COMPRESSED AIR ENERGY STORAGE (CAES)

http://www.pangeaexploration.com/compressed_air_energy_storage.htm

El almacenamiento de energia de aire comprimido, energia fuera de pico (off peak electricity in) se toma de la red y se utiliza para bombear el aire en un deposito subterraneo sellado a una presión alta. El aire a presión se mantiene de manera subterránea para el uso máximo de este y cuando sea necesario, esta alta presión puede impulsar las turbinas con el aire en el deposito que se va calentando lentamente y liberarlo; siendo esta potencia resultante utilizada en las horas de mayor demanda.

A menudo, el aire comprimido se mezcla con gas natural logrando una quema conjunta, de la misma manera de como lo hace una turbina convencional. Este método logra en la realidad una mayor eficiencia porque el aire tiende a perder menos energía.

Tipos y requisitos de los sistemas de CAES

Hay muchas formaciones geológicas que se pueden utilizar en este esquema. Estos incluyen, el gas agotado en embalses (más económico), los acuíferos naturales, cavernas de minas de sal y cavernas rocosas construidas. En general, las cavernas de roca solida son un 60% más caro que las cavernas de minas de sal para el uso del ciclo CAES. Esto se debe a que las cavernas rocosas subterráneas se crean mediante la excavación de formaciones en roca solida debilitando el entorno, mientas que las cavernas de sal son creadas por la solución de minería de formaciones salinas, conformando un entorno adecuado a la compresión del aire.

En el caso de almacenar en acuíferos, esta modalidad está muy lejos de ser el método más económico. Y en otro enfoque para el almacenamiento de aire comprimido se llama el método CAS, de almacenamiento de aire comprimido en tanques. En un sistema de CAS, el aire se almacena en tanques de alta presión fabricados. Sin embargo, la tecnología actual no es lo suficientemente avanzada para fabricar estos tanques de alta presión a un costo viable. Las escalas propuestas también son relativamente mas pequeñas en comparación con los sistemas de CAES.

COMPONENTES DE UN SISTEMA CAES

Hay cinco componentes por encima del suelo que requiere una instalación básica CAES:

1. El motor / generador que emplea embragues para proporcionar el acoplamiento alternativo del compresor o turbina de trenes.

2. El compresor de aire que puede requerir dos o mas etapas, refrigeradores intermedios y postenfriadores para lograr economía de la compresión, y reducir el contenido de humedad.

3. El recuperador, tren turbina, turbinas de alta y baja presión.4. Centro de equipo de control para el funcionamiento de la turbina de combustión, compresora y auxiliar,

para regular y controlar el cambio del modo de generación en modo de almacenamiento.5. Equipo auxiliar que consta de sistemas mecánicos y eléctricos de almacenamiento de combustible y

manipulación, para admitir varios intercambiadores de calor requeridos.

OPERACIÓN

Un CAES opera por medio de grandes compresores accionador por motores eléctricos que almacenan energía en forma de aire comprimido en el deposito. La compresión se realiza fuera de los periodos de máxima demanda. Como parte del proceso de compresión, el aire se enfria antes de la inyección para hacer el mejor uso posible del espacio de almacenamiento disponible. El aire se presuriza a continuación hasta aproximadamente 75 bar.

Para volver este proceso en electricidad a los clientes, se extrae aire desde el deposito, se precalienta primero en el recuperador y este reutiliza la energía extraida por los enfriadores de compresores. El aire calentado se mezcla con pequeñas cantidades de aceite o de gas, que se quema en la cámara de combustión. El gas caliente de la cámara de combustión se expande en la turbina para generar electricidad por medio de alternadores.

UTILIZAR CAES en una planta de gas

En una tubina de gas normal, tanto como dos tercios de la energía producida por la turbina de potencia es consumida por el compresor. Esto significa que una planta de 300 MW en realidad produce 100 MW de potencia neta de 200 MW, mientras que es consumida por el compresor. Si la compresión se lleva a cabo en un momento distinto a cuando se necesita la generación de energía, que es , por CAES, la potencia de pico que la turbina de gas puede generar se incrementa en esta cantidad. No se requiere la capacidad de producción de energía tanto adicional.

El trabajo de la turbina que convencionalmente seria accionar el compresor en una turbina de combustión hacia el generador, generando el aumento de potencia en la salida. Pero con el ciclo CAES adicional la potencia de salida de cada eje de la turbina será casi tres veces la capacidad de una turbina simple comparándolo con un ciclo de combustión.

