Pregunta:
¿Es económicamente viable el almacenamiento de energía con aire comprimido en el hogar?
jhabbott
2015-01-24 23:53:01 UTC
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Si instalo un pequeño compresor de aire / motor, generador y tanque en mi garaje, y lo cargo por la noche cuando la electricidad cuesta $ \ frac {5.4p} {kWh} $ y lo uso durante el día para alimentar mi casa cuando la electricidad cuesta $ \ frac {12.5p} {kWh} $ ¿esto podría ahorrar dinero en la factura de electricidad o no?

El tanque, el motor y el generador deben tener el tamaño suficiente para cargarse durante 7 horas entre las 01:00 y las 08:00 y liberar la energía durante las otras 17 horas del día. Supongo que independientemente de cuándo durante el día se libera realmente la energía, la uso yo o vuelve a la red y hace funcionar el medidor al revés para compensar mi uso diario.

No se puede superar la segunda ley de la termodinámica. Incluso si almacena energía en las horas del día en que la energía es más barata, siempre termina gastando más energía de la que obtiene. Teniendo en cuenta las pérdidas de energía a lo largo del camino, me sorprendería mucho que se equilibrara en costos, y mucho menos en ganancias.
@Paul, por supuesto, no obtendrá tanta energía como la que invirtió, pero esta pregunta trata sobre cómo determinar si esas pérdidas son económicamente viables, dados los diferentes precios en diferentes momentos del día.
Cinco respuestas:
#1
+5
Dave Tweed
2015-01-25 01:42:39 UTC
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No es completamente inviable. Solo para obtener una ROM (orden de magnitud aproximada), supongamos que un hogar típico que no usa electricidad para calefacción usa aproximadamente 1 kW en promedio y que le gustaría poder almacenar la energía de medio día, o 12 kWh, que es aproximadamente 45 MJ.

Los compresores de aire comerciales pueden alcanzar fácilmente 15 bar más o menos (más de 200 PSI). La energía en un tanque de aire comprimido es igual a la presión multiplicada por el volumen, por lo que almacenar 45 MJ a 15 bar requeriría

$$ \ frac {45 \ \ text {MJ}} {15 \ \ text {bar}} \ cdot \ frac {1 \ \ text {bar}} {10 ^ 5 \ \ text {Pa}} = 30 \ \ text {m} ^ 3 $$

. .. o alrededor de 8000 galones. ¿Puedes conseguir o construir un tanque de ese tamaño que pueda mantener la presión?

La clave real es qué tipo de eficiencia termodinámica puedes lograr mientras haces la conversión de electricidad a presión y viceversa. Cuando comprime el aire, se calienta y parte de ese calor se pierde en el medio ambiente. Sin embargo, puede recuperar algo de ese calor si hace pasar el gas en expansión a través de un intercambiador de calor adecuado (y obtiene algo de aire acondicionado "gratis" en el proceso).

Si estuviera usando un gas inerte, probablemente podría alcanzar presiones más altas que le permitirían reducir el tamaño del tanque de alta presión. Por supuesto, necesitaría un tanque aún más grande (aunque podría ser de construcción económica) para almacenar todo el gas cuando está a presión atmosférica.
@Ethan48: ¿Un globo, quizás? Pero mantuve la presión del tanque a un nivel que se usa comúnmente en el mercado para poder usar equipos convencionales. Ir significativamente más alto requeriría equipo mucho más especializado (caro).
Sí, estaba pensando en la línea de un acumulador hidráulico que (al menos algunos tipos) comprime gas inerte a una presión muy alta usando una vejiga. Ciertamente, un costo inicial muy alto, solo podría reducir un poco el espacio.
@Ethan48: Recuerde, necesitamos poder hacer la compresión y expansión a una tasa correspondiente a un kilovatio de electricidad (unos pocos hp), incluso más si tenemos que dimensionarlo para cargas máximas. Esa es una unidad de varios cilindros bastante grande.
Como señaló, cualquier solución a este problema será bastante grande.
#2
+2
HDE 226868
2015-01-25 01:28:29 UTC
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Voy a hacer algunos cálculos ingenuos.

Entonces, mientras cargas tu configuración por la noche, obtienes $ x $ kilovatios-hora por hora. Multiplique esto por 7 horas y obtendrá $ 7x $ kilovatios-hora. A un costo de $ \ frac {5.4 \ text {p}} {\ text {kWh}} $, pagó $ 37.8x \ text {p} $.

