Ciclo de Brayton utilizando mezclas de s-CO2 como fluido de trabajo para almacenamiento de energía térmica bombeada: Exergia y análisis de costes
La gestión de la energía eléctrica representa un desafío importante que debe superarse, dado que la electricidad debe consumirse inmediatamente tras la producción. En este sentido, se propone una solución innovadora de almacenamiento de energía, que emplea una bomba de calor con un ciclo Brayton de...
Saved in:
| Hovedforfatter: | |
|---|---|
| Andre forfattere: | , , |
| Format: | article |
| Sprog: | eng |
| Udgivet: |
2025
|
| Fag: | |
| Online adgang: | https://repositorio.utn.edu.ec/handle/123456789/18696 https://duepublico2.uni-due.de/servlets/MCRFileNodeServlet/duepublico_derivate_00082776/188_Tafur-Escanta_et_al_Brayton_cycle.pdf |
| Tags: |
Tilføj Tag
Ingen Tags, Vær først til at tagge denne postø!
|
Tilføj Tag | _version_ | 1858335765341143040 |
|---|---|
| author | Tafur Escanta, Paul |
| author2 | Valencia Chapi, Robert Rodríguez Martín, Javier Muñoz Antón, Javier |
| author2_role | author author author |
| author_facet | Tafur Escanta, Paul Valencia Chapi, Robert Rodríguez Martín, Javier Muñoz Antón, Javier |
| author_role | author |
| collection | Repositorio Universidad Técnica del Norte |
| dc.contributor.none.fl_str_mv | https://orcid.org/0000-0002-0760-6350 https://orcid.org/0000-0003-1977-2118 https://orcid.org/0000-0003-1451-0856 https://orcid.org/0000-0002-1980-0863 |
| dc.coverage.none.fl_str_mv | Ibarra. Ecuador |
| dc.creator.none.fl_str_mv | Tafur Escanta, Paul Valencia Chapi, Robert Rodríguez Martín, Javier Muñoz Antón, Javier |
| dc.date.none.fl_str_mv | 2025-04-28 2026-01-26T21:50:18Z 2026-01-26T21:50:18Z 2026-01-26 |
| dc.identifier.none.fl_str_mv | https://repositorio.utn.edu.ec/handle/123456789/18696 https://duepublico2.uni-due.de/servlets/MCRFileNodeServlet/duepublico_derivate_00082776/188_Tafur-Escanta_et_al_Brayton_cycle.pdf |
| dc.language.none.fl_str_mv | eng |
| dc.rights.none.fl_str_mv | Atribución-NoComercial-CompartirIgual 3.0 Ecuador http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ec/ info:eu-repo/semantics/openAccess |
| dc.source.none.fl_str_mv | reponame:Repositorio Universidad Técnica del Norte instname:Universidad Técnica del Norte instacron:UTN |
| dc.subject.none.fl_str_mv | ELECTRICIDAD ENERGÍA TÉRMICA ELECTRICITY THERMAL ENERGY |
| dc.title.none.fl_str_mv | Ciclo de Brayton utilizando mezclas de s-CO2 como fluido de trabajo para almacenamiento de energía térmica bombeada: Exergia y análisis de costes Brayton cycle using s-co2 mixtures as working fluid for pumped thermal energy storage : Exergy and cost analysis |
| dc.type.none.fl_str_mv | info:eu-repo/semantics/publishedVersion info:eu-repo/semantics/article |
| description | La gestión de la energía eléctrica representa un desafío importante que debe superarse, dado que la electricidad debe consumirse inmediatamente tras la producción. En este sentido, se propone una solución innovadora de almacenamiento de energía, que emplea una bomba de calor con un ciclo Brayton de recompresión supercrítico (RBC) que emplea mezclas puras basadas en s-CO2 y CO2 para mejorar el rendimiento del sistema. Este análisis abarca un estudio tecnoeconómico, energético, entrópico y exérgico, teniendo en cuenta el coste nivelado de almacenamiento (LCOS). Este estudio se centra en el efecto de mezclas binarias basadas en s-CO2 puro sobre la eficiencia de ida y vuelta y el LCOS, considerando las irreversibilidades asociadas a cada componente del ciclo. La metodología empleada en el cálculo del rendimiento de la planta implica la optimización de los parámetros de trabajo de los componentes dentro del ciclo en curso. El presente estudio ha utilizado simulaciones basadas en código desarrollado en los lenguajes de programación MatLab y Python. Los hallazgos del presente estudio demuestran que la mezcla da