VENTAJAS DE CAES

Sistemas CAES se pueden utilizar en escalas muy grandes. A diferencia de otros sistemas considerados a gran escala, CAES está listo para ser utilizado con las plantas de energía enteras. Además de la hidro-bomba, ningún otro método de almacenamiento tiene una capacidad de almacenamiento de hasta CAES.Capacidades típicas de un sistema CAES son alrededor de 50 a 300 MW. El período de almacenamiento también es el más largo debido al hecho de que las pérdidas son muy pequeñas. Un sistema CAES se puede utilizar para almacenar energía durante más de un año.

Rápida puesta en marcha es también una ventaja de CAES. Una planta CAES puede proporcionar un tiempo de puesta en marcha de alrededor de 9 minutos para un arranque de emergencia, y alrededor de 12 minutos en condiciones normales. En comparación, la turbina de combustión convencional pico plantas requieren típicamente 20 a 30 minutos para un arranque normal.

Si se utiliza una formación geológica natural, en lugar de almacenamiento de aire caverna (CAS), CAES tiene la ventaja de que no se trate de instalaciones grandes, costosos de la creación de la caverna en un domo de sal. Un depósito de gas natural empobrecido ya contiene el espacio requerido, en roca porosa. Por otra parte, un proyecto CAES se utiliza junto con una turbina de gas requiere 66%menos gas natural para crear la misma cantidad de

energía. En consecuencia, la emisión de gases de efecto invernadero es sustancialmente menor que en las plantas de gas normales.

Princeton Natural Gas, LLC es un operador registrado en servidumbre en el estado de California. La Compañía participa en el negocio de la definición y adquisición de yacimientos de gas agotados adecuados para el gas natural y la CAES (almacenamiento de energía de aire comprimido).Princeton es actualmente en el progreso de desarrollo de un campo de almacenamiento de gas en la cuenca del Sacramento y se ha asegurado sitios adicionales en California, que son lugares ideales para construir CAES combinados con almacenamiento de gas natural. Estamos tratando de crear alianzas estratégicas con otros desarrolladores de almacenamiento de gas, los productores eólicos y fuentes de capital privado de las oportunidades crecientes en el área de almacenamiento de energía.

http://www.rwe.com/web/cms/en/183732/rwe/innovation/projects-technologies/energy-storage/compressed-air-energy-storage/

http://www.rwe.com/web/cms/en/183732/rwe/innovation/projects-technologies/energy-storage/compressed-air-energy-storage/

http://www.sustainableplant.com/2013/05/ins-and-outs-of-compressed-air-energy-storage/

http://smartenergynews.net/2010/04/14/gc-conocophillips-to-develop-energy-storage-project/

http://www.windsystemsmag.com/articles/ESP_MayJune09.html

http://www.greentechmedia.com/articles/read/compressed-air-energy-storage-part-2

Análisis económico y geotécnicos

Núcleo de perforación

Emplazamiento, permisos y construcción

Tenga en cuenta la "formación de roca porosa" observación hecha por Tang. Los pocos proyectos CAES hasta la fecha han utilizado minas de sal, pero ahora hay un movimiento hacia almacenar el aire comprimido en una estructura de roca porosa. De acuerdo con LaFlash, "Estas estructuras se utilizan cada día para el almacenamiento de gas natural." Hal también mencionó que el gas natural sólo se encendía un par de veces al año, mientras que el almacenamiento de energía CAES se encendía diariamente. Eso podría presentar algunos problemas técnicos. Las investigaciones de EPRI indican que hasta un 80 por ciento de los EE.UU. tiene la geología adecuada para CAES. Una sola planta de 300 megavatios CAES requeriría 22 millones de pies cúbicos de espacio de almacenamiento -. Suficientes para almacenar el valor de la electricidad ocho horas en el cuadro anterior, las regiones con la geología favorable para CAES y la clase 4 + vientos se superponen para indicar prometedora planta CAES ubicaciones. Fuente: "Compressed Air Energy Storage: Teoría de Recursos y Aplicaciones de la energía eólica", Samir Succar y Robert H. Williams, de la Universidad de Princeton (publicado el 8 de abril de 2008) La conclusión es que no hay lugar para cientos de plantas de 300 megavatios CAES en los EE.UU. Otra propuesta, aunque a menor escala proyectos de aire comprimido (co-ubicada con un parque eólico) es el Iowa almacenado Parque de la Energía . No es exactamente de alta tecnología, y no puede ser el material santo grial avance que VCs y los empresarios están buscando - pero es relativamente barato y es aquí hoy. Y se puede convertir fuentes de energía renovables intermitentes como la eólica en energía gestionable más fiable.

