Archive for the ‘Almacenamiento de Energía Térmica’ Category
Al atravesar la atmósfera, la radiación solar va a ser transmitida, absorbida e incluso reflejada por el efecto del vapor de agua, las nubes, el ozono y los aerosoles que existen en las distintas capas de la atmósfera, fenómeno que se conoce como scattering.
De estas complejas interacciones de la atmósfera terrestre con la radiación solar resultan las componentes que se definen a continuación:
Radiación Solar Directa: es la radiación solar que recibe la Tierra sin sufrir ninguna dispersión atmosférica.
Radiación Solar Difusa:es la radiación solar que llega a la superficie de la Tierra después de ser reflejada. No tiene una dirección priviligeada y se debe a la interacción de los distintos factores atmosféricos anteriormente citados (nubes, partículas de polvo, vapor de agua, moléculas de CO2, oxígeno, ozono, etc.). Algunas autores descomponen la radiación difusa a su vez, en la suma de la radiación difusa isotrópica, circumsolar y de horizonte.
Radiación Solar Reflejada (de albedo): es la radiación solar que procede de la reflexión de la superficie terrestre (suelos, edificios, etc.).
Radiación Solar Global: es la suma de la radiación solar directa y la radiación solar difusa. Algunos autores añaden como un tercer sumando, la radiación reflejada o albedo. Otros incorporan el valor de ésta a la definición de radiación difusa. Depende fundamentalmente de si lo que se quiere evaluar es la radiación solar total que se recibe del sol, o la que es aprovechable en la superficie.
En particular, para las tecnologías de concentración, sólo resulta aprovechable la radiación solar directa, puesto que sólo es posible concentrar en un foco aquella radiación cuya dirección es conocida.
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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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Un colector solar es un tipo especial de intercambiador de calor que transforma la energía radiante procedente del Sol en energía térmica. Presentan problemas muy particulares de flujos de energía bajos y variables y según su tipología, son más sensibles a los distintos fenómenos de radiación solar. La mayoría de los estudios sobre aprovechamiento térmico de la radiación solar realizan su análisis partiendo de una clasificación tradicional que distingue entre colectores para aplicaciones de baja, media y alta temperatura.
En el colector de concentración se pueden distinguir dos elementos claramente diferenciados: el absorbedor (o receptor) y el sistema óptico de concentración o concentrador, con funcionalidades y ubicaciones distintas.
El receptor es el elemento del sistema donde la radiación se absorbe y se convierte en otro tipo distinto de energía. El concentrador es el sistema óptico del colector que dirige la radiación sobre el receptor. La apertura del concentrador es el espacio abierto a través del cual se intercepta la radiación solar.
En las aplicaciones solares de baja temperatura se emplean colectores solares sin concentración. Sin embargo, si se necesitan temperaturas de trabajo más elevadas, hay que recurrir a instalaciones de concentración solar. Se pueden señalar dos condiciones necesarias para estar hablando de una instalación solar de concentración. En primer lugar es necesario reducir el área de la zona donde se produzcan las pérdidas térmicas (el absorbedor). En segundo lugar, hay que interponer algún tipo de sistema óptico entre la fuente de radiación solar y el sistema absorbedor que permita recoger la mayor cantidad de energía solar posible y concentrarla sobre dicho absorbedor.
La manera de cuantificar las veces que se puede incrementar la energía solar sobre la superficie absorbedora es mediante el factor de concentración. La definición de este parámetro varía según los autores consultados, pero la definición más práctica se refiere a la relación entre el área del plano de apertura del colector y el área del plano que
recibe la radiación concentrada y se encarga de absorberla:
C = (Area de apertura) / ( Area del absorvedor)
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Las aletas son utilizados para evacuar calor hacia el medio exterior a un sistema que se desea por lo general enfriar. Existe una ecuación para determinar la distribución de temperaturas a través de una aleta bajo coordenadas cartesianas (amén de todas coordinadas cilíndricas y esféricas). Las geometrías pueden ser variadas entre las más utilizadas esta la forma rectangular y triangular. Para geometrías más complicadas las soluciones analíticas son complicadas y requieren demasiado tiempo y un buen conocimiento de matemáticas. Para palear ello haciendo uso del arte de la programación, se puede programar la misma ecuación diferencial (como se muestra en la figura) y encontrar los perfiles de distribución de temperatura para las diferentes formas de aletas que uno puede imaginar.
