Investigadores del Instituto Harbin de Tecnología de China propusieron combinar sistemas de almacenamiento de energía hidráulica por bombeo con tecnología de almacenamiento de energía por aire comprimido (CAES) en un intento de resolver un problema bien conocido de los sistemas hidráulicos por bombeo: hacer frente a las grandes variaciones de altura en la maquinaria hidráulica.
“Hemos diseñado un novedoso sistema de almacenamiento de energía hidráulica por bombeo y aire comprimido que integra las tecnologías de almacenamiento hidráulico por bombeo, almacenamiento de energía por aire comprimido y transferencia de energía potencial hidráulica”, explicó a pv magazine Deyou Li, autor principal del estudio. “También hemos analizado la composición y el principio de funcionamiento del sistema, así como el modelo termodinámico de cada módulo. Su corrección se verificó comparando nuestros resultados con los datos bibliográficos existentes”.
En el artículo “Energy and exergy analysis of a novel pumped hydro compressed air energy storage system” (Análisis energético y exergético de un novedoso sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido por bombeo hidráulico), publicado en Energy, el grupo de investigación explica que el sistema funciona mediante procesos de carga y descarga multiciclo. Consta de una unidad de almacenamiento por bombeo, una válvula de inversión, un dispositivo de pulverización, cilindros hidráulicos de agua, un tanque de almacenamiento de aire, una bomba, una piscina de agua y varias válvulas.
En la fase de carga, el sistema extrae agua de la piscina de agua mediante maquinaria hidráulica. A continuación, el agua se introduce en el depósito de almacenamiento de aire para comprimirlo. Durante la descarga, el aire del interior del contenedor de almacenamiento de aire se expande, y el agua
que sale del contenedor se inyecta en la maquinaria hidráulica para generar electricidad.
“El sistema propuesto puede almacenar y liberar energía mediante carga y descarga, lo que le permite realizar funciones de ahorro de picos y relleno de valles”, explican los académicos. “Cuando la carga eléctrica es pequeña, la energía eléctrica sobrante es absorbida por la unidad de almacenamiento por bombeo y convertida en energía interna del aire comprimido para su almacenamiento. A la inversa, el sistema suministra energía a la red”.
El sistema también utiliza un dispositivo de pulverización para mejorar la transferencia de calor entre el aire y el agua del depósito y lograr una compresión y expansión casi isotérmicas.
“Cuando no se utiliza el dispositivo de pulverización, la temperatura del aire sube a 36 ºC durante la carga y baja a 6,4 C durante la descarga”, explica el grupo. “Cuando se pulveriza, la variación de la temperatura del aire en las condiciones de carga, espera y descarga disminuye significativamente. El valor máximo de la temperatura del aire durante la carga se reduce a 28,4 ºC y el valor mínimo de la temperatura del aire durante la descarga aumenta a 13,2 ºC”.
Los científicos probaron la configuración del sistema propuesto mediante una serie de simulaciones y supusieron que el sistema tenía una capacidad de 1 MW. Calcularon un tiempo de carga de 31,1 minutos y un tiempo de descarga de 23,1 minutos.
El análisis demostró que el módulo de transferencia de energía potencial de la presión del agua adoptado en el sistema puede convertir eficazmente la variación de presión de casi 1,6 MPa en el depósito de almacenamiento de aire en una variación de altura de 58,5 m durante el bombeo y de 48,2 m durante la generación de energía del almacenamiento por bombeo. También se demostró que la unidad de almacenamiento por bombeo es la que más energía desperdicia y la sección del sistema que más debe optimizarse dentro de un planteamiento general destinado a reducir la complejidad del sistema.
“En futuros estudios se reducirá aún más el número de transformaciones energéticas del sistema propuesto”, concluyen los investigadores. “Posteriormente, se desarrollará una plataforma experimental para verificar la viabilidad técnica del sistema propuesto y revelar los efectos de los parámetros clave de diseño, como la presión inicial, la presión de terminación, el volumen del tanque de almacenamiento de aire y la relación de presión variable, sobre el rendimiento operativo del sistema”.
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