El almacenamiento de energía criogénica ( CES ) es el uso de líquidos a baja temperatura ( criogénicos ) como aire líquido o nitrógeno líquido para almacenar energía. [1] [2] La tecnología se utiliza principalmente para el almacenamiento de electricidad a gran escala . Después de las plantas demostradoras a escala de red, se está construyendo una planta comercial de 250MWh en el Reino Unido y se planea una tienda de 400MWh en los EE. UU.
Almacenamiento de energía de la red
Proceso
Cuando es más barato (generalmente de noche), se usa electricidad para enfriar el aire de la atmósfera a -195 ° C usando el ciclo Claude hasta el punto en que se licua. El aire líquido, que ocupa una milésima parte del volumen del gas, se puede mantener durante mucho tiempo en un gran matraz de vacío a presión atmosférica . En momentos de alta demanda de electricidad , el aire líquido se bombea a alta presión a un intercambiador de calor , que actúa como una caldera. Se usa aire de la atmósfera a temperatura ambiente o agua caliente de una fuente de calor industrial para calentar el líquido y convertirlo nuevamente en gas. El aumento masivo de volumen y presión de esto se utiliza para impulsar una turbina para generar electricidad. [3]
Eficiencia
De forma aislada, el proceso es solo un 25% eficiente, pero esto aumenta a alrededor del 50% cuando se usa con una cámara frigorífica de bajo grado, como un gran lecho de grava, para capturar el frío generado al evaporar el criógeno. El frío se reutiliza durante el siguiente ciclo de refrigeración. [3]
La eficiencia aumenta aún más cuando se usa junto con una planta de energía u otra fuente de calor de bajo grado que de otro modo se perdería a la atmósfera. Highview Power afirma una eficiencia de ida y vuelta de CA a CA del 70%, mediante el uso de una fuente de calor residual a 115 ° C. [4] El IMechE (Instituto de Ingenieros Mecánicos) está de acuerdo en que estas estimaciones para una planta a escala comercial son realistas. [5] Sin embargo, este número no fue verificado ni confirmado por instituciones profesionales independientes.
Ventajas
El sistema se basa en tecnología probada, se utiliza de forma segura en muchos procesos industriales y no requiere ningún elemento particularmente raro o componentes costosos para fabricar. El Dr. Tim Fox, director de Energía de IMechE, dice: "Utiliza componentes industriales estándar, lo que reduce el riesgo comercial; durará décadas y se puede arreglar con una llave". [6]
Aplicaciones
Ciencias económicas
La tecnología solo es económica cuando existe una gran variación en el precio mayorista de la electricidad a lo largo del tiempo. Por lo general, aquí será donde sea difícil variar la generación en respuesta a la demanda cambiante. De este modo, la tecnología complementa las fuentes de energía en crecimiento, como la eólica y la solar, y permite una mayor penetración de dichas energías renovables en la combinación energética. Es menos útil donde la electricidad se proporciona principalmente mediante generación despachable , como las centrales térmicas de carbón o gas, o la energía hidroeléctrica.
Las plantas criogénicas también pueden proporcionar servicios de red, incluido el equilibrio de la red, el soporte de voltaje, la respuesta de frecuencia y la inercia síncrona. [7]
Ubicaciones
A diferencia de otras tecnologías de almacenamiento de energía a escala de red que requieren geografías específicas, como embalses de montaña ( energía hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo ) o cavernas de sal subterráneas ( almacenamiento de energía de aire comprimido ), una planta de almacenamiento de energía criogénica se puede ubicar en casi cualquier lugar. [8]
Para lograr las mayores eficiencias, una planta criogénica debe ubicarse cerca de una fuente de calor de bajo grado que de otro modo se perdería a la atmósfera. A menudo, esta sería una central térmica de la que se podría esperar que también generara electricidad en los momentos de máxima demanda y con los precios más altos. La colocación con una fuente de frío no utilizado, como una instalación de regasificación de GNL , también es una ventaja. [9]
Demostradores a escala de cuadrícula
Reino Unido
En abril de 2014, el gobierno del Reino Unido anunció que había otorgado 8 millones de libras esterlinas a Viridor y Highview Power para financiar la siguiente etapa de la manifestación. [10] La planta demostradora a escala de red resultante en la instalación del vertedero de Pilsworth en Bury, Greater Manchester , Reino Unido , comenzó a funcionar en abril de 2018. [11] El diseño se basó en una investigación del Centro de Birmingham para el almacenamiento de energía criogénica (BCCES) asociado con la Universidad de Birmingham, y tiene almacenamiento de hasta 15 MWh, y puede generar un suministro máximo de 5 MW (por lo que cuando está completamente cargado dura tres horas a la salida máxima) y está diseñado para una vida operativa de 40 años.