http://io9.com/5893480/how-to-turn-caves-into-giant-batteries

¿Cómo podemos construir un mundo que sea menos dependiente de los combustibles fósiles? Una solución es justo debajo de sus pies. Compressed Air Energy Storage (CAES) es un nombre muy aburrido para un sistema muy impresionante que resulta la propia Tierra en una batería gigante. Los expertos dicen que es una de las formas más

rentables para almacenar energía a escala, algo que tendremos que hacer si queremos usar más la energía eólica y solar masiva, y menos carbón y gas natural. He aquí cómo funciona.

Cada día, en más de lo que se dan cuenta, tú y yo depende de la fiabilidad de nuestra red eléctrica, la red de cables que conectan las centrales eléctricas, casas y negocios en un circuito sin fin. Pero esa red es deficiente en muchas maneras, algunas de las cuales obstaculizan nuestra capacidad para producir energía más sostenible. Por ejemplo, la red no tiene el almacenamiento, por lo menos no lo suficiente a la materia. Y eso significa que no es tan fiable como creemos que es.

En cualquier momento dado, debe haber casi exactamente la misma cantidad de electricidad que se produce, ya que se está consumiendo. Si la balanza se inclina en cualquier dirección, incluso por una fracción de un por ciento-podría dar lugar a un apagón. Para simplemente mantener las luces encendidas, la red tiene que ser controlada constantemente, con los controladores de la predicción de la demanda y hacer pequeños ajustes, minuto a minuto, con la oferta. Esto pasa 24 horas al día, 7 días a la semana. El trabajo es bastante difícil con el carbón, el gas natural, la energía nuclear y las centrales hidroeléctricas, lo que puede aumentar o disminuir la producción más o menos de la demanda. Al confiar más en la energía eólica y solar, sin embargo, obtendrá más difícil. Esto se debe a la salida de las fuentes de energía es más dependiente del tiempo que en lo que necesita la red. Si usted tiene una gran cantidad de demanda eléctrica, pero no mucho viento, no se puede pedir de un parque eólico para producir más electricidad.

Esto no es un gran problema ahora, pero se convertirá en un problema en el futuro. Cuando yo estaba investigando mi libro, antes de las luces se apagan , los ingenieros y otros expertos en la red me dijeron que Estados Unidos podría llegar a alguna parte entre el 20% y el 30% de su capacidad eléctrica a partir del viento y la energía solar antes de que tendremos que hacer un poco de grandes cambios en la forma en que la red funciona.

El almacenamiento de energía es una de las herramientas clave que tenemos que puede resolver este problema. Sin embargo, la adición de almacenamiento a la red no es tan simple como parece. Esto se debe a cuestiones de escala. Baterías químicas, como las de nuestros coches o nuestros iPhones, son las primeras cosas que la mayoría de nosotros pensamos cuando pensamos en el almacenamiento de energía. Pero en el momento en que estás hablando socking distancia suficiente energía para la luz y el poder unos pocos cientos de viviendas en sólo medio día, las baterías químicas tienen que ser ridículamente grande. A esta escala, una batería química es el tamaño de un camión, cuesta millones de dólares, y debe ser enviado desde Japón. Nadie en el hemisferio occidental que hace.

Ahí es donde entra en juego CAES sistemas CAES almacenar energía bajo tierra en forma de aire comprimido, pero para que funcione hay que empezar con el tipo adecuado de la geología. En particular, se necesita un espacio que es hermético. Esto significa que usted no puede bombear el aire en la especie de cueva que ha viajado durante sus vacaciones. En su lugar, usted tiene que encontrar un metro de espacio hueco que se utiliza para mantener algo natural, como un depósito de gas natural que ha tenido todo el gas bombeado fuera de él. También puede utilizar porosa roca material que tiene un aspecto sólido, pero es en realidad llena de pequeños agujeros.

