Study of a Small Scale Combined Pumped Water and Compressed Air Storage

The recent developments in renewable energy has led to an increasing demand for energy storage capability. This report aims to combine two of the most widely used methods: Pumped Hydro Energy Storage and Compressed Air Energy Storage. By using a closed pressure vessel of 200 m3, the system stores energy in the form of compressed air and gravitational potential energy of water.Two different charging and discharging methods were investigated to examine the behaviour of the proposed small-scale model, one “slow process” and one “fast process”. In the first one, water is pumped up and let out in increments and heat transfer is considered between each step. The other case assumes a constant flow of water with no heat transfer except when the tank is full.The best efficiency found was 70.7 % for the slow process. It was shown that the fast process could reach a higher efficiency if the storage time between charge and discharge was low. With a pump and turbine efficiency of 90 % each, an equivalent Pumped Hydro Energy Storage system would have 81 % efficiency. Although the energy density increases, the economic study concludes that the system is not worth investing as compared to other small scale energy storage systems like battery energy storage systems.Den nuvarande utvecklingen inom förnybar energi har lett till en större efterfrågan av energilagring. Denna rapport har som mål att kombinera två av dem mest använda metoderna: pumpkraftverk och tryckluftslagring. Genom att använda en stängd trycktank med en volym på 200 m2, lagrar systemet energi i komprimerad luft och vattnets gravitationella potentiella energi.Två olika laddningsmetoder och urladdningsmetoder har undersökts för att se beteendet av det småskaliga systemet, en ”långsam process” och en ”snabb process”. I den första processen pumpas vatten upp och släpps ut i små steg där värmeöverföringen betraktas för varje steg. I den andra processen antas det att vatten pumpas upp och släpps ut kontinuerligt, där ingen värme överförs från luften till vattnet, endast när tanken är full.Den högsta verkningsgraden var 70.7% för den långsamma processen. Det visade sig att den snabba processen kunde nå en högre verkningsgrad om lagringstiden mellan laddning och urladdning var kort. Ett liknande pumpkraftverks system skulle ha 81% verkningsgrad då turbinen och pumpen har 90% verkningsgrad vardera. Även fast energidensitet ökar, visar den ekonomiska analysen att detta system är inte är värt att investera i