Almacenamiento de energía de aire comprimido: eficiente y rentable

El objetivo del almacenamiento de energía es capturar la energía y entregarla eficazmente para su uso futuro. Las tecnologías de almacenamiento de energía ofrecen varias ventajas importantes: mejora de la estabilidad de la calidad de la energía, fiabilidad del suministro eléctrico, etc. En los últimos años, al intensificarse la crisis energética, el almacenamiento de energía se ha convertido en un importante foco de investigación tanto en la industria como en el mundo académico. Existen varios métodos para almacenar energía, como el mecánico, el eléctrico, el químico, el electroquímico y el térmico.

Las tecnologías de almacenamiento de energía jugarán un papel crucial en el aumento tanto de la eficiencia como de la disponibilidad de energía renovable. El almacenamiento de energía de aire comprimido (CAES) permite el almacenamiento eficiente y rentable de grandes cantidades de energía, generalmente por encima de 100 MW.

Sin embargo, esta tecnología está limitada por los riesgos inherentes a la exploración subterránea. Para reducir esta desventaja, proponemos un concepto de mini-CAES donde la cavidad es menos profunda que la CAES actual. Este concepto redefine la capacidad de almacenamiento de energía con una potencia de capacidad de almacenamiento en el rango de 10 a 100 MW, minimizando así el impacto en la superficie y haciéndolo menos costoso que el CAES convencional. Los hallazgos describen los parámetros técnicos a considerar para mini-CAES y la relación de los mismos con la capacidad de almacenamiento de energía.

Como resultado de este estudio, se ha optimizado la infraestructura del subsuelo y sus interacciones con la superficie y las condiciones energéticas. Mini-CAES es más adecuado para energía renovable que CAES más profundo.

El almacenamiento de energía de aire comprimido (CAES) se basa en el ciclo de la turbina de gas. El excedente de energía se usa para comprimir aire usando un compresor rotativo y luego almacenarlo, a menudo en una cámara subterránea. Cuando se requiere energía, se libera de la cámara y pasa a través de una turbina de aire que genera electricidad a partir del flujo de aire a alta presión. La producción de la planta se puede aumentar quemando gas natural en el aire a alta presión antes de que ingrese a la turbina de aire, como sucedería en una turbina de gas convencional. Sin embargo, esto tiene la penalización de producir emisiones de dióxido de carbono, lo que no ocurre con la planta de almacenamiento simple. Las plantas más avanzadas pueden almacenar calor durante la compresión del aire y liberarlo durante la fase de expansión. Solo se han construido dos plantas comerciales de CAES.

Las plantas de almacenamiento de energía en aire comprimido (CAES) funcionan con motores que accionan compresores, que comprimen el aire para almacenarlo en recipientes adecuados. La energía almacenada en el aire comprimido puede liberarse para accionar un expansor, que a su vez acciona un generador para producir electricidad. En comparación con otras tecnologías de almacenamiento de energía (ES), las plantas CAES tienen una potencia y una capacidad de almacenamiento muy grandes, una baja autodescarga y una larga vida útil. Estos atributos la convierten en el método más prometedor y rentable para los servicios de red de ES a gran escala.

Las plantas CAES convencionales tienen una eficiencia de ida y vuelta relativamente baja; sin embargo, los estudios de investigación sobre conceptos CAES más avanzados, como la CAES adiabática e isotérmica, tratan de mejorarla. El mundo tiene una gran capacidad de almacenamiento de aire comprimido en el subsuelo, lo que significa que la CAES podría proporcionar una cantidad significativa de las futuras necesidades de energía eléctrica del mundo. En este capítulo se exponen los principios de funcionamiento de la CAES, se compara la CAES con otras tecnologías de energía eléctrica, se enumeran los servicios de red para los que la CAES es más adecuada, se presentan los diseños avanzados de la CAES y los proyectos actuales, se examina el análisis de la exergía de las plantas y los componentes de la CAES, se informa sobre el potencial mundial de la CAES y se ofrecen direcciones de investigación y desafíos futuros.

Los Sistemas de Almacenamiento de Energía son clave para mejorar el factor de carga de las energías renovables. miniCAES describe infraestructuras subterráneas menos profundas para almacenar energía. Se definió la cavidad, así como el impacto de la instalación en la superficie. miniCAES reduce el riesgo de exploración y una mejor adaptación a las energías renovables. El sistema miniCAES permite gestionar la energía de forma económicamente rentable.

El sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido (CAES) es una de las tecnologías de almacenamiento de energía altamente eficientes y de bajo costo de capital, que se utiliza a gran escala. Sin embargo, debido a múltiples limitaciones operativas y técnicas, la operación CAES debe incorporarse con características termodinámicas. Por lo tanto, en este documento, se investiga el modelado termodinámico novedoso de la instalación CAES integrada con las granjas híbridas térmicas, eólicas y fotovoltaicas (PV) para participar en los mercados de energía y reserva. La consideración de las características termodinámicas hace que la programación propuesta sea más realista, al mismo tiempo que impone múltiples restricciones al funcionamiento óptimo del sistema híbrido. Se analiza simultáneamente el funcionamiento de la instalación CAES durante los modos de carga y descarga, considerando características termodinámicas, y se calcula el estado de carga de la caverna para ambos modos. Además de tener en cuenta las características termodinámicas, la capacidad del ciclo de recuperación está integrada para que la instalación CAES recupere el calor de la turbina en el precalentador, lo que da como resultado una mayor eficiencia de la turbina. La programación propuesta del sistema híbrido está expuesta a un alto nivel de incertidumbre causado por la energía y los precios del mercado de reserva, así como por la fluctuación de la potencia de los parques eólicos y fotovoltaicos. Por lo tanto, el enfoque estocástico basado en escenarios se aplica con base en datos históricos reales de la estación KHAF en IRÁN para manejar las incertidumbres existentes. Se proporcionan resultados numéricos para diferentes casos. Las principales conclusiones de los resultados numéricos muestran la efectividad del ciclo de recuperación desde la mejora de la rentabilidad y la reducción del combustible quemado hasta un 11,36 % y un 11,33 %, respectivamente.