Simulación y optimización de almacenamiento térmico sensible en lechos de rocas. Aplicaciones al almacenamiento de energía eléctrica renovable mediante tecnología LAES y PTES

Manjón Barea, Miguel (2021). Simulación y optimización de almacenamiento térmico sensible en lechos de rocas. Aplicaciones al almacenamiento de energía eléctrica renovable mediante tecnología LAES y PTES. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Diseño Industrial (UPM), Madrid.

Description

Title: Simulación y optimización de almacenamiento térmico sensible en lechos de rocas. Aplicaciones al almacenamiento de energía eléctrica renovable mediante tecnología LAES y PTES
Author/s:
  • Manjón Barea, Miguel
Contributor/s:
  • Martínez Arévalo, Carmen
  • Legrand, Mathieu
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería Mecánica
Date: July 2021
Subjects:
Freetext Keywords: energías renovables, almacenamiento de electricidad, LAES (Liquid Air Energy Storage), PTES (Pumped Thermal Electricity Storage), lecho de rocas, almacenamiento térmico sensible
Faculty: E.T.S.I. Diseño Industrial (UPM)
Department: Ingeniería Mecánica, Química y Diseño Industrial
Creative Commons Licenses: Recognition - Non commercial - Share
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Abstract

El aumento en el consumo eléctrico en las últimas décadas y la emisión de gases contaminantes asociada implica que las energías eléctricas renovables jueguen un papel fundamental en la transición energética de los próximos años. La integración de las renovables plantea grandes retos debido a su variabilidad. En este contexto, surge la idea del almacenamiento de esta energía. En el caso de este proyecto, el estudio se centra en el almacenamiento térmico sensible en estado sólido, en particular en lechos de rocas, asociado a tecnologías como LAES (Liquid Air Energy Storage) para el almacenamiento de frío criogénico o PTES (Pumped Thermal Electricity Storage) ligado al almacenamiento a altas y bajas temperaturas. Tras un vasto estudio bibliográfico y comparativo entre diferentes modelos 0D y 1D numéricos y analíticos para la simulación de lechos de rocas, se establece el método más adecuado, que será un método 1D numérico. Además, se aporta un método para la correcta discretización de las soluciones. El objetivo de la implementación es dimensionar y optimizar de forma versátil los lechos, estudiar su comportamiento dentro de ciclos termodinámicos completos y obtener modelos de simulación que puedan ser de utilidad en el contexto del almacenamiento térmico. Todo esto permitirá contribuir al desarrollo y optimización de la tecnología de almacenamiento de energía, aportar estudios de comportamiento de los lechos a altas o muy bajas temperaturas, poco desarrollados hasta ahora, y apoyar el inicio de una vía tecnológica donde España podría llegar a ser un actor importante a nivel europeo. Los resultados muestran el papel fundamental que juega la consideración de la variación con la temperatura de las propiedades termofísicas del material sólido de los lechos y del fluido. En particular, la variabilidad del calor específico del material sólido es de vital importancia para el comportamiento de la temperatura en el interior del lecho, especialmente dado el espectro tan amplio de temperaturas estudiado. También se muestra el gran impacto de cambios bruscos de los coeficientes de trasferencia de calor frente a la escasa relevancia en comparación de cambios en la geometría del lecho, por ejemplo, con la relación longitud-diámetro del mismo. Adicionalmente, se presenta un programa que permite dimensionar los lechos, obtener resultados sobre su comportamiento, eficiencia, pérdidas de carga y una aproximación de los costes de almacenamiento de una manera rápida. Esto ha permitido optimizar un ciclo PTES hibridado con generación de energía eólica desde el punto de vista tecno-económico, y la simulación de un año completo de funcionamiento de esta planta; o replicar casos de aplicación de la tecnología LAES mejorando la precisión y la rapidez de obtención de los resultados. Por último, este proyecto aborda los ODS (Objetivos de Desarrollo Sostenible) 7 y 11. Se enmarca por completo dentro del objetivo “Energía asequible y no contaminante” por su contribución al desarrollo del almacenamiento de energía haciendo frente a la variabilidad de la generación frente a la demanda. Además, apoya el inicio de una nueva vía tecnológica hacia “Ciudades y comunidades sostenibles”. Palabras clave: energías renovables, almacenamiento de electricidad, LAES (Liquid Air Energy Storage), PTES (Pumped Thermal Electricity Storage), lecho de rocas, almacenamiento térmico sensible.

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Item ID: 68740
DC Identifier: https://oa.upm.es/68740/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:68740
Deposited by: Ingeniero Miguel Manjón Barea
Deposited on: 07 Oct 2021 04:49
Last Modified: 08 Nov 2021 08:21
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