Almacenamiento de energía de aire comprimido (CAES, por sus siglas en inglés) es una tecnología que permite almacenar energía generada en un momento determinado para su uso en otro momento, utilizando aire comprimido. A gran escala, los sistemas CAES aprovechan los períodos de baja demanda de energía (fuera de las horas punta) para almacenar energía, la cual luego se libera durante los períodos de alta demanda (carga máxima).Wild, Matthew, L. Wind Drives Growing Use of Batteries, New York Times, July 28, 2010, pp. Los sistemas a pequeña escala se han utilizado en aplicaciones como la propulsión de locomotoras de mina. En los sistemas a gran escala, es crucial conservar la energía térmica asociada con el aire comprimido, ya que la disipación de calor puede reducir significativamente la eficiencia energética del proceso de almacenamiento.
Tipos La compresión de aire crea calor; el aire es más caliente después de la compresión. La expansión requiere calor. Si no se añade más calor, el aire será mucho más frío después de la expansión. Si el calor generado durante la compresión puede ser almacenado y utilizado durante expansión, la eficacia del almacenamiento mejora considerablemente.Gies, Erica. Hay tres maneras en qué un sistema CAES puede lidiar con el calor. El almacenamiento de aire puede ser adiabático, diabático, o isotérmico.
Adiabático El almacenamiento adiabático continúa para mantener el calor producido por la compresión y la devuelve al aire cuando se expande el aire para generar energía. Este es un tema de estudio en curso, sin plantas a escala de utilidad a partir de 2015, pero un ADELE proyecto alemán tiene previsto llevar una planta de demostración (360 megavatios de capacidad de almacenamiento) en el servicio en 2016. La eficiencia teórica de almacenamiento adiabática se aproxima a 100% con un aislamiento perfecto, pero en la práctica la eficiencia de ida y vuelta se espera que sea del 70%. El calor puede ser almacenado en un sólido como el hormigón o piedra, o más probablemente en un líquido como el aceite caliente (hasta 300 °C) o soluciones de sales fundidas (600 °C).
Diabático Almacenamiento diabático disipa mucho del calor de la compresión con intercambiadores (aproximándose así a compresión isoterma) a la atmósfera en forma de desechos; esencialmente, perdiendo, así, la energía renovable usada para realizar el trabajo de compresión. Tras la retirada, la temperatura del aire comprimido es el único indicador de la cantidad de energía almacenada que permanece en el aire. El calentamiento puede realizarse con un quemador de gas natural para el grado de utilidad de almacenamiento o con una masa de metal calentada. A medida que la recuperación suele ser más necesaria cuando las fuentes renovables están en reposo, el combustible tiene que ser quemado para compensar el calor malgastado. Esto degrada la eficiencia del ciclo de recuperación de almacenamiento; y si bien este enfoque es relativamente simple, la quema de combustible aumenta el costo de la energía eléctrica recuperada y pone en peligro los beneficios ecológicos asociados con la mayoría de las fuentes de energía renovables.No obstante, esto es hasta ahora el único sistema que ha sido implementado comercialmente.
El McIntosh, Alabama CAES la planta requiere 2.5 MJ de electricidad y 1.2 MJ valor de calefacción más baja (LHV) de gasista para cada megajoule de producción de energía, correspondiendo a una eficacia de recuperación de la energía de aproximadamente 27%. Un General Electric 7FA 2x1 ciclo combinado planta, uno del más eficaz plantas gasistas naturales en operación, utiliza 6.6 MJ (LHV) de gasista por kW·h generó, una 54% eficacia térmica comparó al McIntosh 6.8 MJ, en 27% eficacia térmica.
Isotermo Métodos de compresión y expansión isotérmica intentan mantener la temperatura operativa por intercambio de calor constante al entorno. Son solo prácticos para niveles de bajos de energía, sin necesidad de intercambiadores muy eficaces. La eficacia teórica de almacenamiento de energía isoterma se acerca 100% para una perfecta transferencia de calor al entorno. En la práctica, ninguno de estos ciclos termodinámicos perfectos es obtenible, cuando algunas pérdidas de calor son inevitables.
Cercano Isotermo Cerca isotérmico (compresión y expansión) es un proceso en el que el aire comprimido está muy cerca de una gran masa térmica incompresible como una estructura absorbiendo y liberando calor (HARS) o agua pulverizada. Un HARS generalmente se compone de una serie de aletas paralelas. Cuando el aire está comprimido el calor de la compresión es rápidamente transferida a la masa térmica, por lo que la temperatura del gas se estabilice. Un circuito de enfriamiento externo es entonces utilizado para mantener la temperatura de la masa térmica. La eficacia isotérmica (Z) es una medida de cuando el proceso se encuentra entre un proceso isotérmico y adiabático. Si la eficacia es 0%, entonces es totalmente adiabático; con una eficacia de 100%, es totalmente isotermo. Normalmente con un proceso isotermo cercano una eficacia de 90-95% puede ser esperado.
Otro Una implementación de isotermo CAES usos alto, medio y pistones de presión baja en serie, con cada etapa seguida por un airblast venturi bomba que sorteos aire ambiental sobre un aire-aire (agua de mar o aire) intercambiador de calor entre cada etapa de expansión. Primeros diseños de torpedo de aire comprimido utilizaron una aproximación similar, sustituyendo agua de mar por aire. El venturi calienta el agotar de la etapa de preceder y admite este precalentador de aire a la etapa siguiente. Esta aproximación era ampliamente adoptada en varios vehículos de aire comprimidos como H. K. Porter, los tranvías y locomotoras mineros del inc. Aquí el calor de compresión es eficazmente almacenado en la atmósfera (o mar) y regresó más tarde encima.
