore ed off-shore. Sistemi di accumulo di calore (T.E.S.) sono in grado di immagazzinare l'energia termica prodotta durante la compressione, per poi sfruttarla per riscaldare l'aria in ingresso alla turbina, evitando il consumo di combustibile fossile. Il serbatoio d'aria è posto sul fondale marino per mantenere la pressione costante sfruttando il carico idrostatico. Le turbomacchine e i sistemi di accumulo termico sono posti sulla costa. Il lavoro svolto consiste nell'ottimizzazione del design, lo studio delle condizioni di off-design, la valutazione delle performance e l'analisi economica dell'impianto. Per la simulazione operativa il sistema di accumulo è stato accoppiato ad un parco eolico offshore. Per aumentare la dispacciabilità dell'energia prodotta dal vento, un'accurata analisi viene proposta in logica peak shaving. L'obbiettivo della tesi è di stimare le caratteristiche dell'impianto per valutarne la competitività rispetto alle altre tecnologie di accumulo su larga scala, come i sistemi pumped-hydro.
Underwater compressed air energy storage (CAES) : system design optimization, economics and simulation
HIRN, ADRIANO;BELLOLI, MARCO
2017/2018
Abstract
Human needs of energy have seen a continuous growth during years. Nowadays the renewable share is rising, reaching a grew of 17% in last year and introducing concerns about the management of the electrical grid, given the not programmable nature of that sources. Storage technologies would then play key role in managing large-scale RES power plants. This work will be focused on an innovative kind of Adiabatic Compressed Air Energy Storage (A-CAES) with a mixed onshore-o shore layout. The system is provided by a thermal energy storage (T.E.S.) able to store thermal power generated during air compression. This energy is then used to heat up the stream before expansion, avoiding any fuel consumption. The air tank is placed on the sea bed to obtain a constant pressure vessel by exploiting the hydro-static load. Turbo-machines and the T.E.S. are instead placed on-shore. A system design optimization, o design performance assessment and techno economical analysis will be conducted. Then the UW-CAES will be coupled with a deep water o shore wind farm to simulate real case applications. Particular attention will be given to a peak shaving management strategy given the need to improve energy dispatchability. The aim of the work will then be to evaluate the plant performance to understand if the adopted con guration could compete with other large scale storage systems, e.g. pumped-hydro.| File | Dimensione | Formato | |
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Descrizione: UW-CAES: system design optimization, economics and simulation
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