Estudio de la hibridación de ciclos combinados con sistemas de almacenamiento de energía por aire comprimido (Compressed air energy storage, CAES): Aplicación en Canarias.
Date
2022Abstract
Este Trabajo Fin de Grado (TFG) aborda el análisis y diseño de diferentes
sistemas sistemas de Almacenamiento de Energía de Energía por Aire
Comprimido (CAES) para configurar una hibridación con uno de los ciclos
combinados de la central térmica de Granadilla, Tenerife. Asimismo, se ha
realizado un estudio energético de la hibridación del sistema de
Almacenamiento por Aire Comprimido con la Turbina de Gas (CAES-GT) y
con el Ciclo Combinado (CAES-CC).
La hibridación se ha planteado en el ciclo combinado Nº2 de la central
térmica de Granadilla. Para ello, se ha empleado el software de simulación
de procesos químicos, DWSIM, para programar y simular el ciclo combinado
(CC). Una vez se ha obtenido los cálculos del análisis del sistema CAES, se
modela en DWSIM, junto al ciclo combinado, para hacer un análisis de
sensibilidad a la hibridación y obtener los resultados del estudio energético.
Se ha realizado dos estudios de sistemas CAES (según la carga y según la
descarga), con la idea de aprovechar los vertidos de energías renovables de
la isla de Tenerife. De ellos se obtienen diferentes parámetros de
funcionamiento, así como el volumen de almacenamiento del aire
comprimido. El sistema CAES final elegido para la hibridación (según la
descarga) aprovecha el calor de la compresión en la fase de carga para
calentar el aire en la fase de descarga. Esto se consigue mediante el uso de
un circuito de Therminol-VP1 (TH-VP1). No obstante, es necesario un aporte
de energía renovable con el que incrementar la temperatura de este aceite
sintético tras la fase de carga, para que el aire de descarga alcance la
temperatura adecuada antes de entrar en la cámara de combustión de las
turbina de gas del ciclo combinado.
El principal efecto de la hibridación CAES-GT y CAES-CC, es el aumento de
la potencia neta manteniendo el caudal másico de combustible de las
turbinas de gas. En consecuencia, se disminuye tanto el consumo específico
de combustible como la emisión de gases de efecto invernadero y aumenta
el rendimiento de los ciclos.
Por tanto, se ha realizado un estudio de un sistema de almacenamiento de
energía, que ayudaría a la integración de las energía renovables en Tenerife
y mejoraría la seguridad del sistema eléctrico canario, aprovechando uno de
los grupos de generación ya existente. This Final Degree Project tackles with the analysis and design of different
CAES sytems to configure a hybridization with one of the combined cycles
of the Granadilla thermal power plant, Tenerife. Likewise, an energetic study
of the CAES-GT and CAES-CC hybridization has been carried out.
Hybridization has been proposed in combined cycle Nº2 of the Granadilla
thermal power plant. For this, the chemical process simulation software,
DWSIM, has been used to program and simulate the combine cycle. Once
the CAES system analysis calculations have been obtained, it’s modeled in
DWSIM, together with the combine cycle, to execute a hybridization
sensitivity analysis and obtain the results of the energy study.
Two studies of CAES systems have been carried out (according to the charge
and according to the discharge), with the idea of taking advantege of the
surplus of renewable energies from the island of Tenerife. Different
operating paramaters are obtained from them, as well as the storage
volume of the compressed air. The final CAES system chosen for
hybridization (according to the discharge) harnesses the heat of the
compression in the charge phase to heat the air in the discharge phase. This
is achieved through the use of a Therminol-VP1 circuit, however, a
contribution of renewable energy is necessary with which to increase the
temperature of this synthetic oil after de chargin phase, so that the
discharge air reaches the right temperature, before injecting to the
combustion chamber of the combined cycle gas turbines.
The main effect of CAES-GT and CAES-CC hybridization is the increase net
power while maintaining the gas turbine’s fuel mass flow rate.
Consequently, the specific fuel consumption and the emission of the
greenhouse gases are reduced and the performance of the cycles is
increased.
Therefore, a study of an energy storage system has been carried out, which
would help the integration of renewable energy in Tenerife and improve the
security of the Canarian electricity system, taking advantage of one of the
existing generation groups.