A thermodynamic model for a steady state pumped heat energy storage in liquid media is presented: it comprises a coupled Brayton-like heat pump and heat engine cycles connected to a cryogenic liquid and a hot molten salt by counter-flow heat exchangers. The model considers non-isothermal heat transfers between the working fluid and the liquid media and explicitly includes a set of parameters accounting for the main internal and external losses, heat leak, and pinch point effects for both the heat pump (charge) and heat engine (discharge) modes. Specific expressions for the main magnitudes in the charge (as the input power and coefficient of performance) and discharge (as power output and efficiency) modes and the global round trip efficiency have been analytically derived in terms of isentropic efficiencies of the compressor and turbine, pressure losses in the heat exchange processes, effectivenesses of the external counter-flow heat exchangers, and coupling between the working fluid and the storage and cryogenic liquid media. Round trip efficiencies around of 35 − 40% have been obtained, internal losses being those with main negative influence on the calculated values. The strong constraints imposed by the pinch point effects and liquid media have been analyzed. The model provides a thermodynamic assessment of the main involved processes and their interplay for a selected arrangement (molten salts, cryogenic fluid, and the charge and discharge power blocks) in order to check parametric strategies for thermodynamic optimization and design. These strategies are based on a reduced set of parameters of the overall installation and without the high computational costs of dynamical models.
Las redes de calefacción urbana (District Heating, DH) combinadas con el uso de energías renovables (como la biomasa de residuos agrícolas) se han consolidado como una importante herramienta para la eficiencia energética y la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero en los Estados Unidos y los países del norte y centro de Europa. El objetivo de las redes para la distribución térmica es ofrecer un servicio de aire acondicionado (frío y / o calor) y producción de agua caliente sanitaria a los ocupantes de los diferentes edificios de un área conectada a una red de cañerías, generalmente subterráneas; garantizando una mejor eficiencia energética y calidad de servicio con respecto a lo que se obtendría con instalaciones individuales. Si al uso de un desecho energético para producir calor, se agrega la posibilidad de emplazar plantas de cogeneración (con producción de calor, frío y energía eléctrica), el negocio de la climatización urbana centralizada se vuelve aún más próspero. En el presente reporte, luego de una larga revisión del estado del arte de las redes de distribución térmica con biomasa, las implicaciones técnicas de los equipos de una central térmica y la actividad agrícola de Uruguay, se propuso una solución práctica para ser replicada en todas las pequeñas comunidades del país. Para esta solución, se utilizan tres residuos de cultivos particulares: residuos de soja, uva y oliva.
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