Compresores y expanders La compresión puede ser hecha con eléctricamente powered turbo-compresores y expansión con turbo 'expanders' o motores de aire que conducen generadores eléctricos para producir electricidad.
Almacenamiento El sistema de almacenamiento de un CAES (Almacenamiento de Energía de Aire Comprimido) es uno de las características más interesantes de esta tecnología, y es estrictamente relacionado con su viabilidad económica, densidad de energía y flexibilidad. Hay unas cuantas categorías de barcos de almacenamiento del aire, basados en las condiciones termodinámicas del almacenamiento, y en la tecnología escogida: Almacenamiento de Volumen constante (Solución mined cavernas, aboveground barcos, acuíferos, automotive aplicaciones, etc.) Almacenamiento de Presión constante (barcos de presión Submarina, el híbrido Bombeó Hydro - Almacenamiento de Aire Comprimido)
Almacenamiento de Volumen constante Este sistema de almacenamiento utiliza un volumen (un cuarto o caverna) de paredes rígidas para almacenar grandes cantidades de aire. Desde un punto de vista termodinámico el sistema se entiende como volumen constante y presión variable. Algo que puede causar problemas de operación en compresores y turbinas conectados. Las variaciones de presión tienen que ser mantenidas dentro de un límite seguro.
El barco de almacenamiento es a menudo una caverna subterránea creado por la solución minera (la sal está disuelta en agua para extracción) o por utilizar una mina abandonada; uso de formaciones de rock poroso(sacude cuáles tienen agujeros a través de qué líquidos o el aire puede pasar) como aquellos en qué embalses de gas natural están encontrados también ha sido estudiado.http://www.answers.com/topic/solution-mining?cat=technology ;
En algunos casos también se probó una tubería en cota superficial como sistema de almacenamiento, proporcionando buenos resultados.
Almacenamiento de Presión constante En este caso el barco de almacenamiento está mantenido en una presión constante, mientras el gas está contenido en un barco de volumen variable. Muchos tipos de barco de almacenamiento han sido propuestos, pero las condiciones operativas siguen el mismo principio, el barco de almacenamiento es colocó centenares de los metros submarinos, la presión hidrostática de la columna de agua por encima del barco de almacenamiento deja para mantener la presión al nivel deseado.
Esta configuración deja a: Mejorar la densidad de energía del sistema de almacenamiento, porque todo el aire contuvo puede ser utilizado (la presión es constante en todas condiciones de cargo, llenos o vacíos, la presión es igual, así que la turbina no tiene ningún problema explotándolo, mientras con sistemas de volumen constante después de que un rato la presión va bajo un límite de seguridad y las necesidades de sistema para parar) Mejorar la eficacia del turbomachinery, el cual trabajará bajo condiciones de ensenada constante. Abre al uso de ubicaciones geográficas diferentes para el posicionamiento del CAES planta (líneas costeras, flotando plataformas, etc.) Por otro lado, el coste de este sistema de almacenamiento es más alto, debido a la necesidad de colocar el barco de almacenamiento en el fondo del embalse de agua escogido (a menudo el mar o el océano) y debido al coste del barco él.
Las plantas operan en un ciclo diario, embistiendo contra noche y liberando durante el día. Calentando del aire comprimido que utiliza gas natural o calor geotérmico para aumentar la cantidad de la energía que es extraído ha sido estudiado por el Pacific Noroeste Laboratorio Nacional
Almacenamiento de energía de aire comprimido también puede ser empleado en una escala más pequeña como explotado por coches de aire y aire-locomotoras conducidas, y también por el uso de carbono de fuerza alta-tanques de almacenamiento de aire de fibra. Aun así, para retener la energía almacenada en aire comprimido, este tanque tendría que ser thermally aislado del entorno; más, la energía almacenó huirá bajo la forma de calentar desde entonces comprimiendo el aire levanta su temperatura.
Historia
Transmisión Ciudad-energía de aire comprimida ancha los sistemas han sido construidos desde entonces 1870. Ciudades como París, Francia; Birmingham, Inglaterra; Dresde, Rixdorf y Offenbach, Alemania y Buenos Aires, Argentina instaló tales sistemas. Victor Popp construyó los primeros sistemas a relojes de poder por enviar un pulso de airear cada minuto para cambiar sus armas de puntero. Ellos deprisa evolucionados para entregar poder a casas e industria.Technische Mislukkingen, by Lex Veldhoen & Jan van den Ende, 1995/2013 Tan de 1896, el sistema de París tuvo 2.2 MW de la generación distribuida en 550 kPa en 50 km de tubos de aire para motores en industria ligera y pesada. El uso estuvo medido por metros. Los sistemas eran la fuente principal de casa-energía entregada en aquellos días y también powered las máquinas de dentistas, costurera, imprimiendo instalaciones y panaderías.
Almacenamiento 1978 @– La primera utilidad-escala almacenamiento de energía de aire comprimido el proyecto era el 290 megawatt Huntorf planta en Alemania que utiliza un domo de sal. 1991 @– Un 110 megawatt planta con una capacidad de 26 horas estuvo construida en McIntosh, Alabama (1991). La facilidad de Alabama $65 millones de coste sale a $590 por kW de capacidad de generación y sobre $23 por kW-hr de capacidad de almacenamiento, utilizando un 19 millones de pie cúbico solución caverna minada de sal para almacenar aire en hasta 1100 psi. A pesar de que la fase de compresión es aproximadamente 82% eficaz, la fase de expansión requiere combustión de gas natural en uno tercer el índice de una turbina gasista que produce la misma cantidad de electricidad.