ANÁLISIS CONCEPTUAL DE UNA TECNOLOGÍA PARA EL ALMACENAMIENTO TERMOQUÍMICO DE ENERGÍA
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Resumen
El objetivo de este trabajo fue analizar una estructura tecnológica para el almacenamiento y recuperación de energía basado en el sistema Ca (OH)2/CaO, propuesto para las fuentes renovables de energía como las estaciones fotovoltaicas. Se presenta una estructura tecnológica con tres secciones: de almacenamiento de energía, de recuperación de la energía y de generación de energía eléctrica usando un ciclo de Rankine con recalentamiento intermedio y calentamientos regenerativos. Se analiza la integración técnica de estas secciones buscando la máxima eficiencia energética y funcionalidad operacional. Se hace hincapié en los factores claves de los que depende el éxito futuro de estos desarrollos: el mejoramiento de las propiedades del portador energético, la correcta elección del reactor para cada reacción, teniendo en cuenta las características de su operación y la influencia del equilibrio químico. A esto se suma la elección del sistema de generación de la energía eléctrica basado en un ciclo de vapor. El análisis del funcionamiento de la estructura revela la naturaleza contradictoria de las variables que controlan el desempeño de estas instalaciones, lo que genera el diseño como un procedimiento complejo de optimización, de esta manera se exponen los métodos y herramientas computacionales para su solución.
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Referencias
Al-Mosawi, A. (2011). Thermal Energy Storage for Building-Integrated Photovoltaic Components. (PhD), University of Strathclyde, Glasgow, Scotland.
Ali, H., & Marc, A. (2011). A Critical Review of Thermochemical Energy Storage Systems.
André, L., & Abanades, S. (2020). Recent Advances in Thermochemical Energy Storage via Solid–Gas Reversible Reactions at High Temperature. Energies, 13, 1-23. doi: 10.3390/en13225859
Angerer, M., Becker, M., Härzschel, S., Kröper, K., Gleis, S., Vandersickel, A., & Spliethoff, H. (2018). Design of a MW-scale thermo-chemical energy storage reactor. Energy Reports, 4, 507–519. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2018.07.005
Bayon, A., Bader, R., Jafarian, M., Fedunik-Hofman, L., Sun, Y., Hinkley, J., Miller, S. & Lipiński, W. (2018). Techno-economic assessment of solid–gas thermochemical energy storage systems for solar thermal power applications. Energy, 149(15 April), 473-484. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.11.084
Beaudoin, J., Sato, T., & Tumidajski, P. (2006, Sept. 11-13). The Thermal decomposition of Ca(OH)2 polymorphs. Paper presented at the 2nd International Symposium on Advances in Concrete Through Science and Engineering, Québec City. https://www.researchgate.net/publication/44092711_The_Thermal_decomposition_of_CaOH2_polymorphs
Danguillecourt, E., Santina, N., Marin, M., Pérez, E., & Mosqueda, Y. (2016). La paligorskita de Pontezuela como nanoreactor para obtener materiales carbonáceos tipo grafeno/arcilla. Revista CENIC. Ciencias Químicas, 47, 56-63. doi: https://www.redalyc.org/journal/1816/181648522008/html/
Flegkas, S., Birkelbach, F., Winter, F., Groenewold, H., & Werner, A. (2019). Profitability Analysis and Capital Cost Estimation of a Thermochemical Energy Storage System Utilizing Fluidized Bed Reactors and the Reaction System MgO/Mg(OH)2. Energies, 12. doi: 10.3390/en12244788
Fogler, H. (2006). Elements of Chemical Reaction Engineering (Fourth ed.). United States: Prentice Hall Professional Technical Reference.
Galán, E. (1996). Properties and Applications of Palygorskite-Sepiolite Clays. Clay Minerals, 31, 443–453. DOI:10.1180/claymin.1996.031.4.01
Javanshir, A., Sarunac, N., & Razzaghpanah, Z. (2018). Thermodynamic analysis of simple and regenerative Brayton cycles for the concentrated solar power applications. Energy Conversion and Management, 163, 428–443. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2018.02.079
Koga, N., Favergeon, L., & Kodani, S. (2019). Impact of atmospheric water vapor on the thermal decomposition of calcium hydroxide: a universal kinetic approach to a physico-geometrical consecutive reaction in solid–gas systems under different partial pressures of product gas. Physical Chemistry Chemical Physics, 21(22), 11615-11632. doi: https://hal.science/hal-02289915v
Kur, A., Darkwa, J., Calautit, J., Boukhanouf, R., & Worall, M. (2023). Solid–Gas Thermochemical Energy Storage Materials and Reactors for Low to High-Temperature Applications: A Concise Review. Energies, 16, 756. doi: https://doi.org/10.3390/en16020756
Mejia, A., Afflerbach, S., Linder, M., & Schmidt, M. (2022). Development of a Moving Bed Reactor for Thermochemical Heat Storage Based on Granulated Ca(OH)2. Processes, 10(1680). doi: https://doi.org/10.3390/pr10091680
Moran, M., Shapiro, H., Boettner, D., & Bailey, M. (2018). Fundamentals of Engineering Thermodynamics (9 ed.). England: John Wiley & Sons Ltd.