Estados Unidos
En 2019, el Fondo de Energía Limpia del Departamento de Comercio del Estado de Washington anunció que proporcionaría una subvención para ayudar a Tacoma Power a asociarse con Praxair para construir una planta de almacenamiento de energía de aire líquido de 15 MW / 450 MWh. Almacenará hasta 850.000 galones de nitrógeno líquido para ayudar a equilibrar las cargas de energía. [12]
Plantas comerciales
Reino Unido
En octubre de 2019, Highview Power anunció que planeaba construir una planta comercial de 50MW / 250MWh en Carrington, en el norte de Inglaterra. [13] [14] La construcción comenzó en noviembre de 2020, [15] [8] con operación comercial planificada para 2022. [7] Con 250MWh, la planta iguala la capacidad de almacenamiento de la batería de iones de litio más grande del mundo, Gateway Energy. Instalación de almacenamiento en California. [dieciséis]
Estados Unidos
En diciembre de 2019, Highview anunció planes para construir una planta de 50 MW en el norte de Vermont, con la instalación propuesta capaz de almacenar ocho horas de energía, para una capacidad de almacenamiento de 400 MWh. [17]
Historia
Transporte
Tanto el aire líquido como el nitrógeno líquido se han utilizado experimentalmente para impulsar automóviles. Un automóvil de aire líquido llamado Liquid Air se construyó entre 1899 y 1902, pero en ese momento no podía competir en términos de eficiencia con otros motores. [18]
Más recientemente, se construyó un vehículo de nitrógeno líquido . Peter Dearman, un inventor de garaje en Hertfordshire, Reino Unido, que inicialmente había desarrollado un automóvil impulsado por aire líquido, luego utilizó la tecnología como almacenamiento de energía en la red. [5] El motor Dearman se diferencia de los diseños anteriores del motor de nitrógeno en que el nitrógeno se calienta combinando con el fluido de intercambio de calor dentro del cilindro del motor. [19] [20]
Pilotos de almacenamiento de electricidad
En 2010, la tecnología se puso a prueba en una central eléctrica del Reino Unido. [21] Un sistema piloto de energía criogénica de 300 kW, 2,5 MWh de capacidad [22] desarrollado por investigadores de la Universidad de Leeds y Highview Power [23] que utiliza aire líquido (con CO
2y agua eliminada ya que se volverían sólidas a la temperatura de almacenamiento) como almacenamiento de energía, y calor residual de bajo grado para impulsar la reexpansión térmica del aire, operado en una central eléctrica de biomasa de 80MW en Slough , Reino Unido, desde 2010 hasta 2014 cuando se trasladó a la Universidad de Birmingham. [5] [22] [24] La eficiencia es inferior al 15% debido a los componentes de hardware de baja eficiencia utilizados, pero los ingenieros apuntan a una eficiencia de alrededor del 60 por ciento para la próxima generación de CES según las experiencias de operación de este sistema. En 2021, una empresa de ingeniería de Kazajstán, KGNT, obtuvo una patente para la tecnología CryoEnergyPowerPlant. ( https://www.instagram.com/p/CK3f1h9BdVC/?igshid=b6vv960x8vj0 ). La tecnología de la patente es suficiente para ser aplicada como una herramienta universal para la recolección, almacenamiento y liberación de energía a granel bajo demanda. Como fuente de energía se puede utilizar cualquier planta de energía "verde", incluidas las solares.
Ver también
- Base de datos internacional de almacenamiento de energía del Departamento de Energía de los Estados Unidos
Referencias
- ^ "El ganador de energía y medio ambiente de 2011 -CES" . El ingeniero . 2011-12-02 . Consultado el 25 de octubre de 2012 .