Una vez que haya identificado su cueva, y luego a construir un parque eólico cerca. Estas turbinas tienen que estar conectados a la red, pero también están conectados a compresores de aire grandes. Durante el día, el sistema funciona como una granja de viento normal, pero por la noche, cuando el viento es abundante y la demanda eléctrica no es decididamente, las turbinas dejan de enviar electricidad a la red. En su lugar, que la electricidad se utiliza para alimentar los compresores de aire. Durante el curso de la noche, los compresores bombean la cueva llena de aire. Luego, al día siguiente, ya que aumenta la demanda eléctrica, que el aire comprimido es liberado y se utiliza para ayudar a ejecutar un generador en el sitio, que también está parcialmente alimentado por gas natural.

Cómo convertir las cuevas en las baterías gigantes

El aire se almacena allí se encuentra bajo presión, pero no puede explotar porque el aire no explota. Una fuga de aire de alta presión es un riesgo, y sería peligroso, dice Jared Garrison, un doctorado estudiante de la Universidad de Texas en Austin, que estudia la integración de la CAES, energía eólica, y la red. Pero la geología ayuda a evitar eso. "Te ves en los sitios que tienen una roca sello impermeable en forma de cúpula sobre el espacio donde almacenar el aire", dijo. "Gas a presión sólo se mueve hacia arriba, no hacia abajo. Entonces la roca sello, naturalmente tiene el gas en el lugar, donde usted lo pone. La única manera para que escape el aire es una copia de seguridad de la tubería."

Nada de esto existe en cualquier parte del mundo de hoy. Hay dos sistemas CAES en funcionamiento, uno en Alemania y otro en Alabama. Pero ellos no están conectados a la energía eólica. En cambio, sólo están utilizados para proporcionar respaldo a la red en general. Ya han pasado 20 años desde la instalación de CAES en Alabama fue construido. Es sólo recientemente, a medida que más personas han comenzado a pensar seriamente acerca de lo que se necesita para sacarnos de combustibles fósiles-que CAES se ha vuelto más interesante. En estos momentos, hay varios lugares en los Estados Unidos, donde se han propuesto las personas construir un sistema CAES vinculados a la energía eólica. El más largo: Dos sitios en Texas que Garrison piensa que va a ser pioneras en un futuro próximo.

La empresa de desarrollo de esos sitios, Apex Energy, está en una buena posición para hacer un combo CAES-and-wind éxito. Texas ha instalado más potencia eólica que cualquier otro estado, y la mayoría de las turbinas eólicas se construyen en lugares donde el viento es más fuerte por la noche. La demanda de electricidad es más alto durante el día, por lo que un sistema CAES permitiría a Texas para obtener más energía utilizable a partir de aerogeneradores que ya existen. En vez de dejar una noche ventosa ir a perder, esa energía puede ser almacenada y utilizada al día siguiente.

Pero el éxito sigue siendo un blanco móvil. Hace unos años, Iowa parecía que estaba en camino de convertirse en el sitio del primer sistema CAES en dos décadas. Pero ese proyecto no fue así. La razón: después de echar un vistazo más de cerca a la geología, los investigadores se dieron cuenta de que el sitio de Iowa no sería capaz de almacenar la mayor cantidad de aire comprimido, ya que necesitan que lo haga.

http://www.sc.ehu.es/sbweb/energias-renovables/temas/almacenamiento_1/almacenamiento_1.html

parte F. compressed air energy storage

F. Compressed Air Energy Storage (CAES)

El almacenamiento de la energía con aire comprimido es semejante al almacenamiento por bombeo. En esta tecnología el aire se comprime y se almacena en depósitos, acuíferos o cavidades subterráneas. La energía almacenada se libera durante los intervalos de demanda de puntas, expandiendo el aire a través de una turbina.

Cuando se comprime aire para almacenarlo, su temperatura sufre un incremento, de acuerdo con la siguiente expresión, donde T y P son la temperatura y presión absoluta, respectivamente, K es el índice politrópico del proceso irreversible de compresión, mientras que los subíndices 1 y 2 indican los estados inicial y final de la compresión, respectivamente.

El calor originado puede quedar retenido en el propio aire comprimido, o en otro medio de almacenamiento de calor, para, posteriormente, ser devuelto al aire antes su expansión en la turbina. Este método se conoce como sistema adiabático de almacenamiento y alcanza una elevada eficiencia. En este contexto, cabe tener presente que, para una determinada relación de presiones, el trabajo de la turbina es directamente proporcional a la temperatura absoluta de admisión.

Si el calor generado en la compresión se pierde, se puede suministrar calor adicional al aire comprimido mediante la combustión de un combustible, constituyendo un sistema de almacenamiento híbrido.

