¿Por qué Air Liquide no necesita almacenamiento de energía de combustibles fósiles?
El almacenamiento de energía en aire comprimido (CAES) se refiere al uso de energía eléctrica para aire comprimido durante períodos de baja carga en la red eléctrica, en minas abandonadas y tanques de almacenamiento de gas hundidos en el fondo marino. Es un método de almacenamiento de energía que sella el aire a alta presión en cuevas, pozos de petróleo y gas caducados o pozos de almacenamiento de gas nuevos, y libera el aire comprimido durante el período de carga máxima de la red eléctrica. Promover la generación de energía mediante turbinas.
Desde que Stal Laval propuso utilizar aire comprimido para almacenar energía en 1949, académicos nacionales y extranjeros han realizado muchas investigaciones. Actualmente, se han puesto en funcionamiento en el mundo dos centrales eléctricas tradicionales de almacenamiento de energía con aire comprimido a gran escala. En 1978 nació en Hentof el primer acumulador de energía de aire comprimido comercial. [1] En mayo de 1991 se puso en funcionamiento la segunda central eléctrica en McIntosh, Alabama, EE.UU.
En la actualidad, los sistemas de almacenamiento de energía de aire comprimido se presentan en varias formas según el fluido de trabajo, el medio de almacenamiento y la fuente de calor, y se pueden dividir en sistemas tradicionales de almacenamiento de energía de aire comprimido (que requieren combustión de combustibles fósiles). Sistemas de almacenamiento de energía de aire comprimido con dispositivos de almacenamiento de calor. Sistema de almacenamiento de energía de aire y sistema de almacenamiento de energía de compresión de gas líquido.
Las perspectivas de aplicación del almacenamiento de energía por aire comprimido son más amplias, como mejorar enormemente la eficiencia; ser más flexible en su uso, e incluso puede usarse para alimentar automóviles que acepten energía renovable, proporcionando la proporción de energía renovable en; la red eléctrica, e incluso aprovechar el calor residual industrial.
Los principales obstáculos técnicos para el desarrollo a gran escala de sistemas de almacenamiento de energía con aire comprimido son dos aspectos: la necesidad de dispositivos de almacenamiento de gas a gran escala y la dependencia de la quema de combustibles fósiles. Para resolver estos dos problemas, han surgido sistemas de almacenamiento de energía de aire comprimido regenerativos, sistemas de almacenamiento de energía de aire comprimido micro, sistemas de almacenamiento de energía de aire licuado, sistemas de almacenamiento de energía de aire comprimido supercrítico y sistemas de almacenamiento de energía de aire comprimido acoplados con energía renovable.
El sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido con almacenamiento térmico también se denomina sistema avanzado de almacenamiento de energía de aire comprimido adiabático. El proceso de compresión del aire en el sistema es cercano a un proceso adiabático, con una gran cantidad de calor de compresión. Por ejemplo, en condiciones ideales, cuando el aire comprimido es de 100 bar, se puede generar una temperatura alta de 650 °C. La energía térmica comprimida se almacena en el dispositivo de almacenamiento de calor y el aire comprimido se calienta durante el proceso de liberación de energía, lo que impulsa la turbina a realizar trabajo. En comparación con los sistemas tradicionales de almacenamiento de energía de aire comprimido que queman combustible, la eficiencia de almacenamiento de energía del sistema ha mejorado enormemente y, en teoría, puede alcanzar más del 70%. Al mismo tiempo, dado que se utiliza calor por compresión en lugar de combustión de combustible, el sistema elimina la cámara de combustión y logra requisitos de cero emisiones. La principal desventaja de este sistema es que el coste de inversión inicial aumentará entre un 20% y un 30%.
