Almacenamiento de energía térmica, sistema de calor latente, sistema de calor sensible, sistema de materiales de cambio de fase

Palabras claves: Almacenamiento de energía térmica, sistema de calor latente, sistema de calor sensible, sistema de materiales de cambio de fase.

Keywords Thermal energy storage (TES), Sensitive heat system (SHS), Latent heat system (LHS), Phase change materials systems (PCM system)

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* Corresponding author: correo_electrónico_asesor@ejemplo.com

1. Almacenamiento térmico:

El almacenamiento de energía consiste en reservar parte de la energía producida, en cualquiera de sus formas, para su posterior uso en el tiempo en alguna operación de interés. Los sistemas que llevan a cabo este proceso suelen denominarse acumuladores. Los sistemas de almacenamiento térmico tienen el potencial de incrementar el uso efectivo de la energía térmica y de facilitar el control de la producción térmica a gran escala. Suelen ser especialmente útiles para la corrección de la discordancia entre demanda y producción de energía. La energía térmica puede ser almacenada mediante el aprovechamiento del calor sensible de los cuerpos, del calor latente al cambiar de una fase a otra (por ejemplo, de líquido a gas) o de la energía involucrada en una reacción química. Se acostumbra emplear el término almacenamiento térmico al que se basa en el calor sensible o latente, y el de almacenamiento termoquímico al que utiliza el calor de reacción.

La energía térmica es normalmente acumulada por medio de un colector solar, que envía este calor hacia los depósitos de calor. Esta tecnología es denominada “Energía Solar por Concentración” (CSP) y utiliza elementos ópticos en forma de espejos para concentrar la energía solar, convirtiéndola en energía térmica a temperaturas de entre 300-600°C. Esta energía térmica se utiliza para alimentar turbinas, generalmente de vapor o de aire caliente, que producen electricidad.[pic 2]

Figura 1. Interacción entre los componentes principales de una planta de potencia [Kuravi et al. (2013)].

1. Según su aplicación usos y clasificación:

Los sistemas de almacenamiento térmico (TES) incluyen una serie de tecnologías diferentes, cada una con su propio rendimiento específico, aplicación y costo. Los campos de aplicación importantes para los sistemas TES se encuentran en el sector de la construcción (por ejemplo, ACS, espacio de calefacción y aire acondicionado) y en el sector industrial (por ejemplo, procesos de calefacción y refrigeración). Los sistemas TES se pueden instalar como plantas centralizadas o dispositivos distribuidos. Las plantas centralizadas son diseñadas para almacenar calor residual de grandes procesos industriales, centrales eléctricos convencionales, combinados plantas de calor y energía, y plantas de energía renovable, como CSP. Su capacidad de potencia varía típicamente de cientos de kW a varios MW. Los dispositivos distribuidos suelen ser almacenamiento intermedio sistemas para acumular calor solar para ser utilizados en edificios domésticos y comerciales (por ejemplo, agua caliente, calefacción y electrodomésticos). Los sistemas distribuidos están principalmente en el rango de unos pocos a decenas de kW.

   Aunque el almacenamiento térmico se ha utilizado en una amplia variedad de aplicaciones, todos los sistemas son diseñados para operar cíclicamente (normalmente durante el día, ocasionalmente durante una jornada completa). Cuando el diseño de un sistema de almacenamiento se realiza para periodos cortos de tiempo, los sistemas térmicos puros pueden ser una buena solución. Sin embargo, si la energía almacenada debe ser conservada durante largo tiempo antes de su utilización, o bien ser transportada a un lugar alejado de donde se encuentra la fuente térmica original, la mejor solución es el almacenamiento termoquímico.

Figura 2. Tipos de almacenamiento de energía solar térmica.[pic 3]

Los sistemas TES basados ​​en almacenamiento de calor sensible ofrecen una capacidad de almacenamiento de 10 a 50 kWh / t. y eficiencias de almacenamiento entre 50 y 90%, dependiendo del calor específico del medio de almacenamiento y tecnologías de aislamiento térmico. Los sistemas de calor latente pueden ofrecer una mayor capacidad de almacenamiento y eficiencias de almacenamiento del 75 al 90%. En la mayoría de los casos, el almacenamiento se basa en un cambio de fase sólido-líquido con densidades de energía de 100 kWh /m3 (por ejemplo, hielo). Los sistemas de calor latente pueden alcanzar capacidades de almacenamiento de hasta 250 kWh / t con la operación temperaturas de más de 300 ° C y eficiencias del 75% a casi el 100%.

1. Parámetros típicos del almacenamiento de energía solar térmica(potencia, energía, capacidad y costos):

El sistema de almacenamiento se puede describir en términos de las siguientes características

• La capacidad define la energía almacenada en el sistema y depende del proceso de almacenamiento, el medio, y el tamaño del sistema;
• La potencia define qué tan rápido se puede descargar (y cargar) la energía almacenada en el sistema;
• La eficiencia es la relación entre la energía proporcionada al usuario y la energía necesaria para cargar el sistema de almacenamiento. Da cuenta de la pérdida de energía durante el período de almacenamiento y el ciclo de carga / descarga;
• El período de almacenamiento define cuánto tiempo se almacena la energía y dura de horas a meses (es decir, horas, días, semanas y meses para almacenamiento estacional);
• El tiempo de carga y descarga define cuánto tiempo se necesita para cargar / descargar el sistema; y
• El costo se refiere a la capacidad (€ / kWh) o la potencia (€ / kW) del sistema de almacenamiento y depende de costos de capital y operación del equipo de almacenamiento y su vida útil (es decir, el número de ciclos).

La capacidad, la potencia y el tiempo de descarga son variables interdependientes. En algunos sistemas de almacenamiento, la capacidad y la potencia también pueden depender unas de otras. Los parámetros típicos para los sistemas TES se muestran en Tabla 1, que incluye capacidad, potencia, eficiencia, período de almacenamiento y costo. Densidad de almacenamiento de alta energía. Y la alta capacidad de potencia para cargar y descargar son propiedades deseables de cualquier sistema de almacenamiento. Es bien sabido que hay tres métodos para TES a temperaturas de −40 ◦C a más de 400 ◦C calor sensible, calor latente asociado con PCM y almacenamiento de calor termoquímico asociado con reacciones químicas.

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