Un equipo de investigación dirigido por científicos de China ha explorado la integración del motor Stirling, el GNL y la energía solar en un sistema de almacenamiento de energía de aire líquido (LAES). Utilizando Aspen HYSYS y MATLAB, el grupo modeló y optimizó diferentes combinaciones de esos componentes.
«Se adopta un sistema LAES con 3 compresores y 3 etapas de expansión como caso base para el estudio de este artículo. Se utiliza un ciclo orgánico de Rankine (ORC) para recuperar el exceso de calor de compresión del sistema LAES 3C+3E. La eficiencia de ida y vuelta (RTE) optimizada del caso base es del 65 %», afirmó el grupo. «Sobre esta base, se integran diferentes sistemas de recuperación de energía térmica y fuentes y sumideros de calor externos para mejorar la RTE del sistema LAES».
Utilizando Aspen HYSYS, el equipo combinó un sistema LAES con un motor Stirling para recuperar el exceso de calor de compresión durante la descarga. En el LAES integrado con regasificación de GNL, el sistema utilizó la energía fría del GNL para la refrigeración durante la compresión y licuefacción del aire. La temperatura de entrada era de −151,1 °C y la temperatura de salida era de −141 °C.
El equipo también evaluó un LAES integrado con energía solar, utilizando energía solar térmica para aumentar la potencia de salida durante la descarga. Supusieron una irradiación solar de 850 W/m².
«El algoritmo de optimización de enjambre de partículas (PSO) se utiliza para obtener el RTE óptimo o el rendimiento económico para diferentes sistemas LAES», explicó el grupo. «Hay dos formas de encontrar una condición óptima para este sistema: (1) considerar la energía solar como una entrada de calor en el cálculo de la RTE, o (2) considerar el beneficio económico del sistema de almacenamiento de energía solar. Aunque la eficiencia energética podría mejorarse con una gran cantidad de entrada de energía solar, el costo de inversión de la sal fundida y el tanque de almacenamiento también aumentaría. Por lo tanto, habrá un valor óptimo para el costo de inversión».
Según los resultados, la eficiencia de ida y vuelta tradicional optimizada (RTE) del sistema LAES-SE autónomo es del 68,20 %, es decir, 3,20 puntos porcentuales más que la del sistema LAES-ORC básico. Cuando la regasificación de GNL sustituye al agua como disipador de calor, la RTE tradicional optimizada pasa del 68,20 % al 73,79 %. Entre todos los sistemas LAES estudiados, el sistema Solar-LAES-SE alcanza la RTE tradicional más alta, con un 173,5 %, cuando se optimiza con respecto a la energía.
«Es más eficiente utilizar el proceso de regasificación de GNL directamente contribuyendo a la licuefacción del aire en la caja fría y disminuyendo la temperatura del aire antes de los compresores en la parte de carga (102,80 %) que limitarse a actuar como disipador de calor para el motor Stirling utilizando el exceso de calor de compresión (73,79 %) cuando se suministran cantidades similares de energía fría de GNL», afirmó el equipo. «En cuanto a los sistemas LAES integrados con energía solar, Solar-LAES-SE tiene el RTE revisado óptimo más alto (69,18 %), seguido del LAES calentado directamente por energía solar (59,93 %), mientras que Solar-LAES-ORC tiene el RTE revisado óptimo más bajo (58,49 %)».
Presentaron sus resultados en «Mejora de la eficiencia de ida y vuelta (RTE) en el almacenamiento de energía de aire líquido mediante la integración con fuentes de energía térmica externas», publicado recientemente en Computers & Chemical Engineering. La investigación fue realizada por científicos de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Xi’an (China), Sinopec Engineering Incorporation (SEI), la Universidad Petrolera del Suroeste, la Universidad Jiaotong de Xi’an y la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU).
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