Nuevo método para mejorar la eficiencia de las energías renovables


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Un modelo teórico para almacenar energía eléctrica mediante el calentamiento de un tanque de líquido, ha sido desarrollado por un físico en Alemania. El modelo se basa en el concepto de almacenamiento de electricidad por bombeo de calor (PHES), que es una familia de tecnologías de almacenamiento de energía que se están desarrollando en todo el mundo para almacenar electricidad generada por fuentes intermitentes como turbinas de viento o paneles solares. Esta investigación podría ayudar a aumentar tanto la energía como la eficiencia de costes de estos sistemas de almacenamiento.

Fuentes de energía renovables como la eólica y la solar no producen energía a un ritmo constante, y como resultado los ingenieros están desarrollando métodos de almacenamiento de energía a gran escala que puedan contener el exceso de energía para su uso cuando el viento no sopla, o cuando el sol no brilla. Sin embargo, la creación de sistemas eficientes de almacenamiento está resultando difícil como André Tes de la Universidad Tecnológica de Ilmenau, señala en un artículo reciente en la revista Physical Review Letters. Actualmente, se utilizan dos técnicas:  bombeada hidroeléctrica de almacenamiento (BHA) y almacenamiento de aire comprimido de energía (AACE). Ambos, sin embargo, pueden ser muy difíciles de implementar. El BHA necesita kilómetros de tuberías y depósitos de agua elevados que contengan cerca de 10 millones de metros cúbicos de agua, mientras que el método AACE consiste en encontrar o crear enormes cavernas subterráneas.

Por otro lado, el bombeo es mucho más simple -la electricidad de una fuente, como una granja de energía solar o eólica se utiliza para poner en marcha una bomba de calor. La bomba calienta el agua almacenada en un tanque grande (normalmente de cerca de 100.000 metros cúbicos) y luego, cuando sea necesario, el agua caliente se envía a un motor de calor y se produce la electricidad. En lugar de un calentador eléctrico, se utiliza una bomba de calor, para calentar el agua, ya que hace que todo el proceso sea mucho más eficiente. Las bombas de calor están diseñadas para mover energía térmica en la dirección opuesta a la del flujo de calor espontáneo y así utilizar mucha menos energía de la que sería necesaria para generar el calor con un calentador eléctrico.

Si bien esto suena muy bien en teoría, señala Tes, ningún sistema de bombeo grande existe hoy en día y por lo tanto la eficacia real de estos sistemas es aún desconocida. Mientras que otros grupos han propuesto sistemas que utilizan el bombeo para todo, desde el agua y la sal fundida a los metales líquidos a diferentes temperaturas, predecir y comparar el rendimiento de tales sistemas ha demostrado ser muy difícil. El problema es que hay muchos parámetros que intervienen. Para superar esto, Tes ha desarrollado un modelo termodinámico simple que puede predecir la eficacia de un sistema de BHA como una función de la temperatura del almacenamiento de energía térmica a la potencia de salida máxima.

En su modelo, Tes asume que el motor térmico está optimizado para la máxima potencia, lo que significa que produce electricidad tan rápido como puede, pero no a la máxima eficiencia. De esta manera, la eficiencia de un ciclo entero de almacenamiento y recuperación de energía puede ser descrito por la relación de la temperatura de almacenamiento con la temperatura ambiente de los alrededores.

Así, por ejemplo, un sistema BHA que calienta el agua de 20 ° a 60 °  tendría una eficiencia de alrededor del 38%. Tes dice que la eficacia podría ser aumentada mediante el aumento de la temperatura de almacenamiento -lo que implicaría el uso de fluidos de almacenamiento distintos del agua. Sin embargo, señala que los sistemas a base de agua serían más baratos de construir. Con respecto a las tecnologías establecidas, el análisis de Tes sugiere que a temperaturas de almacenamiento por encima de 400 ° C, el bombeo sería más eficientes que el almacenamiento mediante aire comprimido.

La investigación se publica en Physical Review Letters

Autor: Tushna Commissariat

Enlace original: How to store electrical energy as heat

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