Almacenamiento híbrido de aire comprimido y energía térmica en infraestructura posterior a la minería

Los científicos en Polonia han desarrollado tecnología de almacenamiento de energía de aire comprimido utilizando sistemas de almacenamiento de energía térmica (TES) integrados en ejes de minas abandonados. El sistema funciona sin una fuente de calor externa y utiliza un compresor de aire, un tanque de almacenamiento de aire comprimido con un sistema de almacenamiento de energía térmica incorporada y un expansor de aire.

Un equipo de científicos de la Universidad Tecnológica de Silesia en Polonia ha desarrollado la Tecnología de Almacenamiento de Energía del Aire Comprimida (CAES), que utiliza sistemas de almacenamiento de energía térmica (TES) integrados en minas abandonadas para reutilizar de manera eficiente los tanques de aire comprimidos. "Nuestro concepto de almacenamiento tiene como objetivo reutilizar y proteger la infraestructura subterránea después de la minería, que a menudo se daña irreparablemente después del cierre de la mina", dijo Lukasz Bartela, corresponsal de la revista PV, autor del estudio.

El grupo cree que las áreas mineras tienen el potencial de proporcionar infraestructura energética de bajo costo. "Las minas a menudo se encuentran cerca de centrales eléctricas y/o estaciones de distribución", dijeron los investigadores. "Esto permite utilizar la infraestructura de conexión de la red existente. Además, la proximidad a áreas industriales altamente desarrolladas reduce las pérdidas de transmisión de energía. No hay necesidad de construir tanques de almacenamiento sobre el suelo para las centrales eléctricas térmicas, lo que ahorra el espacio limitado disponible".

El sistema funciona sin el uso de una fuente de calor externa y utiliza un compresor de aire, un tanque de almacenamiento de aire comprimido con almacenamiento de energía térmica incorporada y un expansor de aire. Los elementos del sistema pueden ser una etapa o dos etapas.

En la configuración propuesta del sistema, el tanque TPP está incorporado y está conectado al concentrador. Esto ayuda a reducir la pérdida de calor, incluso cuando el calor deja el material de almacenamiento y pasa a través del aire en el tanque del eje. El sistema TPP se adapta a la geometría de la mina, reduciendo el campo de transferencia de calor, que tiene un efecto positivo en la eficiencia energética del proceso de almacenamiento de calor.

"La mayor ventaja de colocar el sistema TES en el volumen de un tanque de presión es la posibilidad de usar una estructura de carcasa de paredes delgadas que alberga el material para almacenar energía térmica", explicó Bartela. "Esto puede reducir significativamente el costo del sistema CHP".

Para dividir el tanque en secciones, se utilizan cilindros de acero con un fondo perforado, lo que facilita la instalación e inspecciona periódicamente la capa de material que absorbe calor. "La comunicación entre secciones será posible con la ayuda de escaleras, que también forman parte del sistema de posicionamiento vertical TES", señalaron los científicos.

Durante la fase de carga, la electricidad se usa para conducir el compresor. Los sistemas subterráneos híbridos suministran aire comprimido caliente al tanque a través de una tubería de entrada con válvulas de cierre incorporadas. Luego, el aire pasa a través del sistema TES, calentando el material almacenado.

Durante la fase de descarga, el aire pasa a través del sistema TES, eliminando el calor del material acumulado. El aire caliente luego ingresa a un expansor, que impulsa a un generador para generar electricidad. "Es ventajoso llenar el dispositivo TES con un volumen suficiente de material de almacenamiento térmico adecuado para absorber el calor, lo cual es importante para un alto enfriamiento del aire almacenado", enfatizó el grupo. "Al limitar la temperatura del aire en el almacenamiento que está en contacto con la cubierta del tanque subterránea, se reducirá la pérdida de calor, lo que aumentará la eficiencia de almacenamiento de energía del sistema CAES".

Calcularon una capacidad de almacenamiento de aire comprimido de 60,000 metros cúbicos y una presión máxima de 5 megapascales (MPA). En base a esto, calcularon que la instalación tendría una capacidad de almacenamiento de energía de 140 MWh con una eficiencia de ida y vuelta de aproximadamente el 70 por ciento y un tanque de almacenamiento con una eficiencia energética del 95 por ciento.

También explican que en casos especiales, la presión del aire se puede mantener a un nivel de hasta 8 MPa, dependiendo de las características específicas de la mina. "En este caso, la capacidad de energía del sistema puede exceder los 200 MWh", enfatiza Bartela. "Desde un punto de vista económico, sería más beneficioso utilizar rocas ordinarias en el sistema TES, como granito o basalto. Sin embargo, la investigación sobre materiales sintéticos alternativos se está llevando a cabo actualmente en la Universidad de Tecnología de Silesia".

El grupo presentó el concepto de almacenamiento de energía en un estudio publicado recientemente en la revista de almacenamiento de energía que evalúa el potencial de energía de un sistema adiabático de almacenamiento de energía de aire comprimido post-cosecha basado en un nuevo sistema de almacenamiento de energía térmica. "Actualmente, solo estamos trabajando para optimizar el diseño del tanque de almacenamiento de calor, lo que puede reducir el costo de los módulos CHP", concluye Bartela.

Según el grupo, Polonia tiene 139 minas de carbón activas y 34 minas activas de sal y sal de roca. Actualmente hay planes de desmantelar 39, aproximadamente la mitad de los cuales se utilizan para bombear agua. La mina más profunda tiene una profundidad de más de 1300 metros.

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