TES-PD: Un modelo numérico rápido y confiable para predecir el rendimiento de reservorios térmicos para unidades de almacenamiento de energía eléctrica
Autores: Benato, Alberto; De Vanna, Francesco; Gallo, Ennio; Stoppato, Anna; Cavazzini, Giovanna
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
TES-PD: Un modelo numérico rápido y confiable para predecir el rendimiento de reservorios térmicos para unidades de almacenamiento de energía eléctrica
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Recursos renovables
Viento
Solar
Almacenamiento de energía
Almacenamiento de Energía Térmica
Modelo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 2
Citaciones: Sin citaciones
La expansión de recursos renovables, como la energía eólica y solar, es uno de los principales impulsores para pasar de un sistema de generación de energía basado en combustibles fósiles a uno basado en energías renovables. Sin embargo, la producción eólica y solar es difícil de predecir; por lo tanto, para evitar un desajuste entre la oferta y la demanda de electricidad, se necesita contar con unidades de almacenamiento de energía. Con este fin, se han propuesto nuevos conceptos de almacenamiento, y uno de los más prometedores es almacenar electricidad en forma de calor en un reservorio de Almacenamiento de Energía Térmica. Sin embargo, en los sistemas basados en Almacenamiento de Energía Térmica, el componente crítico es el tanque de almacenamiento y, en particular, su modelo matemático, ya que este juega un papel crucial en la estimación del rendimiento de la unidad de almacenamiento. Aunque la literatura presenta tres enfoques de modelado, cada uno de ellos difiere en los parámetros considerados y en el método de modelado de las propiedades del fluido y del sólido. Por lo tanto, es necesario aclarar las diferencias entre los modelos y las influencias de los parámetros en el rendimiento de la planta, así como desarrollar un modelo más completo. Con este propósito, el primer objetivo del presente trabajo es comparar los modelos disponibles en la literatura para identificar sus fortalezas y debilidades. Luego, considerando que la comparación de los modelos mostró la importancia de adoptar propiedades del fluido y del material de almacenamiento dependientes de la temperatura para predecir mejor el rendimiento del sistema, los autores desarrollaron un nuevo modelo más detallado, llamado TES-PD, que trabaja con propiedades del fluido y del sólido variables en el tiempo y el espacio. Además, los autores incluyeron las pérdidas de calor del tanque y la conductividad térmica efectiva del sólido para mejorar la precisión del modelo. Basado en las comparaciones entre el modelo TES-PD y los disponibles en la literatura, la propuesta puede predecir mejor el tiempo de carga del primer ciclo, ya que evita una subestimación del 4%. Este modelo también evita la sobreestimación del tiempo de entrega, la energía entregada, la potencia media generada y la eficiencia de ciclo de la planta. Por lo tanto, los resultados subrayan que un modelo diferencial y preciso en el tiempo, como el TES-PD, incluso si es unidimensional, permite una predicción rápida y efectiva del rendimiento tanto del tanque como de la planta de almacenamiento. Esta es información esencial para el diseño preliminar de unidades de almacenamiento innovadoras a gran escala que operan con almacenamiento térmico.
Descripción
La expansión de recursos renovables, como la energía eólica y solar, es uno de los principales impulsores para pasar de un sistema de generación de energía basado en combustibles fósiles a uno basado en energías renovables. Sin embargo, la producción eólica y solar es difícil de predecir; por lo tanto, para evitar un desajuste entre la oferta y la demanda de electricidad, se necesita contar con unidades de almacenamiento de energía. Con este fin, se han propuesto nuevos conceptos de almacenamiento, y uno de los más prometedores es almacenar electricidad en forma de calor en un reservorio de Almacenamiento de Energía Térmica. Sin embargo, en los sistemas basados en Almacenamiento de Energía Térmica, el componente crítico es el tanque de almacenamiento y, en particular, su modelo matemático, ya que este juega un papel crucial en la estimación del rendimiento de la unidad de almacenamiento. Aunque la literatura presenta tres enfoques de modelado, cada uno de ellos difiere en los parámetros considerados y en el método de modelado de las propiedades del fluido y del sólido. Por lo tanto, es necesario aclarar las diferencias entre los modelos y las influencias de los parámetros en el rendimiento de la planta, así como desarrollar un modelo más completo. Con este propósito, el primer objetivo del presente trabajo es comparar los modelos disponibles en la literatura para identificar sus fortalezas y debilidades. Luego, considerando que la comparación de los modelos mostró la importancia de adoptar propiedades del fluido y del material de almacenamiento dependientes de la temperatura para predecir mejor el rendimiento del sistema, los autores desarrollaron un nuevo modelo más detallado, llamado TES-PD, que trabaja con propiedades del fluido y del sólido variables en el tiempo y el espacio. Además, los autores incluyeron las pérdidas de calor del tanque y la conductividad térmica efectiva del sólido para mejorar la precisión del modelo. Basado en las comparaciones entre el modelo TES-PD y los disponibles en la literatura, la propuesta puede predecir mejor el tiempo de carga del primer ciclo, ya que evita una subestimación del 4%. Este modelo también evita la sobreestimación del tiempo de entrega, la energía entregada, la potencia media generada y la eficiencia de ciclo de la planta. Por lo tanto, los resultados subrayan que un modelo diferencial y preciso en el tiempo, como el TES-PD, incluso si es unidimensional, permite una predicción rápida y efectiva del rendimiento tanto del tanque como de la planta de almacenamiento. Esta es información esencial para el diseño preliminar de unidades de almacenamiento innovadoras a gran escala que operan con almacenamiento térmico.