Una recent investigació proposa una manera de millorar l'eficiència d'un tipus d'emmagatzemament per la xarxa elèctrica de distribució per fer possible una transició global cap a les energies renovables.
Avançar cap a les emissions netes de CO2, significa tractar la naturalesa intermitent i impredictible de les fonts d'energia verda com són l'eòlica i la solar i també superar els desajustos entre l'oferta i la demanda. Aquests reptes, necessiten l' emmagatzematge d' energia a través de mitjans que van més enllà de les centrals de bombeig hidroelèctriques.
Un estudi basat en la modelització informàtica, ha permès trobar que les tecnologies d'emmagatzematge basat en aire comprimit, podria millorar el seu rendiment mitjançant reaccions químiques. Les reaccions reversibles poden absorbir energia en forma de calor i, posteriorment, conservar l'energia que es perdria. Aquest resultats han estat publicats al Energy Conversion and Management.
Les tècniques d'aire líquid i comprimit aprofiten l'energia a la qual es pot accedir quan sigui necessari permetent que l'aire emmagatzemat, ja sigui a pressió o refredat a una forma líquida, s'expandeixi i passi a través de turbines que tinguin acoblats generadores d'electricitat.
No obstant això, tant el CAES, que és com s'expressa l'emmagatzematge d'energia d'aire comprimit i LAES, per l'aire líquid, no mostren una bona eficiència d'anada i tornada ja que, aproximadament, només es pot extreure la meitat de l'energia introduïda.
Un avantatge de CAES és que permet emmagatzemar energia a gran escala, cosa que és una limitació per a les tecnologies de bateries electroquímiques i també ha de millorar l'eficiència de les conversions 'anada i tornada.
En un procés convencional CAES, l'electricitat s'utilitza per comprimir l'aire i l'aire comprimit s'emmagatzema sota terra en una cavitat natural o en un recipient a pressió. Quan l'aire es comprimeix, la seva temperatura augmenta, però aquesta calor normalment es considera un residu i, per tant, no es recupera ni s'utilitza.
Per descarregar l'aire i produir energia, normalment s'escalfa amb gas natural per augmentar l'entalpia d'alimentació de la turbina. Tenint en compte la pèrdua de calor durant l'emmagatzematge, el resultat és que l'eficiència global d'anada i tornada (la relació entre el treball de sortida de la turbina i el treball consumit mitjançant la compressió) només està entre el 40 % i el 50 %.
Gràcies a la millora d'aquest esquema per optimitzar aquesta eficiència gràcies a recuperar la calor parduda termo-químicament, s'ha obtingut un avantatge de l'emmagatzematge d'energia termoquímica, o TCES, respecte d'altres mètodes, com és una densitat d'energia més gran gràcies a la captura de calor en forma d'enllaços químics.
Utilitzant aquest model es va analitzar el rendiment del TCES incorporat a l'emmagatzematge d'energia tèrmica mitjançant recipients ( alumini, ceràmica o roca) plens, on l'energia arriba al sòlid mitjançant un fluid de transferència de calor com l'aire. Aquest recipients, es classifiquen en virtut del canvi de temperatura del material del recipient.
Els resultats dels recipients TCES amb roques i òxid de bari, va mostrar una eficiència similar d'anada i tornada entre el dipòsits amb TCES i dipòsits sense a causa, de la relativa baixa capacitat de la reacció dels òxids de bari. Es va aconseguir al 60 % d'eficiència d'anada i tornada per als dos sistemes amb una durada de 20 hores que inclou el temps d'emmagatzematge després de la càrrega. Altres mitjans d'emmagatzematge tèrmic no poden emmagatzemar la calor durant llargs períodes de temps ja que es refreden.
És important, que amb el material TCES col·locat a sobre dels dipòsits, hi hagi una temperatura d'entrada d'aire de la turbina més estable, més alta durant més temps, que és clau per a una generació d'energia òptima. El model mostra que amb futurs materials avançats, l'eficiència d'anada i tornada i el temps d'emmagatzematge també podrien millorar.
Per il·lustrar millor el potencial del concepte, gràcies a un hipotètic material amb la mateixa capacitat calorífica que les roques però una capacitat d'emmagatzematge termoquímic tres vegades superior a la dels òxids de bari, els resultats van mostrar que es podria obtenir una potencial millora de l'eficiència d'anada i tornada de més d'un 5 %, així com terminis d'emmagatzematge més llargs. A més, caldria un 45 % menys del volum de recobriment per aconseguir una capacitat d'emmagatzematge similar als dipòsits de roques.
La química del bari en què es basava el model inicial era la més òbvia inicialment, però que té el inconvenient de la baixa capacitat de calor.
Hi ha químics no oxigenats com els hidrats i els carbonats que tenen les propietats hipotètiques (alta capacitat tèrmica, gran calor de reacció) que s'han estudiat, però ara mateix no s'han identificat cap per a un material redox que funcioni amb el canvi d'oxigen. Possiblement, el següent pas seria intentar descobrir nous materials.
Font: Oregon State University College of Engineering.
Fuqiong Lei et al, Thermochemical heat recuperation for compressed air energy storage, Energy Conversion and Management (2021). DOI: 10.1016/j.enconman.2021.11488.