lugar a un LCOS menor en comparación con el s-CO2 puro (151,11 $/MWh). El LCOS más bajo se observa en CO2/Xe, con un valor de 138,26 $/MWh. Además, se ha observado que mezclas como CO2/Kr y CO2/H2S presentan valores de LCOS de 142,13 $/MWh y 146,64 $/MWh, respectivamente. Además, se estima que la eficiencia de ida y vuelta del CO2 puro es de aproximadamente el 57,4%, superada por las mezclas de CO2/Kr y CO2/H2S, que alcanzan eficiencias de ida y vuelta del 59,7% y 58,3%, respectivamente. Sin embargo, al emplear una mezcla CO2/Xe dentro del ciclo, se obtiene una eficiencia de ida y vuelta análoga a la del s-CO2 puro. |
| eu_rights_str_mv | openAccess |
| format | article |
| id | UTN_e20e1ed03663936be8e57ae313b77310 |
| instacron_str | UTN |
| institution | UTN |
| instname_str | Universidad Técnica del Norte |
| language | eng |
| network_acronym_str | UTN |
| network_name_str | Repositorio Universidad Técnica del Norte |
| oai_identifier_str | oai:repositorio.utn.edu.ec:123456789/18696 |
| publishDate | 2025 |
| reponame_str | Repositorio Universidad Técnica del Norte |
| repository.mail.fl_str_mv | . |
| repository.name.fl_str_mv | Repositorio Universidad Técnica del Norte - Universidad Técnica del Norte |
| repository_id_str | 4189 |
| rights_invalid_str_mv | Atribución-NoComercial-CompartirIgual 3.0 Ecuador http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ec/ |
| spelling | Ciclo de Brayton utilizando mezclas de s-CO2 como fluido de trabajo para almacenamiento de energía térmica bombeada: Exergia y análisis de costesBrayton cycle using s-co2 mixtures as working fluid for pumped thermal energy storage : Exergy and cost analysisTafur Escanta, PaulValencia Chapi, RobertRodríguez Martín, JavierMuñoz Antón, JavierELECTRICIDADENERGÍA TÉRMICAELECTRICITYTHERMAL ENERGYLa gestión de la energía eléctrica representa un desafío importante que debe superarse, dado que la electricidad debe consumirse inmediatamente tras la producción. En este sentido, se propone una solución innovadora de almacenamiento de energía, que emplea una bomba de calor con un ciclo Brayton de recompresión supercrítico (RBC) que emplea mezclas puras basadas en s-CO2 y CO2 para mejorar el rendimiento del sistema. Este análisis abarca un estudio tecnoeconómico, energético, entrópico y exérgico, teniendo en cuenta el coste nivelado de almacenamiento (LCOS). Este estudio se centra en el efecto de mezclas binarias basadas en s-CO2 puro sobre la eficiencia de ida y vuelta y el LCOS, considerando las irreversibilidades asociadas a cada componente del ciclo. La metodología empleada en el cálculo del rendimiento de la planta implica la optimización de los parámetros de trabajo de los componentes dentro del ciclo en curso. El presente estudio ha utilizado simulaciones basadas en código desarrollado en los lenguajes de programación MatLab y Python. Los hallazgos del presente estudio demuestran que la mezcla da lugar a un LCOS menor en comparación con el s-CO2 puro (151,11 $/MWh). El LCOS más bajo se observa en CO2/Xe, con un valor de 138,26 $/MWh. Además, se ha observado que mezclas como CO2/Kr y CO2/H2S presentan valores de LCOS de 142,13 $/MWh y 146,64 $/MWh, respectivamente. Además, se estima que la eficiencia de ida y vuelta del CO2 puro es de aproximadamente el 57,4%, superada por las mezclas de CO2/Kr y CO2/H2S, que alcanzan eficiencias de ida y vuelta del 59,7% y 58,3%, respectivamente. Sin embargo, al emplear una mezcla CO2/Xe dentro del ciclo, se obtiene una eficiencia de ida y vuelta análoga a la del s-CO2 puro.N/AThe management of electrical energy represents asignificant challenge that must be overcome, given thatelectricity must be consumed immediately upon production. Inthis regard, an innovative energy storage solution is proposed,employing a heat pump with a supercritical RecompressionBrayton cycle (RBC) utilizing pure s-CO2 and CO2–basedmixtures to