El modelo a considerar es que a lo largo de la extensión de la aleta se debe programar la dependencia del perímetro y del área como varía. Simulaciones más precisas pueden ver la dependencia de la conductividad y el coeficiente de transferencia de calor por convección. Pero estos detalles requerirán una capacidad computacional mayor, lo que se muestra es un modelo simple de aleta y que trato de describir mas que todo la curva de temperatura obtenida
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Presentado en una conferencia internacional en el 2012, desarrollado en Alemania. Se observa que la caraacterística principal es la de tener un gran bus único de transporte de la energía eléctrica a la cual se acoplan todos los elementos (generadores, almacenadores, consumidores) de la microgrid. El bus es del tipo AC (Corriente Alterna) por lo tanto, si es que se tiene generacíón renovable envoltaje continuo, éste debe tener un convertidor DC/AC para acoplarse al bus. Dicho inversor debe tener diseño adecuado para hacer seguimiento de los cambios de frecuencia y voltaje del bus a fin de obtener una buena performance del sistema, cosa que supongo se ha realizado y muestra de ello, en la figura inferior se tiene un demostrativo de la idea en la cual han colocado simulares de algunos elementos que por el mismo hecho de ser un demostrativo en algún evento internacional, no le reta mérito de lo conseguido durante dicha actividad de investigación.
Si los inversores utilizados es de un sólo sentido debido a que está conectado a los paneles fotovoltaicos, de doble sentido de flujo de energía eléctrica deben ser los convertidores conectados a las baterías eléctricas. Hay mucho aún por mejorar en las baterías electroquímicas, hay materiales que almacenan más, pero estas (las baterías) son de bajo costo y fácil implementación, instalación, mantenimiento, etc.
Por lo tanto, se ha previsto lo que es la protección eléctrica, que bajo estos esquemas toma rumbos diferentes a la forma tradicional. Un importante aporte es la simulación de la implementación, la cual luego del diseño de escritorio, se prueba «virtualmente» el diseño y se determina el modus operanti posible de la microgrid. Los datos recolectados en el experimentos, son comparados con los teóricos (simulaciones), lo cual constantamente retroalimentan de información (data) a los investigadores para la mejor comprensión del funcionamiento de la micgrid.
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Reportado en un congreso durante el año 2012, este proyecto ha sido realizado por ABB. Como pueden ver las figuras, cuenta con numerosos elementos tanto de generación, almacenamiento, control, consumidores, volantes de inercia, una conexión a la red regional de electricidad, cargas térmicas, motores o similares (consumidores rotantes)… El hecho es que todos se conectan a la microgrid y cada de uno de ellos está enlazada a un Centro de Control (Control Centre) que hace el monitoreo del sistema; recopila la información desde sensores, la procesa, ordena y almacena.
El lado izquierdo (mirando la pantalla) podría decirse que es un sistema en el cual todos se conectan, por lo tanto, no hay un control adecuado de cada uno de los elementos del sistema, según sea la necesidad, por ejemplo: si hay caída de tensión, escasa producción de energía eléctrica, baja calidad de la energía eléctrica entre otros problemas que se pueden presentar como armónicos, etc. A la derecha, se dispone de un control central, el cual toma las decisiones en virtud de la data recolectada y de una secuencia de decisiones previamente analizada y constantemente actualizada según los casos que se vayan presentando.
Estos experimentos y cosas demostrativas han dado un gran aporte a la compresión del tema, mejorando la performance, conociendo las limitaciones de cada tecnología, brindando mucha información en cuanto a los diferenets parámetros del sistema y de funcionamiento.
En la parte inferior, se menciona que se ha utilizado el DROOP CONTROL para la frecuencia, esta tecnica es muybuena, y el control permite la reducción de las reservas en cuanto al motor diesel. Permite de hecho una ahorro en el combustible dado que con un buen aprovechamiento de los recursos en este caso se ha logrado reducir las horas sin utilización del motor diesel hasta de 14 horas… El diagrama muestra el comportamiento estocástico de la producción y el consumo, a lo cual la microgrid se debe ajustar… por ningún motivo se debe decir al usuario que debe tener cuidado o limitación en el uso de la energía eléctrica… son los ingenieros y demás ramas los que DEBEN CREAR LAS SOLUCIONES para que el cliente o usuario las use y pague por ellas sin empeorar su calidad y estilo de vida, más bien incrementarlo. En Europa una casa promedio tiene una demanda de aprox. 10 kW considerado.
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El panorama de la energía mundial está en un completo cambio debido a pocos actores clave y estos son:
- El medio ambiente.
- El mercado.
- La tecnología.
