Análise termodinâmica de um sistema de armazenamento de energia por ar comprimido de pequeno porte considerando diferentes modos de operação do sistema

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: BARROS, Matheus Bezerra de Alencar
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPE
Texto Completo: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/39003
Resumo: HENRÍQUEZ GUERRERO, Jorge Recarte, também é conhecido em citações bibliográficas por: HENRÍQUEZ, Jorge Recarte
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Para mitigar esse problema podem-se empregar sistemas de armazenamento de energia combinados às fontes renováveis. Dentre esses, os sistemas de armazenamento de energia por ar comprimido (Compressed Air Energy Storage ou CAES) se destacam pela sua eficiência e maturidade tecnológica. O presente estudo conduziu uma análise termodinâmica, através do software Matlab, de um ciclo de operação de um sistema CAES adaptado a partir de uma microturbina a gás, considerando diferentes condições de operação para esse sistema. Consideraram-se situações nas quais o reservatório de armazenamento de ar comprimido operasse a volume constante e a pressão constante, levando-se em conta, nesses casos, cenários nos quais esse reservatório operaria de forma isotérmica, adiabática e trocando calor por convecção com o ar armazenado, avaliando-se a performance do sistema CAES operando nessas diferentes configurações. Resultados obtidos através das simulações indicam a importância que a condição de transferência de calor das paredes do reservatório exerce sobre a capacidade de armazenamento de exergia desse, sendo observado que o reservatório com paredes isotérmicas pode armazenar até 37% mais exergia do que o reservatório com paredes adiabáticas para um mesmo volume. Quanto ao sistema CAES com armazenamento de ar à pressão constante, observou-se uma maior eficiência de ida e volta e uma destruição de exergia consideravelmente menor em comparação com o sistema CAES com reservatório isocórico para uma mesma duração de ciclo de trabalho. Num dos cenários analisados considerou-se a integração de dois tipos diferentes de sistemas de armazenamento de energia térmica (Thermal Energy Storage ou TES) por calor sensível ao sistema CAES, avaliando o efeito da incorporação desses componentes sobre o consumo de combustível na câmara de combustão e sobre o desempenho termodinâmico do sistema global. Foi verificado que a integração de um sistema TES ao sistema CAES isobárico com armazenamento isotérmico pode reduzir em quase 12% o consumo total de combustível desse sistema, aumentando em quase 4% a sua eficiência de ida e volta.CAPESIn the search for alternatives to fossil fuels, renewable energy sources such as wind and solar are gaining increasing importance in the global energy matrix. A problem associated to the generation of energy from these resources is related to the natural intermittency of these sources. To mitigate this problem energy storage systems can be used combined with renewable sources. Among these, Compressed Air Energy Storage (CAES) systems stand out for their efficiency and technological maturity. The present study conducted a thermodynamic analysis, through Matlab software, of a work cycle of a CAES system adapted from a gas microturbine, considering different operating conditions for this system. Situations in which the compressed air storage reservoir operated at constant volume and constant pressure were considered, taking into account, in these cases, scenarios in which this reservoir would operate isothermally, adiabatically and exchanging heat by convection with the stored air, evaluating the performance of the CAES system operating in these different configurations. Results obtained through the simulations show the importance that the heat transfer condition of the reservoir walls has on the exergy storage capacity of the reservoir, being observed that the reservoir with isothermal walls can store up to 37% more exergy than the reservoir with adiabatic walls for a same volume. As for the CAES system with isobaric air storage, there was a greater round-trip efficiency and considerably less exergy destruction compared to the CAES system with isochoric reservoir for a same work cycle duration. In one of the analyzed scenarios, the integration of two different types of Thermal Energy Storage (TES) systems with sensible heat storage was considered, evaluating the effect of incorporating these components on the fuel consumption in the combustion chamber and on the thermodynamic performance of the global system. It was found that the incorporation of a TES system to the isobaric CAES system with isothermal storage can reduce by almost 12% the total fuel consumption of this system, increasing its round-trip efficiency in almost 4%.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em Engenharia MecanicaUFPEBrasilAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessEngenharia MecânicaEnergia renovávelSustentabilidadeSistemas de armazenamento de energia por ar comprimidoArmazenamento de energia térmicaAnálise termodinâmicaAnálise termodinâmica de um sistema de armazenamento de energia por ar comprimido de pequeno porte considerando diferentes modos de operação do sistemainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesismestradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPEORIGINALDISSERTAÇÃO Matheus Bezerra de Alencar Barros.pdfDISSERTAÇÃO Matheus Bezerra de Alencar Barros.pdfapplication/pdf3424851https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/39003/1/DISSERTA%c3%87%c3%83O%20Matheus%20Bezerra%20de%20Alencar%20Barros.pdf97384adcf9765739b6028f8ca183068aMD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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