Equipe chinesa otimiza estratégia de injeção de ar comprimido para armazenamento de energia e eleva taxa de armazenamento para 87,5%

De acordo com pt.wedoany.com-Em 28 de setembro, uma equipe de pesquisa da Universidade de Tecnologia de Hunan realizou um estudo sobre o processo de injeção de ar em um sistema de armazenamento de energia por ar comprimido em cavernas subterrâneas. Por meio do estabelecimento de um modelo numérico acoplado poço-caverna de armazenamento de gás, a equipe simulou as variações de temperatura, pressão e perda de calor sob diferentes vazões de injeção, diâmetros de poço e condutividades térmicas das rochas circundantes. Os resultados mostraram que, sob as mesmas condições de massa total de injeção e tempo de injeção de 8 horas, a adoção de uma estratégia de injeção com aumento linear permitiu elevar a taxa de armazenamento de energia da caverna de 85,5%, obtida com injeção de vazão constante, para 87,5%. Os resultados relacionados foram publicados na revista Case Studies in Thermal Engineering.

O modelo de pesquisa considera simultaneamente o transporte de ar no poço, as propriedades termofísicas reais do ar, a turbulência, a transferência de calor acoplada gás-sólido e o processo de condução térmica nas rochas circundantes, e foi validado com dados operacionais da usina de armazenamento de energia por ar comprimido de Huntorf, na Alemanha. O modelo simplificou a caverna de armazenamento de gás de Huntorf como um cilindro de 20 metros de raio e 112,2 metros de altura. Em comparação com os dados medidos, os resultados da simulação apresentaram desvio máximo de temperatura de 2,66 K e desvio máximo de pressão de 0,30 MPa.

Nas simulações paramétricas subsequentes, a equipe de pesquisa configurou uma caverna esférica de armazenamento de gás com raio de 40 metros e volume de 268 mil metros cúbicos, conectada a um poço de 30 metros de comprimento. Foram comparados quatro modos de injeção: vazão aumentando linearmente de 10 kg/s para 150 kg/s; injeção em estágios, com 110 kg/s nas primeiras 5 horas e 30 kg/s nas 3 horas seguintes; injeção com aumento gradual de vazão e pausas; e injeção com vazão constante de 80 kg/s. Os quatro modos injetaram a mesma massa total de ar em 8 horas.

Os resultados da simulação mostraram que, em comparação com o modo de vazão constante, a injeção com aumento linear elevou a temperatura média do ar na caverna em cerca de 1 K e a pressão média em 0,13 MPa, aumentou o trabalho útil obtido pelo ar comprimido em cerca de 12,7% e, ao mesmo tempo, aumentou em cerca de 11% o calor transferido da parede da caverna para as rochas circundantes. Sob essas condições, a taxa final de armazenamento de energia aumentou 2 pontos percentuais. A pesquisa também testou quatro diâmetros de poço: 0,5 m, 1 m, 1,5 m e 2 m. Quando o diâmetro do poço aumentou de 0,5 m para 2 m, a perda de calor na parede do poço caiu de 8,5×10^8 J para 2,5×10^8 J, e a temperatura média do ar que entra na caverna aumentou cerca de 1 K.

As propriedades termofísicas das rochas circundantes também foram incluídas no escopo da simulação. A equipe utilizou, respectivamente, condutividades térmicas de basalto de 2,17 W/(m·K), granito de 2,90 W/(m·K) e quartzito de 5,53 W/(m·K) nos cálculos. Quando a rocha circundante passou de basalto para quartzito, a perda por condução térmica aumentou cerca de 7%. A pesquisa também descobriu que, se a parede da caverna fosse simplificada como condição adiabática, ao final da injeção a temperatura média e a pressão seriam superestimadas em 1,7 K e 0,05 MPa, respectivamente; ao final da descarga, os valores superestimados correspondentes aumentariam para 2,2 K e 0,06 MPa.

Este estudo abordou o desempenho de armazenamento de energia durante a fase de injeção em cavernas subterrâneas de armazenamento de gás. Os resultados da pesquisa são provenientes de simulação numérica e não incluíram a eficiência de equipamentos de superfície, como compressores e expansores, nos indicadores de taxa de armazenamento de energia de 85,5% e 87,5% acima mencionados. A equipe de pesquisa concentrou-se, nesta ocasião, na comparação de três grupos de parâmetros: modo de injeção, dimensão do poço e condutividade térmica das rochas circundantes, e validou os resultados de cálculo de temperatura e pressão do modelo com dados operacionais reais de Huntorf.