enhance the system's performance. This analysisencompasses a techno-economic, energetic, entropic andexergetic study, with consideration given to the levelized cost ofstorage (LCOS). This study is concerned with the effect of binarymixtures based on pure s-CO2 on the round-trip efficiency andLCOS, considering the irreversibilities associated with eachcomponent of the cycle. The methodology employed in thecalculation of the plant performance entails the optimization ofthe parameters of work of the components within the cycle understudy. The present study has utilised simulations which havebeen based on code developed in the programming languagesMatLab and Python. The findings of the present studydemonstrate that the mixture gives rise to a lower LCOS incomparison to pure s-CO2 (151.11 $/MWh). The lowest LCOSis observed in CO2/Xe, with a value of 138.26 $/MWh.Furthermore, mixtures such as CO2/Kr and CO2/H2S have beenobserved to exhibit LCOS values of 142.13 $/MWh and 146.64$/MWh, respectively. In addition, the round-trip efficiency ofpure s-CO2 is estimated to be approximately 57.4%, which isoutperformed by CO2/Kr and CO2/H2S mixtures, which achieveround-trip efficiencies of 59.7% and 58.3%, respectively.However, when employing a CO2/Xe mixture within the cycle, around-trip efficiency analogous to that of pure s-CO2 is realised.https://orcid.org/0000-0002-0760-6350https://orcid.org/0000-0003-1977-2118https://orcid.org/0000-0003-1451-0856https://orcid.org/0000-0002-1980-08632026-01-26T21:50:18Z2026-01-26T21:50:18Z2025-04-282026-01-26info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/articlehttps://repositorio.utn.edu.ec/handle/123456789/18696https://duepublico2.uni-due.de/servlets/MCRFileNodeServlet/duepublico_derivate_00082776/188_Tafur-Escanta_et_al_Brayton_cycle.pdfengIbarra. EcuadorAtribución-NoComercial-CompartirIgual 3.0 Ecuadorhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ec/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositorio Universidad Técnica del Norteinstname:Universidad Técnica del Norteinstacron:UTN2026-01-26T21:50:18Zoai:repositorio.utn.edu.ec:123456789/18696Institucionalhttp://repositorio.utn.edu.ec/Universidad públicahttps://www.utn.edu.ec/http://repositorio.utn.edu.ec/oai.Ecuador...opendoar:41892026-01-26T21:50:18Repositorio Universidad Técnica del Norte - Universidad Técnica del Nortefalse |
| spellingShingle | Ciclo de Brayton utilizando mezclas de s-CO2 como fluido de trabajo para almacenamiento de energía térmica bombeada: Exergia y análisis de costes Tafur Escanta, Paul ELECTRICIDAD ENERGÍA TÉRMICA ELECTRICITY THERMAL ENERGY |
| status_str | publishedVersion |
| title | Ciclo de Brayton utilizando mezclas de s-CO2 como fluido de trabajo para almacenamiento de energía térmica bombeada: Exergia y análisis de costes |
| title_full | Ciclo de Brayton utilizando mezclas de s-CO2 como fluido de trabajo para almacenamiento de energía térmica bombeada: Exergia y análisis de costes |
| title_fullStr | Ciclo de Brayton utilizando mezclas de s-CO2 como fluido de trabajo para almacenamiento de energía térmica bombeada: Exergia y análisis de costes |
| title_full_unstemmed | Ciclo de Brayton utilizando mezclas de s-CO2 como fluido de trabajo para almacenamiento de energía térmica bombeada: Exergia y análisis de costes |
| title_short | Ciclo de Brayton utilizando mezclas de s-CO2 como fluido de trabajo para almacenamiento de energía térmica bombeada: Exergia y análisis de costes |
| title_sort | Ciclo de Brayton utilizando mezclas de s-CO2 como fluido de trabajo para almacenamiento de energía térmica bombeada: Exergia y análisis de costes |
| topic | ELECTRICIDAD ENERGÍA TÉRMICA ELECTRICITY THERMAL ENERGY |
| url | https://repositorio.utn.edu.ec/handle/123456789/18696 https://duepublico2.uni-due.de/servlets/MCRFileNodeServlet/duepublico_derivate_00082776/188_Tafur-Escanta_et_al_Brayton_cycle.pdf |