DISEÑO Y OPTIMIZACIÓN DE UNA CENTRAL GEOTÉRMICA DE EXPANSIÓN FLASH

Abstract

Actualmente existe un alto incremento de la demanda energética, con una escasez de los recursos convencionales para suplir esas necesidades. Por ello, el estudio y aprovechamiento de las energías que nos da la Tierra es tan interesante. Entre ellos, se encuentra la energía geotérmica, un recurso con una amplia variedad de aplicaciones y de opciones debido a los diferentes estados y condiciones en los que se puede aprovechar.

Se estudiarán distintos escenarios posibles en la configuración de una planta geotérmica para la obtención de energía en El Salvador para un recurso de media entalpía. En primer lugar, se estudiará el rendimiento de la configuración de una planta flash simple, con una única expansión, y doble, aprovechando la energía del líquido saturado que se obtiene de la primera expansión. Se optimizarán las presiones a las que se realiza cada una de las expansiones para maximizar el trabajo producido. Para la configuración flash simple se obtiene el valor óptimo con una presión de expansión de 3 bar, consiguiendo así un trabajo neto de 14.158,45 kW y un rendimiento de 14,05 %. La optimización del ciclo flash doble presenta una mayor complejidad al tener que valorar la presión de ambas expansiones para obtener aquella combinación que genera el mayor trabajo en la central. Se obtiene con una presión de 7,01 bar en la primera expansión y de 1,21 bar en la segunda expansión. El trabajo neto generado en las condiciones óptimas conseguidas es de 18.425,06 kW y el rendimiento obtenido es de 15,05 %. El aumento del rendimiento sería superior, al obtener mayor generación de trabajo, pero al realizar dos expansiones el fluido geotérmico en forma de líquido saturado que se reinyecta al terreno, mezclado previamente con el condensado, estará a menor temperatura, lo que supone un mayor consumo del calor cedido por el recurso.

A continuación, se estudiará la configuración del ciclo binario. El fluido geotérmico se expandirá y el líquido saturado cederá calor a un ciclo orgánico de Rankine (ORC). Para llevar a cabo la configuración del ciclo binario se partirá de la configuración flash doble optimizada realizando algunas modificaciones. El fluido orgánico se seleccionará en función de la temperatura de la corriente del líquido saturado y sus propiedades termodinámicas. Se obtiene un rendimiento de 16,64 % para el ciclo binario simple. Para aumentar el aprovechamiento energético y, con ello, el rendimiento, se añade un regenerador al ciclo para que la corriente de salida de la turbina del ciclo ORC precaliente la entrada del fluido orgánico antes de la caldera de recuperación de calor. El resultado será la posibilidad de incrementar el caudal de fluido orgánico, con un incremento el rendimiento un 0,24% y un incremento de la potencia generada del 1,4%, ambos respecto al ciclo binario simple. El rendimiento obtenido con el ciclo binario regenerativo será el mayor de todo el estudio, con un valor de 16,88%.