El principio básico de CAES implica los siguientes pasos:
• Compresión:El aire se comprime adiabáticamente (es decir, sin una transferencia significativa de calor hacia o desde el entorno) utilizando un compresor de aire, lo que aumenta su temperatura.
• Enfriamiento:Luego, el aire comprimido se enfría a temperatura ambiente mediante un intercambiador de calor, eliminando el calor generado durante la compresión y reduciendo aún más su volumen.
• Almacenamiento:El aire comprimido enfriado se almacena luego en una instalación de almacenamiento subterránea adecuada, como una caverna de sal, un depósito de gas agotado o un acuífero.
• Expansión:cuando es necesario, el aire comprimido almacenado se expande nuevamente a una presión más baja a través de una turbina, convirtiendo su energía potencial almacenada en energía cinética.
• Generación de energía:el aire expandido pasa a través de un generador, donde hace que el rotor gire y produzca electricidad.
• Recuperación de calor:El aire de escape de la turbina todavía contiene algo de energía en forma de calor, que se puede recuperar utilizando un intercambiador de calor para precalentar el aire que ingresa al compresor. Esto mejora la eficiencia general del sistema.
Para ilustrar la fórmula, considere un sistema CAES con los siguientes parámetros:
• Presión de aire inicial:1 atm
• Presión de aire final:10 atm
• Temperatura inicial del aire:25°C
• Temperatura final del aire:35°C
• Eficiencia de la turbina:80%
• Eficiencia del generador:90%
• Eficiencia general del compresor de aire y del intercambiador de calor:85%
1. Trabajo de compresión:El trabajo necesario para comprimir el aire se puede calcular mediante la fórmula:
Trabajo de compresión =(P2V2 - P1V1)/n,
donde P1 y P2 son las presiones inicial y final, V1 y V2 son los volúmenes inicial y final, y 'n' es el exponente politrópico del aire (aproximadamente 1,4).
2. Trabajo de enfriamiento:Suponiendo que el proceso de enfriamiento es isobárico (presión constante) y suponiendo una transferencia de calor perfecta, el trabajo requerido para enfriar el aire comprimido es:
Trabajo de refrigeración =m * C_v * (T2 - T1),
donde T1 y T2 son las temperaturas inicial y final, m es la masa de aire y C_v es el calor específico del aire a volumen constante (aproximadamente 718 J/kg-K).
3. Recuperación de calor:El calor que se puede recuperar del aire de escape de la turbina se puede calcular mediante:
Recuperación de calor =m * C_p * (T3 - T4), donde T3 es la temperatura de escape, T4 es la temperatura del aire que ingresa al compresor y C_p es el calor específico del aire a presión constante (aproximadamente 1004 J/kg-K ).
4. Generación de energía:La energía generada por la turbina viene dada por:
Potencia =m * (h1 - h2) *n,
donde h1 y h2 son las entalpías específicas del aire en la entrada y salida de la turbina, y $\eta$ es la eficiencia de la turbina.
Luego, la eficiencia general del sistema se puede calcular como:
Eficiencia del sistema =(Potencia de salida / Trabajo de compresión + Trabajo de enfriamiento)
Al ingresar los valores numéricos dados, calcule cada una de estas cantidades y determine la eficiencia general del sistema CAES.
