Estudio de la hibridación de ciclos combinados con sistemas de almacenamiento de energía por aire comprimido (Compressed air energy storage, CAES): Aplicación en Canarias.

Abstract

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.