Modelling of the dynamic behaviour of an advanced adiabatic compressed air energy storage (aa-caes)

Abstract

Debido al rápido agotamiento de las reservas de combustibles fósiles, los cuales proporcionan un porcentaje mayoritario de la energía en el mundo, es inevitable que ésta y las futuras generaciones de ingenieros investiguen y desarrollen nuevos métodos para satisfacer la creciente demanda energética de la población de manera ecológica y sostenible.
La gran apuesta para abastecer limpiamente la energía necesitada es la utilización de fuentes de energía renovables como la solar o la eólica, las cuales están cobrando cada vez más importancia y para 2030 deben representar el 27% de la oferta de energía de Europa1, según el plan “2030 Energy Strategy” de la Unión Europea. Un gran inconveniente de este tipo de fuentes es la necesidad de utilizar su energía prácticamente simultáneamente a su generación (especialmente en el caso de la eólica) para que esta energía no sea perdida. Es decir, por ejemplo, un parque eólico funcionando de noche cuando la demanda de electricidad es baja está desaprovechando gran parte de la energía que genera.
Como solución a esto están empezando a cobrar especial importancia los métodos de almacenamiento temporal de energía excedente para su posterior uso en tiempos de picos de demanda y así dar más flexibilidad y potencial a las energías renovables.
Es en este contexto donde surge la idea del Almacenamiento de Energía por Aire Comprimido o CAES por sus siglas en inglés. Este método de almacenamiento de energía proporciona grandes ventajas sobre otros tipos, como pueden ser el almacenamiento mecánico o magnético, entre las cuales están una mayor capacidad de potencia y mayores tiempos de almacenamiento. Consta de tres etapas principales, las cuales son la compresión del aire y su almacenamiento, el calentamiento del aire previa su entrada a las turbinas, y la posterior expansión del aire almacenado para generar energía.
A pesar de ser una posible solución para el problema energético, el modelo tradicional de CAES, presente en ambas plantas existentes de este tipo actuales, se sigue dependiendo en ciertas etapas del proceso de la combustión de combustibles que contribuyen a la contaminación.
Con el objetivo de eliminar toda combustión del proceso y crear un sistema totalmente limpio y sostenible se desarrolla el modelo de Almacenamiento de Energía por Aire Comprimido Avanzado Adiabático (AA-CAES), cuyo esquema se muestra a continuación. Gracias al acople al sistema de un Almacenamiento de Energía Térmica (TES) para almacenar el calor que posteriormente calentará el
aire antes de su expansión para maximizar la potencia obtenida, se elimina la etapa de combustión que tenía este fin en el CAES tradicional.
En este proyecto se pretende explicar el sistema, además de presentar un posible modelo termodinámico para dos posibles alternativas de diseño de cámara de aire, una de volumen y temperatura constante y otra de presión y temperatura constante, además de modelo para el almacenamiento de energía térmica, lo cual permitirá calcular, entre otros resultados, la capacidad de potencia de un sistema de este tipo y su eficiencia.