La escala de los pequeños sistemas de almacenamiento de energía de aire comprimido es generalmente de 10 MW. Utiliza contenedores de alta presión en el suelo para almacenar aire comprimido, rompiendo así la dependencia de las cuevas de almacenamiento de gas y proporcionando una mayor flexibilidad. Es más adecuado para sistemas de suministro de energía urbanos: suministro de energía distribuido, pequeñas redes eléctricas, etc. , utilizado para la gestión del lado de la demanda de energía, suministro de energía ininterrumpida, etc. También se puede construir cerca de sistemas de energía renovable, como parques eólicos, para regular y estabilizar el suministro de energía renovable y electricidad.
La escala de los microsistemas de almacenamiento de energía de aire comprimido es generalmente del orden de varios kilovatios a decenas de kilovatios. Los contenedores de alto voltaje en tierra también se utilizan para almacenar aire comprimido, que se utiliza principalmente como energía de respaldo en campos especiales (como control, comunicaciones y campos militares), microrredes en áreas remotas y aisladas y suministros de energía para automóviles de aire comprimido. . Académicos extranjeros han desarrollado un sistema de energía de aire comprimido para vehículos con un tanque de aire de 300 litros que puede impulsar un automóvil de 1 tonelada a recorrer 96 kilómetros a una velocidad de 50 kilómetros por hora, satisfaciendo básicamente las necesidades del tráfico urbano diario.
Los sistemas de almacenamiento de energía de aire licuado y aire comprimido supercrítico son sistemas de almacenamiento de energía de aire comprimido propuestos recientemente. El primero fue desarrollado y patentado conjuntamente por el Instituto de Ingeniería Termofísica de la Academia de Ciencias de China y la empresa británica Gaozhan. Debido a que el aire líquido es mucho más denso que el aire gaseoso, el sistema no requiere una cámara de almacenamiento de aire grande. Sin embargo, este sistema es menos eficiente. Para resolver el problema de la baja eficiencia de los sistemas de almacenamiento de energía de aire líquido, el Instituto de Ingeniería Termofísica de la Academia de Ciencias de China propuso y desarrolló de forma independiente un sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido supercrítico por primera vez en el mundo en 2009. Esta tecnología aprovecha las propiedades especiales del aire en estado supercrítico y combina las ventajas de los sistemas convencionales de almacenamiento de energía de aire comprimido y de los sistemas de almacenamiento de energía de aire licuado. Tiene las ventajas de almacenamiento de energía a gran escala, alta eficiencia, bajo costo de inversión, alta densidad de energía, sin necesidad de grandes dispositivos de almacenamiento de energía, ciclos de almacenamiento de energía ilimitados, adecuado para varios tipos de centrales eléctricas, operación segura y respetuosa con el medio ambiente, etc. , y tiene amplias perspectivas.
El sistema de acoplamiento de almacenamiento de energía de aire comprimido y energía renovable puede "empalmar" energía renovable intermitente y estabilizar la producción. Los sistemas de almacenamiento de energía de aire comprimido con almacenamiento de calor pueden almacenar energía solar, calentar el aire comprimido cuando sea necesario y luego accionar turbinas para generar electricidad. Además de la energía solar, como fuente de calor externa se puede utilizar el calor residual de la energía eléctrica, la industria química, la del cemento y otras industrias. Por lo tanto, el sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido con almacenamiento de calor tiene amplias perspectivas de aplicación. Además, se puede combinar con sistemas de energía eólica. Durante el consumo de energía bajo, la energía restante de la central eólica comprime y almacena aire comprimido; durante el consumo de energía máximo, el aire comprimido se quema en la turbina de gas para generar electricidad. El uso de un sistema de acoplamiento de almacenamiento de energía de aire comprimido y energía eólica puede aumentar la proporción de energía eólica en la red eléctrica al 80%, que es mucho más alto que el límite superior tradicional del 40%. La biomasa también se puede gasificar en gas de síntesis, que se puede utilizar en sistemas de aire comprimido en lugar de gas natural para reducir la dependencia del gas natural de los sistemas de almacenamiento de energía de aire comprimido.