Nandagopal, N. (2023). Chemical Thermodynamics. In N. S. Nandagopal (Ed.), Chemical Engineering Principles and Applications (pp. 81-174). Cham: Springer International Publishing.
ONU. (2011). Agua e industria en la economía verde. http://www.un.org/spanish/waterforlifedecade/green_economy_2011/
Palomba, V. (2017). Thermal energy storage systems for low-grade heat applications: Design and experimental testing of lab-scale prototypes. (Tesis de Doctorado, University of Messina). https://iris.cnr.it/handle/20.500.14243/374518
Pan, Z., & Zhao, C. (2017). Gas–solid thermochemical heat storage reactors for high-temperature applications. Energy, 130, 155-173. doi: 10.1016/j.energy.2017.04.102
Pardo, P., Anxionnaz, Z., Rougé, S., Cognet, P., & Cabassud, M. (2014). Ca(OH)2/CaO reversible reaction in a fluidized bed reactor for thermochemical heat storage. Solar Energy, 107, 605–616. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.solener.2014.06.010
Pulido, P. (2020). Alternativas para el almacenamiento termoquímico de energía solar a alta temperatura. (Tesis de Licenciatura, Universidad Loyola). https://core.ac.uk/download/347322974.pdf
Rao, S. (2020). Engineering Optimization. Theory and Practice (5ta. ed.). Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, Inc.
Rodríguez, A. (2011). Diseño tecnológico de una planta para la producción de acetona a partir de materias primas nacionales. (Tesis de Doctorado, Universidad de Camagüey).
Sadatsakkak, S., Ahmadi, M., & Ahmadi, M. (2015). Thermodynamic and thermo-economic analysis and optimization of an irreversible regenerative closed Brayton cycle. Energy Conversion and Management, 94, 124–129. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.enconman.2015.01.040
Schmidt, M. (2017). Experimental investigation of Ca(OH)2 as thermochemical energy storage at process relevant boundary conditions. (Tesis de Doctorado, Universität Stuttgart). https://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/9450
Schmidt, M., Gutierrez, A., & Linder, M. (2017). Thermochemical energy storage with CaO/Ca(OH)2 – Experimental investigation of the thermal capability at low vapor pressures in a lab scale reactor. Applied Energy, 188, 672–681. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.11.023
Tesio, U., Guelpa, E., & Verda, V. (2020). Optimal Indirect Integration of Steam Rankine Cycles in Concentrated Solar Power Coupled with Thermochemical Storage. Paper presented at the 75° National ATI Congress. doi: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202019701005
The MathWorks Inc. (2017). Matlab (Version 9.3.0.713579 (R2017b)) [Programa de computador]. Natick, MA, USA: The MathWorks Inc.
United-Nations. (2015). Paris Agreement. http://unfccc.int/files/essential_background/convention/application/pdf/english_paris_agreement.pdf
Wang, K., Li, R., & Pan, W. (2022). A review for Ca(OH)2/Ca0 thermochemical energy storage systems. Journal of Energy Storage, 50, 104612. https://doi.org/10.1016/j.est.2022.104612
Wang, M., Chen, L., Zhou, Y., & Tao, W. (2020). Numerical Simulation of the Physical–Chemical–Thermal Processes During Hydration Reaction of the Calcium Oxide/Calcium Hydroxide System in an Indirect Reactor. Transport in Porous Media, 1-30. doi: https://doi.org/10.1007/s11242-020-01514-w
Yan, J., Jiang, L., & Zhao, C. (2023). Numerical Simulation of the Ca(OH)2/CaO Thermochemical Heat Storage Process in an Internal Heating Fixed-Bed Reactor. Sustainability, 15(7141). doi: https://doi.org/10.3390/su15097141
Yuan, Y., Li, Y., & Zhao, J. (2018). Development on Thermochemical Energy Storage Based on CaO-Based Materials: A Review. Sustainability, 10(2660). doi: 10.3390/su10082660