Novel concepts of increasing energy storage capacity at Pumped Storage Power plants

Nouveaux concepts pour augmenter la capacité de stockage des installations de pompage-turbinage

Associate Professor, Norwegian University of Science and Technology - Department of Energy and Process Engineering, the Waterpower Laboratory, Trondheim, Norway -
pal-tore.storli@ntnu.no

Abstract

The paper presents two novel concepts for increasing energy storage capacity at Pumped Hydro Storage (PHS) plants that are planned, being constructed or already exist. Both concepts make use of compressed air, but unlike other storage technologies that utilize compressed air, the air is not intended as the energy storage itself, it is a working fluid for moving water. By using compressed air, it is possible to utilize storage volumes that are positioned below the original upper reservoir in PHS plants. The two concepts presented here uses this principle, one by inflatable air bags positioned below the lower reservoir level, and the other by excavation of underground reservoirs that serve as the increased storage volume. The necessary operation comes at an efficiency penalty, but the energy storage reservoir will have an increase in size, without any new dam being built or existing water levels rise. This makes it ideal for retrofitting at existing PHS plants, which would increase the energy storage capacity as well as making it possible to install additional power generating capacity.

Résumé

Cet article présente deux nouveaux concepts pour augmenter la capacité de stockage des installations de pompage-turbinage (PHS) pour des installations en phase de conception, de construction ou déjà en fonctionnement. Les deux concepts font usage d'air comprimé, mais, contrairement aux autres technologies de stockage basées sur l'air comprimé, l'air ne stocke pas directement l'énergie, il opère plutôt comme un fluide moteur pour déplacer l'eau. En utilisant l'air comprimé, il est possible d'utiliser des volumes de stockage positionnés en dessous du réservoir supérieur de l'installation PHS. Les deux concepts présentés dans cet article utilisent ce principe : le premier en utilisant un ballon gonflable situé en dessous du niveau inférieur du réservoir, le deuxième en excavant des réservoirs souterrains qui vont servir de volumes de stockage supplémentaires. La mise en place de tels systèmes est réalisée au prix d'une perte d'efficacité, mais le stockage d'énergie est accru sans qu'un nouveau barrage (ou une augmentation du niveau d'eau) ne doivent être réalisés. Ce concept apparaît donc idéal pour la rénovation des d'installations de stockage-turbinage existantes, en augmentant leur capacité de stockage d'énergie ainsi qu'en permettant d'augmenter la puissance de production électrique.