Model-Based techno-economic analysis of grid-connected electricity storage

Due to the need to reduce greenhouse gas emissions, the energy system is facing a transformation. In the future, conventional power generation technologies with high emissions will be replaced by renewable, low-emission technologies. One of the greatest challenges is the integration of the fluctuating power generation from renewable energies into the electricity grid. One possible technology for balancing electricity supply and demand is energy storage. Within the scope of this work, comprehensive research on energy storage systems and their technical and economic key performance indicators (KPIs, e.g., roundtrip efficiency, storage capacities, part load behavior, startup times, etc.) will be carried out. At first, an analysis of a generic storage is conducted to understand the impact of technology-related KPIs on the revenue expected on various electricity markets. Moreover, an electro-thermal electricity storage (or Carnot Battery) is considered. The technology-specific KPIs of a Carnot Battery based on transcritical CO2 processes are determined and incorporated into an existing tool for evaluating the economic performance of its operation on various electricity markets. In this way, the profit-maximizing mode of operation will be determined for the generic storages and the ETES system in particular.

A causa della necessità di ridurre le emissioni di gas serra, il sistema energetico sta affrontando una trasformazione. In futuro, le tecnologie di produzione di energia convenzionali ad alte emissioni saranno sostituite da tecnologie rinnovabili a basse emissioni. Una delle sfide più grandi è l’integrazione della produzione fluttuante di energia da fonti rinnovabili nella rete elettrica. Una possibile tecnologia per bilanciare la domanda e l’offerta di elettricità è l’accumulo di energia. Nell’ambito di questo lavoro, sarà condotta una ricerca completa sui sistemi di accumulo di energia e sui loro indicatori di prestazione chiave (KPI) tecnici ed economici, ad esempio efficienza di andata e ritorno, capacità di accumulo, comportamento a carico parziale, tempi di avvio, ecc. In un primo momento, viene condotta un’analisi di uno stoccaggio generico per comprendere l’impatto dei KPI legati alla tecnologia sui ricavi attesi sui vari mercati dell’elettricità. Inoltre, viene preso in considerazione uno stoccaggio di elettricità elettrotermico (o batteria di Carnot). I KPI specifici della tecnologia di una batteria di Carnot basata su processi transcritici di CO2 sono determinati e incorporati in uno strumento esistente per valutare le prestazioni economiche del suo funzionamento su vari mercati dell’elettricità. A tal fine, il modello sarà esteso in modo da poter rappresentare in modo dettagliato il comportamento di stoccaggio e prelievo (in intervalli di 15 minuti) e i flussi di pagamento risultanti.