Exploran las formas óptimas de los sistemas de almacenamiento de energía térmica
Científicos de la Universidad Federal del Lejano Oriente (FEFU) y del Instituto de Automatización y Control de Procesos de la Rama del Lejano Oriente de la Academia Rusa de Ciencias (IACP FEB RAS) han estudiado una correlación entre la forma de los Almacenamientos de Energía Térmica (TES) utilizados en los sectores de la energía tradicional y renovable y su eficiencia. Utilizando los datos obtenidos, los ingenieros de diseño podrían mejorar los TES para necesidades específicas. Se publicó un artículo relacionado en la revista Renewable Energy.
Karsten Würth / Unsplash
Los científicos estudiaron una correlación entre la forma y la eficiencia de los TES basada en materiales de cambio de fase granulares. Cuando se calientan, estos materiales cambian su fase de estado sólido al líquido, preservando así la energía térmica. Cuando se solidifican de nuevo, se produce una salida de energía. Los dispositivos basados en este principio se utilizan en sistemas de energía avanzados.
Utilizando un modelo computacional que había sido desarrollado previamente, el equipo descubrió el efecto del estrechamiento y la expansión de los TES en forma de cilindro en el proceso de su carga (entrada de energía), el almacenamiento de energía y la descarga (salida de energía) dependiendo de varios criterios de preferencia.
“Para estudiar la carga y descarga de los TES con diferentes formas, utilizamos seis criterios de eficiencia. En algunos casos, un acumulador de calor que almacene más energía es el más preferible. En otros casos, una unidad con el tiempo de carga más rápido es lo más eficiente. Lo mismo ocurre con la descarga: algunos necesitan un dispositivo con la mayor salida de energía, y otros preferirían uno con un tiempo máximo de mantenimiento de la temperatura de salida no inferior a un valor determinado”, dijo Nickolay Lutsenko, coautor del trabajo, profesor del Departamento de Ingeniería del Instituto Politécnico (Escuela), FEFU, y jefe de laboratorio de la IACP FEB RAS.
Según la investigación de los científicos, los TES con paredes rectas son a menudo los más preferibles. Sin embargo, la forma de una unidad puede depender de criterios de eficiencia y de los detalles del proceso, tales como las condiciones límite, la temperatura de transición de fase, etc. En algunos escenarios, estrechar o expandir los TES puede ser más beneficioso que usar los de paredes rectas.
Los almacenamientos de energía térmica también pueden formar parte de otros tipos de acumuladores de energía, como los almacenamientos adiabáticos de energía de aire comprimido que se utilizan para almacenar energía barata procedente de centrales eléctricas tradicionales durante la noche o de baterías solares y aerogeneradores en condiciones meteorológicas favorables. La producción de energía de estos acumuladores tiene lugar en los momentos de máximo consumo de energía, como por las mañanas o las tardes.
“Estas unidades almacenan la energía del gas comprimido que es bombeado por los compresores en enormes contenedores capaces de mantenerlo durante mucho tiempo. Cuando hay escasez de energía, el gas comprimido se transmite a las turbinas que mueven los generadores de las centrales eléctricas. Sin embargo, los almacenamientos tradicionales de energía de aire comprimido tienen una desventaja: cuando el gas se comprime y se bombea, su temperatura aumenta, pero se pierde el calor. Y cuando el gas se libera de los contenedores, su temperatura disminuye, y necesita ser calentado de nuevo antes de ser transmitido a una turbina. Para ello, las centrales eléctricas deben consumir combustible. Los almacenamientos adiabáticos de energía de aire comprimido, que se están desarrollando hoy en día, hacen que el gas comprimido pase por un TES después de ser bombeado, de modo que solo llega a un contenedor después de liberar todo su calor. Y cuando el gas debe ser transmitido a una turbina, pasa a través del mismo TES de nuevo donde absorbe la energía y se calienta. El factor de rendimiento de tales unidades es mucho más alto, y además son más respetuosas con el medio ambiente, ya que no es necesario quemar combustible y no se producen emisiones atmosféricas”, añadió Nickolay Lutsenko.
