Un equipo de investigación liderado por científicos de la Toosi University of Technology de Irán propuso un sistema multigeneración capaz de producir electricidad, agua potable, hidrógeno, calefacción, refrigeración y hipoclorito de sodio. Está basado en energías renovables y un sistema de almacenamiento de energía con aire líquido (LAES).
“El aspecto más novedoso del trabajo radica en la avanzada integración de un sistema LAES con una unidad híbrida de desalinización (que combina procesos térmicos y de membrana) y un sistema multigeneración alimentado por energías renovables, creando una plataforma totalmente coordinada para la producción simultánea de energía y agua potable”, explicó el equipo. “Esta configuración no solo aprovecha la energía renovable para cargar el LAES y almacenar energía térmica excedente, sino que también recupera inteligentemente el calor residual durante la descarga para impulsar los procesos de desalinización y producción de hidrógeno”.
El diseño inicial del sistema incluye un LAES con una eficiencia isentrópica del 85%, un tiempo de carga de ocho horas y un tiempo de descarga de cuatro horas. Se asume que la carga se alimenta mediante paneles solares de 2 metros por 2 metros y aerogeneradores con una eficiencia del 90%. Usa sistemas combinados de refrigeración, calefacción y generación eléctrica (CCHP), conectados al lado de descarga del LAES. Utiliza osmosis inversa (OI) y destilación por efectos múltiples (DEM), y emplea la salmuera residual en electrólisis para producir hidrógeno e hipoclorito de sodio.
Se supone que el sistema opera 1.200 horas al año y tiene una vida útil operativa de 20 años. Para la evaluación económica, la tasa de descuento considerada es 3%, las tasas de inflación e interés son ambas del 10%, y el factor de mantenimiento es 3%. Todo fue modelado en el solucionador de ecuaciones de ingeniería (ESS) y validado con estudios anteriores. Todas las partes del sistema obtuvieron un error inferior al 6%. Posteriormente, el sistema fue optimizado mediante un proceso de computación blanda.
“El proceso de optimización es la forma de descubrir los ajustes más apropiados. Por ello, se utilizó un algoritmo de optimización por enjambre de partículas multiobjetivo (MOPSO) para especificar los valores más satisfactorios de las funciones objetivas seleccionadas. En el MOPSO, todos los elementos se mueven mediante inteligencias compartidas y distintas”, explicó el grupo. “Al aplicar técnicas de computación blanda para optimización impulsadas por redes neuronales artificiales, la investigación busca mejorar la eficiencia, viabilidad económica y sostenibilidad ambiental de la configuración propuesta”.
Los resultados del sistema inicial muestran valores de efectividad de daño ambiental de 9,16 para los sistemas de desalinización, 3,4 para las instalaciones de almacenamiento de energía, y 3,64 para los sistemas multigeneración. El índice de sostenibilidad estimado (SI), basado en la eficiencia exergética calculada, fue 1,88 para el sistema y 1,92 para el subsistema LAES. Durante su vida útil, los componentes solares del sistema evitarán la emisión de 6.141,37 toneladas de CO₂, mientras que los aerogeneradores evitarán 2.646,31 toneladas de CO₂. También se prevé evitar más de 55 toneladas de óxidos de nitrógeno (NOx).
“Los valores optimizados para los costos nivelados de hidrógeno y agua, según análisis exergoeconómicos, son 1,52 dólares por kilogramo y 5,22 dólares por metro cúbico, respectivamente”, indicaron los científicos. “Después de la optimización, el sistema puede proveer 1,15 GW de refrigeración, 1,41 GW de calefacción doméstica, 57,47 toneladas de NaClO, 6,49 × 10⁷ metros cúbicos de hidrógeno (en fase gaseosa) y 7,59 × 10⁴ metros cúbicos de agua potable anualmente”.
Los investigadores presentaron los resultados en el artículo “Soft computing optimization of a renewable energy-integrated multigeneration system with liquid air energy storage” (Optimización mediante computación suave de un sistema multigeneracional integrado de energía renovable con almacenamiento de energía en aire líquido) recientemente publicado en el Journal of Energy Storage. Participaron científicos de la Toosi University of Technology de Irán, la University of Waterloo de Canadá, la International Business University, Balsillie School of International Affairs (BSIA) y la Eindhoven University of Technology de los Países Bajos.
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