- ^ Rebecca Boyle (11 de agosto de 2010). "La red podría satisfacer las demandas repentinas de energía almacenando energía como oxígeno líquido" . Popsci .
- ^ a b "Proceso" . sitio web de la empresa . Almacenamiento de energía Highview . Consultado el 7 de octubre de 2012 .
- ^ "Sistema de energía criogénica" . sitio web de la empresa . Almacenamiento de energía Highview . Consultado el 7 de octubre de 2012 .
- ^ a b c Roger Harrabin, analista medioambiental de la BBC (1 de octubre de 2012). "El aire líquido 'ofrece esperanza de almacenamiento de energía ' " . BBC News, Ciencia y Medio Ambiente . BBC . Consultado el 2 de octubre de 2012 .
- ^ https://www.bbc.co.uk/news/science-environment-19785689
- ^ a b Junior Isles (septiembre de 2020). "Almacenamiento realmente genial" (PDF) . Los tiempos de la industria energética . 13 (5): 15. ISSN 1757-7365 . Consultado el 7 de noviembre de 2020 .
- ^ a b "Highview Power rompe terreno en una instalación de almacenamiento de energía de larga duración de 250MWh CRYOBattery" . Noticias y anuncios de la empresa . Highview Power . Consultado el 7 de noviembre de 2020 .
- ^ "Aplicaciones no estándar (calor residual / frío residual)" . Highview Power . Consultado el 7 de noviembre de 2020 .
- ^ https://www.gov.uk/government/news/8-million-boost-for-energy-storage-innovation
- ^ "Plantas" . sitio web de la empresa . Highview Power . Consultado el 5 de junio de 2018 .
- ^ "El comercio anuncia $ 10,6 millones en subvenciones estatales del Fondo de Energía Limpia para la modernización de la red" . Departamento de Comercio del Estado de Washington . 2019-04-16 . Consultado el 6 de mayo de 2019 .
- ^ "Cómo el aire líquido podría ayudar a mantener las luces encendidas" . BBC News . Consultado el 23 de octubre de 2019 .
- ^ "Highview Power para desarrollar múltiples instalaciones de almacenamiento de energía criogénica en el Reino Unido y para construir el sistema de almacenamiento más grande de Europa" . Poder de Highview . Consultado el 23 de octubre de 2019 .
- ^ Roger, Harrabin. "Planta de energía del Reino Unido para utilizar aire líquido" . BBC News . Consultado el 7 de noviembre de 2020 .
- ^ Klender, Joey (21 de agosto de 2020). "Tesla cede la corona por la batería más grande del mundo" .
- ^ Danigelis, Alyssa (19 de diciembre de 2019). "Primer sistema de almacenamiento de energía de aire líquido de larga duración planeado para los EE . UU . " . Líder Medio Ambiente + Energía . Consultado el 20 de diciembre de 2019 .
- ^ "La Red de Energía del Aire Líquido" . Red de Energía de Aire Líquido (LAEN). 2015.
- ^ Raili Leino (22 de octubre de 2012). "Idea de Mullistava: Tulevaisuuden auto voi kulkea typpimoottorilla" . Tekniikka & Talous (en finlandés). Archivado desde el original el 1 de septiembre de 2013 . Consultado el 25 de octubre de 2012 .
- ^ "La Tecnología" . Dearman Engine Company. 2012. Archivado desde el original el 22 de octubre de 2012 .
- ^ "Almacenamiento de electricidad" (PDF) . Institución de Ingenieros Mecánicos. Mayo de 2012 . Consultado el 22 de octubre de 2012 .
- ^ a b Darius Snieckus (6 de diciembre de 2011). "Almacenamiento de energía de aire líquido establecido para el gran momento después del acuerdo con Alemania" . www.rechargenews.com . Consultado el 25 de octubre de 2012 .
- ^ "Proyecto de almacenamiento de energía gana un premio importante" . Universidad de Leeds . 2011-12-06 . Consultado el 25 de octubre de 2012 .
- ^ http://scpro.streamuk.com/uk/player/Default.aspx?wid=14941&ptid=1061&t=0 [ enlace muerto permanente ]