Modelado termodinámico en tiempos finitos para sistemas de almacenamiento de energía asociados a bombas de calor.
En los últimos años, ha habido un notable aumento en la proporción de fuentes de energía renovable en la producción de electricidad. Sin embargo, su naturaleza intermitente genera un desequilibrio entre la oferta y la demanda, lo que ha desatado la necesidad de desarrollar sistemas de almacenamiento...
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| Main Author: | |
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| Format: | doctoralThesis |
| Language: | Spanish |
| Published: |
2024
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| Subjects: | |
| Online Access: | https://hdl.handle.net/20.500.12008/43650 |
| Tags: |
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| Summary: | En los últimos años, ha habido un notable aumento en la proporción de fuentes de energía renovable en la producción de electricidad. Sin embargo, su naturaleza intermitente genera un desequilibrio entre la oferta y la demanda, lo que ha desatado la necesidad de desarrollar sistemas de almacenamiento de energía. En este trabajo, se presenta un enfoque innovador a esta problemática utilizando bombas de calor con medios de almacenamiento líquidos y sólidos, junto con un modelo termodinámico en estado estacionario. Este modelo abarca los ciclos de bomba de calor y motor térmico, los cuales están acoplados de manera similar a los ciclos de Brayton y Rankine transcrítico. El modelo incluye explícitamente parámetros que tienen en cuenta las principales pérdidas internas y externas. Estas estrategias asociadas a la termodinámica de los tiempos finitos se basaron en un conjunto reducido de variables y sin los altos costos computacionales de los modelos dinámicos. Se han derivado expresiones para las principales magnitudes en los modos de carga (como la potencia de entrada y el coeficiente de rendimiento) y descarga (como la potencia de salida y la eficiencia), así como la eficiencia global de ida y vuelta. Se obtuvieron eficiencias que van desde un 30 a un 70 %, siendo las pérdidas internas aquellas con mayor influencia negativa en los valores calculados. El modelo ha proporcionado además una evaluación termodinámica y resultados de rendimientos para varios ejemplos de disposiciones particulares. Adicionalmente, se realiza un análisis de la pérdida temporal de energía en medios de almacenamiento líquido. Para dicho modelo complementario, se calcularon las pérdidas en los tanques asociadas a las fluctuaciones climáticas de una ciudad de referencia. Se desarrolló un modelo cero-dimensional donde se consideraron los efectos de radiación, convección y conducción. Los resultados obtenidos mostraron que durante períodos largos, el tiempo y el espesor del aislamiento tienen una influencia significativa en el rendimiento a lo largo del tiempo. Para la tecnología tipo Brayton, la eficiencia del ciclo completo puede reducirse diariamente en un 0.4% y para Rankine, un 0,03 %. En resumen, los modelos numéricos desarrollados en este trabajo permiten el análisis y evaluación de los sistemas de almacenamiento de energía con bombas de calor, basados en tecnología disponible y un escenario de operación realista. |
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