Digamos que cuando la electricidad está encendido, usa $ y $ kilovatios-hora por hora. Multiplique esto por 17 y habrá usado $ 17 y $ kilovatios-hora. A un costo de $ \ frac {12.5 \ text {p}} {\ text {kWh}} $, pagó $ 212.5y \ text {p} $ si consumiera energía durante el día .

Para que su configuración ahorre dinero, $$ 37.8x<212.5y \ to x<5.62y $$

Al mismo tiempo, debe consumir la mayor cantidad de energía durante la noche según lo necesite durante el día: $$ 7x \ ge 17y \ a x \ ge 2.43y $$ así que ahora obtenemos nuestra ecuación final (ligeramente simplificada por conveniencia) de la razón $ \ frac {x} {y} $: $$ 2.43 \ le \ frac {x} {y} < 5.62 $$ Y esa es su ingenua ecuación de uso de energía. No puede absorber muy poco o no tendrá suficiente energía para hacer funcionar su casa durante el día. No puede recibir demasiado o pagará demasiado (a menos que algunos pasen por su medidor, en cuyo caso no hay límite superior). Tampoco tiene en cuenta el hecho de que se perderá algo de energía durante el almacenamiento, en cuyo caso es posible que el límite inferior deba ser más alto.

Luego, debe calcular cuánto dinero ahorra : $$ \ text {Energía ahorrada} = 212.5y-37.8x $$ y cuántos ciclos se necesitarán para pagar el costo del sistema: $$ \ text {Número de ciclos de 24 horas} = \ frac {\ text {Costo del sistema}} {\ text {Energía ahorrada}} = \ frac {\ text {Costo del sistema}} {212.5y-37.8x} $$ Nuevamente, esto no toma en cuenta la pérdida de energía, o ejecutar el medidor al revés.


Ese es el aspecto teórico. No es muy útil, porque no tiene en cuenta algunos factores y es general. La Universidad de Dayton tiene un análisis mucho más completo aquí. Hay algunos problemas menores con el análisis, a saber, que no cubre el dinero ahorrado en su escenario y que no cubre escenarios específicos a pequeña escala, como presumiblemente es el suyo (también es un poco aburrido a menos que sepa exactamente lo que está buscando o es un fanático del aire comprimido).

Sin embargo, hay un diagrama interesante en la página 3 del documento, que habla de la eficiencia. Una inspección rápida encuentra que de todos los métodos de almacenamiento de energía discutidos, el almacenamiento de aire comprimido fue el segundo más bajo en eficiencia (superado solo por las celdas de combustible, con un 59%). Las tecnologías de aire comprimido tienen una eficiencia del 70% (¡ay!), Lo que significa que es necesario elevar los límites inferiores de la ecuación. En términos de eficiencia, no es la mejor opción.

Hay algunos puntos a su favor: bajo costo de mantenimiento, amigable con el medio ambiente y una vida útil extremadamente larga (¡30 años!) . Por lo tanto, está en las tecnologías que deben considerarse, como debería. Pero en su escenario, es posible que no le ahorre tanto dinero como, por ejemplo, las baterías recargables. Puede optar por hacerlo funcionar un poco más durante cada ciclo o utilizar un poco menos de electricidad. Pero tal como está, solo va a ahorrar una pequeña cantidad. Aunque, seamos sinceros: en una época en la que el consumo de energía es uno de los mayores problemas, y lo más barato y lo más respetuoso con el medio ambiente es mejor, todo cuenta. Lo más probable es que el sistema no le haga daño.

Consulte aquí para obtener información interesante sobre sistemas de aire comprimido a gran escala.

Solo para señalar lo obvio: "kilovatios-hora por hora" son simplemente kilovatios. :-)
@DaveTweed Lo sé, odio olvidarme de las unidades más adelante. :-)
#3
+2
ericksonla
2017-02-25 22:33:37 UTC
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Las respuestas existentes hacen un buen trabajo al explicar el tamaño y la economía, pero sorprendentemente para un sitio de ingeniería, omita el equipo. Y ahí es donde esto se vuelve totalmente inviable.

LightSail es posiblemente lo más cercano a hacer que el almacenamiento de energía por aire comprimido (CAES) sea económicamente viable a cualquier escala. Según el director ejecutivo de LightSail, el problema es la eficiencia.

