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Analysis of AA-CAES cycles exploiting Combined Sensible/Latent Thermal Energy Storage and Novel Materials

English title Analysis of AA-CAES cycles exploiting Combined Sensible/Latent Thermal Energy Storage and Novel Materials
Applicant Barbato Maurizio
Number 154017
Funding scheme NRP 70 Energy Turnaround
Research institution Dipartimento Tecnologie Innovative (DTI) Scuola universitaria professionale della Svizzera italiana (SUPSI)
Institution of higher education University of Applied Sciences and Arts of Southern Switzerland - SUPSI
Main discipline Mechanical Engineering
Start/End 01.12.2014 - 30.11.2018
Approved amount 309'810.00
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Keywords (9)

Energy Storage; AA-CAES; Sustainability analysis; Thermodynamic Cycles; Thermal Energy Storage; Electric Energy Storage; Phase Change Materials; LCA; LCC

Lay Summary (Italian)

Lead
Titolo del progetto di ricerca:Analisi di cicli AA-CAES* basati sullo stoccaggio di energia termica sensibile e latente con l’uso di nuovi materiali Analysis of AA-CAES Cycles Exploiting Combined Sensible/Latent Heat Storage and Novel MaterialsIn sintesiLa futura politica energetica Svizzera, descritta dal Consiglio Federale nel piano sulla “strategia Energetica 2050” porterà a delle notevoli sfide tecnologiche. Tra queste ci sono la variabilità e più difficile controllabilità della produzione di energia elettrica a causa della maggiore presenza di fonti rinnovabili con carattere intermittente. Una possibile soluzione a questa problematica è immagazzinare energia elettrica quando prodotta in eccesso rispetto alla richiesta e quindi riutilizzarla nei momenti in cui la capacità produttiva risulti ridotta.
Lay summary

Soggetto e obiettivi

Nel nostro progetto, la SUPSI analizzerà il comportamento dinamico degli impianti di stoccaggio di energia elettrica AA-CAES (Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage) cioè lo stoccaggio di energia elettrica attraverso la compressione adiabatica di aria. In particolare svolgerà:

  • lo studio che i diversi sistemi TES (Thermal Energy Storage) hanno sul funzionamento degli impianti AA-CAES;
  • l’analisi e l’ottimizzazione degli impianti AA-CAES equipaggiati con un sistema di stoccaggio di energia termica ad alta temperatura che sfrutti sia il calore sensibile che quello latente.
  • l’analisi e l’ottimizzazione delle condizioni operative dei nuovi sistemi AA-CAES quando integrati nella rete di distribuzione di energia elettrica Svizzera considerando lo specifico scenario geografico ed energetico del nostro paese.

Nel presente progetto, il Paul Scherrer Institute si occuperà dello studio della sostenibilità delle soluzioni innovative proposte attraverso studi di life-cycle-assessment (LCA) e di life-cycle-costing (LCC).

Il progetto prevede una collaborazione con le aziende svizzere Airlight Energy Manufacturing and ALACAES. Queste aziende collaboreranno mettendo a disposizione le loro apparecchiature e i loro siti sperimentali.

Contesto socio-scientifico

Il lavoro in questo progetto consentirà di esplorare nuove tecnologie adatte a garantire la stabilità del futuro energetico svizzero. Infatti, lo stoccaggio di energia elettrica sarà una delle necessità nel panorama energetico futuro della nostra nazione, soprattutto quando la percentuale di produzione da fonti rinnovabili sarà ulteriormente incrementata (il Consiglio Federale, per il 2035, prevede una produzione da fonti rinnovabili, escluso l’idroelettrico, pari a 14.5 TWh annui).

Direct link to Lay Summary Last update: 30.11.2014

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
Pilot-scale demonstration of advanced adiabatic compressed air energy storage, Part 1: Plant description and tests with sensible thermal-energy storage
Geissbühler Lukas, Becattini Viola, Zanganeh Giw, Zavattoni Simone, Haselbacher Andreas, Barbato Maurizio, Steinfeld Aldo (2018), Pilot-scale demonstration of advanced adiabatic compressed air energy storage, Part 1: Plant description and tests with sensible thermal-energy storage, in Journal of Energy Storage, 17, 129-139.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
EPFL Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
ETHZ Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
CICenergigune Spain (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
SCCER-3 7th Symposium Poster AA-CAES plant modeling: advancements on plant design 06.11.2018 Rapperswil, Switzerland Roncolato Jonathan;
FTAL Conference Talk given at a conference The world’s first underground AA-CAES pilot plant: modelling and validation 18.10.2018 Lugano, Switzerland Roncolato Jonathan;
International CAE Conference Talk given at a conference AA – CAES plant modelling in Simscape 06.11.2017 Vicenza, Italy Roncolato Jonathan;
SCCER-3 6th Symposium Poster AA-CAES Plant Modeling and Validation against the Pollegio Pilot Plant Data 25.10.2017 Martigny, Switzerland Roncolato Jonathan;


Knowledge transfer events

Active participation

Title Type of contribution Date Place Persons involved
Tec day 2018 Performances, exhibitions (e.g. for education institutions) 22.11.2018 Mendriiso, Switzerland Barbato Maurizio;
Symposium on AA-CAES projects in Switzerland, Germany, and Austria Talk 15.05.2018 Bellinzona, Switzerland Barbato Maurizio;
Tec Day 2017 Performances, exhibitions (e.g. for education institutions) 29.11.2017 Lugano, Switzerland Barbato Maurizio;
ANSYS Forum Ticino 2017 Talk 23.11.2017 Manno, Switzerland Barbato Maurizio;
Tec Day 2016 Performances, exhibitions (e.g. for education institutions) 11.11.2016 Bellinzona, Switzerland Barbato Maurizio;


Self-organised

Title Date Place
Stakeholder meeting at Airlight Energy, Biasca 26.11.2015 Biasca, Switzerland

Abstract

The main goal of this project is to advance research for AA-CAES plants by studying the effects that specific TES systems can have on overall plant performance. The application of high temperature TES combined with novel aluminum-silicon Phase Change Materials (PCM) leading to combined sensible/latent TES, will be explored. This solution aims at solving the problem of temperature decrease during discharge shown by sensible TES. The application of a limited quantity of PCM can stabilize the sensible/latent TES discharge temperature leading to a more stable performance of the downstream turbine. AA-CAES specific plant configurations (e.g., number of compression and expansion stages) and charge-discharge cycles will be studied and evaluated. The most promising solutions in terms of plant size and performance, and environmental and economic feasibility will be defined and optimized for Swiss energy scenarios.
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