Coordinated operation of pumped hydro energy storage with reversible pump turbine and co-located battery energy storage system

Abstract: This publication examines the coordinated operation of pumped hydro energy storage and battery energy storage systems to improve profitability. While pumped hydro energy storages offer high storage capacity but have slower response times, battery energy storage systems have lower capacity but faster response times. A hybrid system combining both can thus harness synergies. A mixed-integer linear programming model was developed to depict the coordinated use of both systems in the German market. The proposed approach is also applicable to other regional markets where energy and balancing services are traded in a similar manner. In this model, the pumped hydro energy storage operates in the spot market and provides automatic Frequency Restoration Reserve, while the battery energy storage systems supplies Frequency Containment Reserve. The model takes into account the costs caused by degradation effects in both storage types. The results show a 10.05 % increase in revenue through coordination compared to the independent operation of both storage systems. This added value can be achieved through more efficient use of the power capacity, particularly that of the battery energy storage systems, in coordinated operation.
Dieser Beitrag untersucht die Koordination eines Pumpspeicherkraftwerkes mit einem Batteriespeicher zur Ertragsoptimierung. Pumpspeicherkraftwerke bieten eine hohe Speicherkapazität, jedoch begrenzte Reaktionszeiten. Batteriespeicher hingegen verfügen über niedrigere Kapazität, aber weisen dafür schnellere Reaktionszeiten auf. Ein hybrides System aus beiden Speichern kann somit Synergien erzeugen. Ein Mixed-Integer-Linear-Programming-Modell wurde entwickelt, welches den koordinierten Einsatz beider Systeme abbildet. Der vorgestellte Ansatz ist ebenfalls auf andere regionale Märkte übertragbar, in denen Energie und Regelleistung in vergleichbarer Weise gehandelt werden. Das Pumpspeicherkraftwerk agiert im Spot-Markt und bietet zusätzlich noch Sekundärregelleistung an. Der Batteriespeicher dient zur Bereitstellung von Primärregelleistung. Das Modell berücksichtigt zudem die durch Verschleiß und Alterungseffekte resultierenden Kosten. Die Ergebnisse zeigen eine Ertragssteigerung von 10,05 % durch die Koordination im Vergleich zum eigenständigen Betrieb beider Speichersysteme. Dieser Mehrwert kann durch eine effizientere Nutzung der Leistungskapazitäten, insbesondere des Batteriespeichers, realisiert werden.

Object Details

• Alternative title: Koordinierter Betrieb eines Pumpspeicherkraftwerkes mit reversibler Pumpturbine und einem Batteriespeicher an einem geteilten Standort
• Location: Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
• Extent: Online-Ressource
• Language: Englisch

References and Relationships

• Bibliographic citation: Coordinated operation of pumped hydro energy storage with reversible pump turbine and co-located battery energy storage system ; volume:73 ; number:2 ; year:2025 ; pages:136-144 ; extent:9 ; Automatisierungstechnik ; 73, Heft 2 (2025), 136-144 (gesamt 9)

Contributors, Places and Time

• Creator: Tadayon, Leon ; Meiers, Josef ; Ibing, Lukas ; Erdelkamp, Kevin ; Frey, Georg

Further information

• DOI: 10.1515/auto-2024-0128
• URN: urn:nbn:de:101:1-2502040449574.431015668109
• Rights: Open Access; Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.
• Last update: 15.08.2025, 7:28 AM CEST