En el tema ambiental se procura que se den resultados del fuerte impulso que se tiene hacia sistemas de energía descarbonizados y una expansión cada vez mayor de las fuentes de energía renovables. De hecho eso tiene que ver con enfrentar intereses económicos y vencer paradigmas dado que al parecer no importa la salud del planeta si hay dinero de por medio. Bueno hay algo en contra, que la integración de las fuentes de energía renovable es un tema crítico, debido especialmente a lo impredecible y su naturaleza altamente variable. Numerosas técnicas se vienen estudiando ahora y algunas ya están lo bastante bien desarrolladas y medida del paso del tiempo, mejores técnicas se irán desarrollando.
Un mercado eléctrico con sistemas de energía eléctrica que cada vez se van a ir desmembrando por el hecho de entrar en cada parte generadores de fuentes renovables (concepto fundamental de la generación distribuida), pero en esto juego, hay aquí tambien muchos actores que tienen cada quien sus propios intereses y objetivos. No sólo ellos, también habrá y hay ya nuevos actores como son los de la industria de los vehículos eléctricos y las cuestiones de autonomía y eficiencia fijadas por autoridades locales y regionales (ya que ahora no se tendrá grandes centrales que abastecer a todo un país). Con el incremento de la población y mejora de su calidad de vida, la red eléctrica seguirá en una expansión horizontal no sólo en Europa sino en todo el mundo con más y más puntos de intercambio de energía, por lo tanto, se tiene a la vista un cambio en el paradigma de la gestión de centralizado a cada vez más decentralizado. Esto son las cosas del mercado.
Pues no quedado otra cosa que mejorar la tecnología, pues ahora perder o hacer mala gestión de la energía cuesta cada vez mas considerando que algunas cosas no la tenemos asegurada en reservas. Osea, que habrá un sistema eléctirco con más y más tecnología debido a las evoluciones en los campos de la computación y las telecomunicaciones, entre ellas: smart meters, sensores, controladores, dispositivos de comunicación, etc. Una gran cantidad de datos, cada vez mayor estará disponible para con ello lograr nuevas potenciales formas de gestión optimizada y por lo tanto, afianzar el concepto de smart grid con capacidades de computación no vistas hasta ahora y con niveles de perfomarce mucho mejores a lo visto hasta entrado este milenio.
Queda pues a los diversos actores de la sociedad, poner de su parte para que este mundo a pesar del crecmiento poblacional y su influencia en el medio ambiente, cuidar y preservar de la mejor manera la flora y fauna de la cual también somos parte. Y también a quienes buscan soluciones o las financian a mejorar sus aportes.
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This is my presentation today (friday 11 January) in Course: Mathematics of Bioeconomy in Henri Poncaire Institute located in Paris – France.
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Este tema si que estuvo muy pero muy interesante, no sólo porque tenía que ser con el Almacenamiento de Energía Térmica (TES), sino de estudiar bien las empresas con productos en el mercado. Me interesó mucho los productos que usan material de cambio de fase (PCM), tecnología del tipo almacenamiento térmico por calor latente por cambio de fase. No sólo eso, sino de abarcar el mercado peruano de solar térmica. A todo esto me pidieron hacer un breve benchmarking de las instituciones de R&D y de las empresas con productos comerciales relacionados a nivel mundial, juntanto todo esto y comparando con lo que se tiene en Perú, hago un breve listado de oportunidades en Péru netamente del almacenamiento térmico en conjución con Solar, Eólica y Biomasa. Si algo me olvidé considerar, pues lo podemos mejorar el trabajo. El pdf de la presentación me reservo publicarlo… favor comprensión, salvo mejor opinión.
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Muchas gracias por sus visitas, ha sido un mes bastante ajetreado y aun inconcluso en varias actividades.Es difícil es un medio a veces muy hostil hacer investigación, pues hay que trabajar en varios sitios a la vez, para poder cumplir con las responsabilidades y encima que no hay los medios adecuados de apoyo, y hay que estar de acá para allá en uno que otro ajetreo… y muchas veces, olvidarme de la vida personal y familiar que debe tener uno como cualquier ser humano.
Sin embargo, éste blog como los otros más, llevan el ánimo de contribuir al conocimiento y difusión de las diversas temáticas que se tratan. Quizás mañana pueda ser el último post, pero por mientras se pueda seguir escribiendo se hará… a ratos, ya me siento cansado y aburrido de estudiar y trabajar, esto es muy desgastante; he dejado tantas cosas mucho más importantes por lidiar con este camino que da pocos resultados positivos y muchos malos…. Finalmente, espero que esto valga la pena y que sirva a quienes lo lean estos posts.
