Evaluación teórica de un sistema de almacenamiento térmico con bomba de calor basado en un ciclo Brayton de recompresión con enfriamiento parcial

Abstract

El almacenamiento de energía térmica por bombeo (PTES) constituye una alternativa complementaria a los sistemas tradicionales como el almacenamiento hidroeléctrico y el aire comprimido para aplicaciones a nivel de sistema eléctrico. Aunque se han estudiado configuraciones Brayton simples y con recompresión empleando CO2 en estado supercrítico, los ciclos con enfriamiento parcial y recompresión (PCRC) aún se encuentran poco explorados. Este estudio presenta una evaluación paramétrica tecnoeconómica y exegética de un sistema PTES basado en PCRC con CO2 puro en estado supercrítico. El análisis determina la influencia de las variables operativas sobre el desempeño evaluado mediante la eficiencia ida y vuelta y el costo nivelado de almacenamiento (LCOS). En el rango analizado, la eficiencia de ida y vuelta varía entre 44% y 56.7% mientras que el LCOS se encuentra entre 187.95 y 279.98 USD/MWh, evidenciando una relación entre ambos indicadores. La temperatura de entrada a la turbina es la única variable que favorece simultáneamente ambos parámetros. El análisis exegético señala que los recuperadores y el tren de compresión como principales fuentes de irreversibilidad. Frente a otras configuraciones, el PCRC presenta un desempeño más conservador, asociado a la incorporación de turbomaquinaria adicional. Estos resultados delimitan el comportamiento operativo del PCRC-PTES y respaldas la necesidad de una optimización multiobjetivo.