En la Figura 6 se indica la configuración correspondiente a un sistema CAES, que opera con los excedentes de generación de un parque eólico, [10], [11] y [12]. Este sistema opera de la misma forma que una turbina de gas convencional, excepto que las operaciones de compresión y expansión son independientes y se dan en distintos tiempos.

Fig. 6. Representación conceptual del CAES

Una de las claves para evaluar las prestaciones eléctricas de los CAES, reside en estimar la energía eléctrica que se puede generar por unidad de volumen del depósito de almacenamiento de aire, EGEN/Vs. En este sentido, la energía eléctrica de la turbina, EGEN, viene dada por la expresión [10].

donde: la integral representa el trabajo mecánico generado por la expansión del aire y el combustible en la turbina.mI: Air mass flow rate.WCV,TOT: Trabajo mecánico total por unidad de masa generado en el proceso.t: Tiempo necesario para vaciar completamente el depósito de aire a plena potencia de salida.ηM : Eficiencia mecánica de la turbina.ηG: Eficiencia eléctrica del generador.

Como todos los sistemas CAES hasta ahora se basan en dos etapas de expansión, la producción de trabajo se puede expresar como la suma correspondiente a las dos etapas. El primer término representa el trabajo correspondiente a la turbina en la que se expande el aire a la presión de entrada, p1, hasta la presión de entrada de la segunda turbina, p2. Asimismo, el segundo término representa el trabajo derivado de la expansión a la presión p2 hasta la presión barométrica, pb. en la ecuación se representan los términos correspondientes a estos trabajos.

Suponiendo una compresión adiabática y considerando los calores específicos a presión y volumen constante, K = Cp/Cv, se puede obtener la expresión

donde:

En estas expresiones, el flujo de la masa de aire total a través de la turbina, mI, puede expresarse en términos separados, de aire, mA, y de combustible, mF, como se indica en la expresión

En la Figura 7 se indican los campos de aplicación de las diferentes tecnologías de almacenamiento de energía, atendiendo a la energía almacenada y la potencia de salida [13]

COMPRESOR DE AIRE AXIAL USADO EN CAES

Características

Se comprime aire en una formación geológica subterránea o en la superficie mediana tanque de almacenamiento.

La instalación de CAES funciona como grandes baterías. El aire precomprimido se libera, se precalienta el aire frio que está a alta presión y se dirige al

grupo generador en donde se utiliza en turbinas de combustión modificadas para generar electricidad.

Todavía se necesita gas natural u otros combustibles fósiles para hacer funcionar las turbinas, pero el proceso es más eficiente.

Este método utiliza hasta un 50% menor GN que el sistema de producción normal de electricidad.

EQUIPOS DE CICLO

MOTOR- GENERADOR: Con embragues en ambos lados para dar paso o no a la unidad de compresión, unidad de generación o ambas.

ESTACION DE COMPRESION: Con interenfriadores para la reducir la cantidad de potencia necesaria para el ciclo de compresión y con postenfriadores para disminuir los requerimientos de volumen en el almacenaje.

TURBINAS DE EXPANSIÓN: Turbinas d elata y baja con cámaras de combustión antes de cada etapa.

SISTEMAS DE CONTROL: El encargado en horas valle o de baja demanda de poner la planta en modo compresión y en horas pico o de alta demanda poner la planta en modo generación.

ALMACENAJE: Puede ser en la superficie con tanques o en formaciones geológicas, con sus respectivas tuberías e instrumentación.

CAMARAS DE COMBUSTION: Pueden ser fabricadas para varios tipos de combustibles, GAS, FUEL OIL, HIDROGENO.

RECUPERADOR: Aprovecha los gases de combustión calientes que salen de la turbina de baja para calentar el aire presurizado antes de entrar a la cámara de combustión de la turbina de alta. Esto reduce el consumo de combustible de la planta en un 25%, el HR lo reduce en un 25% y también el costo de la planta.

TIPOS DE CAES

Ciclo caes convencional:

El intercooler es un intercambiador aire-aire o aire-agua que se encarga de enfriar el aire comprimido por el turbocompresor o sobrealimentador de un motor de combustión interna

Ciclo caes con recuperador:

Ciclo caes con HRSG y Turbina de vapor:

Ciclo caes con inyección de vapor:

CASH (HUMIDIFICACION)

VENTAJAS

Sistema eficiente, limpio y económico Consume gas natural por KWh a una tercera parte que la que consume una planta convencional. Incremento de la confiabilidad