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Atte
Jorge Mírez
PERU
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Hay diferentes formas de almacenar energía, estos involucran tanto un gasto (costo) como también influenciado directamente por la calidad de los materiales que repercuten en lo que es la eficiencia.
Doy en esta entrada esta tabla inicial, mientras tenga acceso a mas información, podré aumentar de más datos a medida que se desarrolla la tecnología. Es necesario acotar que hay mucha investigación en realización tanto en universidades como en empresas, la continuidad de productos noveles en el mercado es bastante alta.
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Diferentes tecnologías se disponen en el mercado del almacenamiento de energía. Influenciado con la tendencia de la generación en función de energías alternativas renovables, existen muchas en el mercado.
Las consideraciones técnicas de cada una de ellas es la que se muestran en el presente post. Aunque la referencia es al parecer muy distante, el texto desde donde se saco es de reciente publicación.
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Los sistemas solares de concentración están adquiriendo cada vez mas fuerza como tecnologías para la producción de energía eléctrica. Prueba de ello, son los más de 2000 MWe que figuran como inscritos provisionalmente en el Registro de Instalaciones de Producción de Energía Eléctrica en el Régimen Especial, en España. En la figura que aparece a continuación se muestran los proyectos, en fase de explotación, ejecución o promoción, en mayo de 2007.
De todos los proyectos que se muestran en la figura, la mayor parte, a excepción de las plantas PS10 y PS20, se refieren a centrales termosolares de colectores cilindro parabólicos. Todas ellas utilizan aceite como fluido calorífero en el campo solar, tecnología que se denomina Heat Transfer Fluid, pues se caracteriza porque el fluido de trabajo en el campo solar no es igual al fluido del ciclo de potencia (en general, aguavapor), por lo que precisan de un intercambiador de calor intermedio. Esta tecnología ha sido la que se ha utilizado hasta el momento en plantas comerciales, desde las primeras plantas instaladas en California durante la década de los ochenta, hasta ahora.
Frente a esta tecnología convencional, la generación directa de vapor en colectores cilindro parabólicos (proceso GDV) se presenta como una opción muy atractiva para reducir el coste de la electricidad generada utilizando estos sistemas de concentración solar. Mediante esta tecnología se aumenta el rendimiento anual de la planta debido, entre otros factores, a la eliminación de las pérdidas de calor asociadas a los intercambiadores de calor intermedios entre el campo solar y el bloque de potencia, necesarios en caso de que el fluido calorífero del campo solar no coincida con el fluido de trabajo del ciclo de potencia. Además, se reducen los costes del sistema solar, ya que la mayor inversión en tuberías que aguanten las presiones óptimas de trabajo del vapor queda compensada por el ahorro en otros sistemas específicos del uso de aceites, sales u otros fluidos de trabajo en el campo solar: cambiadores de calor, sistemas anti-incendios, tanques de
expansión, sistemas calefactores para el tanque de almacenamiento, etc.
Esta tecnología se ha probado con éxito en el proyecto DISS, donde actualmente se produce vapor sobrecalentado a 100 bar en los tubos receptores de los colectores LS-3. A partir de este proyecto, se han puesto en marcha dos proyectos para la construcción de centrales termosolares empleando esta tecnología en España. El primer proyecto, Almería GDV, pretende construir una central de 3 MWe en la Plataforma Solar de Almería. El segundo proyecto, Real DISS, tiene por objetivo final la construcción de una central de 50 MWe en Carboneras, aunque como paso previo, se quiere ensayar un lazo de pruebas con componentes mejorados, también en Almería.
La elaboración de componentes mejorados para la generación directa de vapor en colectores cilindro parabólicos es uno de los aspectos clave para el desarrollo de esta tecnología. Se espera que en breve se puedan comercializar tubos absorbedores para trabajar a más alta temperatura y presión (525 ºC y110 bar). De esta forma quedaría todavía más patente las ventajas del vapor frente al aceite sintético, ya que la temperatura límite de operación de este último es 400 ºC; por encima de dicha temperatura, el aceite se degrada. Con los tubos absorbedores actuales, esta limitación no supone un inconveniente propiamente, ya que la superficie selectiva del tubo absorbedor limita también la temperatura a estos valores. Otro sistema clave para el despliegue de la generación directa de vapor en colectores cilindro parabólicos es el sistema de almacenamiento térmico, pues hasta el momento no se ha desarrollado ningún sistema eficiente para la generación directa de vapor. Dentro del proyecto Real DISS se quiere probar un sistema de almacenamiento basado en módulos especialmente adaptados a cada una de las secciones del proceso de generación directa de vapor: precalentamiento, evaporación y sobrecalentamiento.
Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
Group of Mathematical Modeling and Numerical Simulation (GMMNS).
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La energía termoquímica es almacenada como los enlaces de energía de una acoplamiento químico. Durante la reacción termoquímica, los enlaces atómicos son rotos a través de reacciones químicas reversibles y son catalizados por un incremento en la temperatura – el cual permite a la energía ser almacenada.
Después que la separación termoquímica ocurre, los constituyentes son almacenados aparte hasta que la reacción de combinación sea deseada. La recombinación de los enlaces entre átomos libera la energía termoeléctrica almacenada. La principal ventaja del almacenamiento termoquímico incluye una alta densidad de energía y largo plazo de descarga más capacidad de almacenamiento en baja temperatura.
Sin embargo, los procesos electroquímicos son complejos; los materiales termoquímicos son frecuentemente caros y pueden ser peligrosos. Un listado de las principales reacciones termoquímicas usadas en la actualidad se da en la figura.
Extracto de mi informe de curso de curso de Gestión Tecnología (2012-II) en Programa Doctorado en Fisica de la Universidad Nacional de Ingeniería, Lima. PERU.
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De manera similar para el caso de calor latente, en que la cantidad de energía en la forma de calor es liberada o absorbida por un material durante un cambio de estado o transición de fase tal como un sólido a líquido (melting) o de líquido a gas (vaporización). El almacenamiento de energía de calor latente es atractivo para materiales que se someten a un significativo alto cambio de energía interna durante un cambio de fase. Materiales usuales para almacenamiento por calor latente se muestran en la figura.
La energía de cambio de fase (calor de fusión o vaporización) de un material determina su capacidad de almacenamiento térmico como un PCM. Para ser apropiado para almacenamiento de calor latente, los materiales deben exhibir un alto calor de transición, alta densidad, apropiada temperatura de transición, baja toxicidad, performance long-term a bajo costo, almacenar energía a reducidas temperaturas.
Además, con calor latente es mucho mas difícil de transferir que con calor sensible, debido a algunos PCMs tiene baja conductividad en estado sólido, otros son inflamables por lo cual es necesario adicional diseño de seguridad en los recipientes de almacenamiento
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El material seleccionado para TES con calor sensible debe ser térmicamente estable y no debe tener ningún cambio de fase durante temperaturas extremas. La sustancia también debe tener una alta capacidad de calor, alta densidad y una aceptable baja presión de vapor. Para ser económicamente viable, no debe ser cara. Varios usuales materiales de almacenamiento de calor sensible y sus propiedades son mostrados en la figura.
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Como se muestra en la figura, la eficiencia “round-trip” de TES (Thermal Energy Storage) es muy alta y excede al de otras opciones de almacenamiento. TES ofrece una alta eficiencia de almacenamiento por varias horas a un costo moderado. Adicionalmente, estos permiten almacenar energía para entregar en períodos de demanda pico, haciendo que las tecnologías de energía térmica solar sean competitivas con las turbinas de gas a nivel de capacidad de fuentes de energía.
La única demostración comercial de TES integrados con plantas de energía solar térmica actualmente en operación es AndaSol en España, el cual usa aceite sintético como medio de almacenamiento. Investigaciones están en marcha para desarrollar sales fundidas como un potencialmente más eficiente medio para TES.
TEs de fin de uso son de costo más efectivo en regiones con temperaturas medias y relativamente baja humedad. Demostraciones de tecnologías de TES de fin de uso se han realizado en los Estados Unidos, Reino Unido, Alemania y Escandinavia. Por ejemplo, cerca del 8% de los calentadores de agua residencial en el Reino Unido usa un específico material TES que se calienta durante la noche con el fin de calentar agua durante el día y reducir el consumo pico de electricidad.
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Good day. My full name is Jorge Luis MIREZ TARRILLO.
I am Peruvian and live in Lima, capital of Perú in South America.I am Mechanical Electrical Engineering, MSc Physics and Dr. Physics (title doctoral thesis: Control, Optimization, and Management of Microgrid Current Direct)
Too, actually job as Principal Professor in Faculty of Oil, Gas and Petrochemical Engineering of Universidad Nacional de Ingeniería (National University of Engineering) in Lima – PERU (Courses: Modern Physics, Differential Equations and Research's Methodology)
My subjects of my interest are control, signal processing, optimization, simulation, biomedical research, smart grid, microgrid, water.
I have experience in Matlab/Simulink programming, biomedical equipment, electrical systems, renewable energies, microgrids, saturated steam systems 100 psi and organizing academic events.
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