La eficiencia de los compresores / expansores puede ser difícil de precisar, así que primero observemos el motor / generadores. Los estándares NEMA para motores son que los grandes deben tener una eficiencia media del 90 por ciento. Así que supongamos que Lightsail está utilizando un motor / generador con una eficiencia del 94%. Si está utilizando el compresor más grande de la tienda para el hogar local, está buscando como máximo 2 hp. NEMA sugiere que buscará una eficiencia del 78% en ese motor. Así que con solo hacer funcionar el motor para generar el aire comprimido y hacerlo funcionar en reversa para que salga la electricidad, ya ha perdido $ 1-.78 ^ 2 = 0.39 $ de su energía.

Ahora, por el compresor / expansor. Estos números no están regulados y, por lo general, son secretos comerciales (aunque a veces se pueden recuperar de las hojas de datos). Sin embargo, este sitio web sugiere que un pequeño compresor alternativo de baja velocidad también podría ser 80% eficiente (mi experiencia es que eso es demasiado alto para un producto como el que vinculé anteriormente, pero no puedo encontrar ninguna fuente para citar). Ahora supongamos que puede usar ese mismo dispositivo como expansor con la misma eficiencia (muy poco probable). Eso es otra pérdida de $ 1-0.8 ^ 2 = 0.34 $. Entonces, en total, estamos viendo $ .78 ^ 2-0.8 ^ 2 = 0.39 $ eficiencia del proceso.

En cuanto a la economía, si la electricidad le cuesta 5.4 p / kWh y puede almacenar con una eficiencia del 39%, el precio recuperado es $ 5.4 / 0.39 = 13.9 $ p / kWh. ¡Malas noticias! Eso es más caro que su precio diurno, así que no, lamentablemente no puede hacerlo de manera rentable en casa.

También podemos analizar esto de forma heurística. Si Lightsail, y nadie más, puede hacerlo económicamente a gran escala con $ 37 millones de dólares de investigación, es casi imposible que pueda hacerlo a pequeña escala con equipos más pequeños disponibles en el mercado.

#4
-1
eugen
2017-03-01 18:53:58 UTC
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Si está buscando una escala de tamaño de casa, algunos paneles ayudarían: PV para compresión & o termal para aumentar el intercambio de calor para la descompresión, también podría hacer un puffer (tanque de agua) con 2 bobinas, 1 en la parte inferior & 1 en la parte superior, tirar el de abajo pasará & enfriar el aire comprimido y al revés en la bobina superior para que pueda recuperar algo de la energía térmica. Dependiendo de dónde compre los materiales o de dónde recoja (basura) más su trabajo, usted tal vez se acerque a una sostenibilidad. Con todas las ventajas ecológicas y la larga vida útil (20-30 años), creo que supera el precio de almacenamiento de las baterías al menos (5-8 años)

La pregunta original es sobre la rentabilidad de usar electricidad de la red eléctrica cuando la tasa de uso es más barata para almacenar aire comprimido para uso energético posterior. Si bien hace buenos comentarios sobre la utilidad de las fuentes de energía renovable, en realidad no ha respondido a la pregunta
#5
-2
Tenacioustuck
2017-02-25 08:33:59 UTC
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Si puede llegar a 3000 psi, podría almacenar mucha más energía en un espacio más pequeño. ¿Y si tuviera varios compresores de alta presión que funcionan con energía solar y una flota de tanques de alta presión? Si uno tuviera los números correctos, básicamente podrían tener una casa con aire, ¿no?

Esto es más un comentario que una respuesta.
¿Qué beneficio obtendría de una casa de aire? Cada vez que convierte energía de una forma a otra (como comprimir el aire o hacer un trabajo útil con el aire comprimido) tiene pérdidas de energía. Tener una casa como esa tendría muchas pérdidas de transmisión desde la energía solar, a la electricidad (para hacer funcionar el compresor), a la presión, a cualquier forma en la que realmente necesite la energía. Realmente no hay una buena razón para hacer eso cuando la mayoría de los las cosas que enciendes funcionan con electricidad.


Esta pregunta y respuesta fue traducida automáticamente del idioma inglés.El contenido original está disponible en stackexchange, a quien agradecemos la licencia cc by-sa 3.0 bajo la que se distribuye.
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