Energía geotérmica

La energía geotérmica para generar electricidad

La energía geotérmica para generar electricidad

Una de las aplicaciones de la energía geotérmica es la generación de electricidad. Una planta de energía geotérmica es como cualquier otra planta de energía, excepto que el vapor no se produce al quemar combustibles fósiles u otros combustibles, sino que se bombea desde el suelo. El tratamiento de vapor adicional es el mismo que el de una planta de energía convencional: el vapor se alimenta a una turbina de vapor, que acciona el rotor de un generador eléctrico. Después de que la turbina de vapor entra al condensador, se condensa para devolver el agua así obtenida a la fuente geotérmica. El término energía geotérmica es la energía que puede recuperarse del interior de la Tierra y utilizarse para energía u otros fines.

La energía geotérmica se considera una fuente de energía renovable y sostenible, al igual que la energía solar o la energía eólica, porque la extracción de calor es baja en comparación con el contenido de calor de la Tierra. Las emisiones de gases de efecto invernadero de las plantas de energía geotérmica promedian 45 gramos de dióxido de carbono por kilovatio-hora de electricidad, o menos del 5% de la cantidad de plantas de energía de carbón convencionales.

Conversión de la energía geotérmica en electricidad

Una de las aplicaciones más utilizadas de la energía geotérmica es la generación de electricidad. La elección de la tecnología para la producción de electricidad depende del tipo de depósito geotérmico.

La energía geotérmica utiliza vapor para impulsar la turbina de vapor. Se puede obtener vapor (húmedo o seco) directamente del reservorio, y también se puede producir artificialmente en rocas calientes y secas, los llamados sistemas geotérmicos avanzados.

En lechos con temperaturas de fluido más bajas, el vapor para impulsar las turbinas se obtiene indirectamente calentando el fluido de trabajo con un punto de ebullición más bajo que el punto de ebullición del agua. El ciclo orgánico de Rankin es diferente, y se llama Proceso de Kalina. La diferencia está en la composición del fluido de trabajo, el ciclo orgánico de Rankin usa ingredientes orgánicos como tolueno, pentano, propano y otros hidrocarburos, mientras que en el ciclo de Kalina se usa una mezcla de amoníaco y agua. El ciclo de Kalina no es un enfoque preferido precisamente por el uso de amoníaco.

En cualquier caso, las plantas de energía geotérmica se pueden dividir en tres tipos básicos: plantas de vapor seco, plantas de evaporación (simple y doble) y plantas binarias.

Plantas de energía geotérmica de vapor seco

Las plantas de vapor seco son el primer tipo de plantas de energía geotérmica que alcanzan el estado comercial.

El vapor puede alimentarse directamente a la turbina desde el pozo de producción y descargarse a la atmósfera después de la expansión. Generalmente vapor de agua recalentado es generado, y contiene sólo pequeñas cantidades de otros gases. Tal ciclo de condensación directa es la opción más simple y barata para producir electricidad a partir de esta fuente de energía renovable. Se usan en casos donde el vapor contiene una gran proporción de gases sin condensación.

En las plantas de condensación, el vapor se condensa a la salida de la turbina y se enfría en torres de enfriamiento convencionales. El condensado resultante puede usarse en el sistema de enfriamiento de la central eléctrica y presionarse nuevamente dentro de la bandeja. De esta manera, se restaura el rodamiento y se mantiene la presión requerida.

Plantas de energía geotérmica evaporativa

En los lechos dominantes del agua, se aplica la tecnología de las plantas de energía geotérmica evaporativa. La energía en este caso es agua a presión. Dado que la presión en el pozo es generalmente más baja que la presión en el pozo, el agua bajo presión en el pozo fluye hacia la superficie. Como resultado de la caída de presión, una cierta porción del líquido se evapora y el pozo produce agua caliente y vapor al mismo tiempo, siendo el agua la fase dominante.

La planta de evaporación doble es una mejora con respecto a la planta de evaporación única, ya que proporciona un 15 - 25% más de producción, para las mismas condiciones de fluido geotérmico. La planta es más compleja, más cara y más exigente en términos de mantenimiento, pero la mayor potencia de salida generalmente justifica la instalación de tales plantas.

Centrales geotérmicas de ciclo binario

Las centrales geotérmicas de ciclo binario, desde el punto de vista de la termodinámica, las más cercanas a las centrales térmicas que utilizan combustibles fósiles o centrales nucleares, en el que el fluido de trabajo está tomando un ciclo real cerrado. El fluido de trabajo, seleccionado por sus propiedades termodinámicas favorables, recibe calor del fluido geotérmico. Gracias a las leyes de la termodinámica este fluido se evapora, se expande en la turbina, se condensa y regresa al evaporador por medio de una bomba de alimentación.

Las plantas binarias permiten la conversión del calor geotérmico en electricidad de depósitos de agua caliente a baja temperatura (los llamados depósitos de agua dominantes) con temperaturas superiores a 85 ° C. Además, esta tecnología es adecuada para la explotación de fuentes de energía renovable de temperatura media con vapor húmedo con una alta relación agua / vapor a temperaturas demasiado bajas para la aplicación práctica del sistema de evaporación. Las plantas binarias convierten el calor de fuentes de temperatura media en electricidad de manera más eficiente que otras tecnologías.

La utilización de plantas binarias se ha mejorado con la introducción de la tecnología Kalina. Una mezcla de agua y amoníaco se evapora dentro de un rango de temperatura finita, produciendo vapor de dos componentes (por ejemplo, 70% de amoníaco y 30% de agua), a diferencia del ciclo orgánico de Rankin basado en fluidos puros que se evaporan a una temperatura de evaporación dada.

Comparación de plantas de energía geotérmica con plantas de energía convencionales

Ya sea que la energía geotérmica se utilice para generar electricidad o directamente, las características de los depósitos geotérmicos determinan la tecnología que se explotará. El fluido geotérmico a menudo contiene grandes cantidades de gases como el sulfuro de hidrógeno y varias soluciones químicas que pueden ser muy tóxicas. Por lo tanto, pueden ocurrir problemas de corrosión, erosión y deposición de compuestos químicos, lo que resulta en la falla de tuberías y turbinas, e incluso una disminución en la eficiencia de la planta. Estos problemas se evitan mediante una combinación del uso de materiales resistentes a la corrosión, control de temperatura de fluidos, purificación de vapor y el uso de agentes anticorrosivos.

 

Especificidad de las centrales geotérmicas:

 

  • En las plantas geotérmicas no hay combustión de combustibles fósiles, lo que reduce los costos, pero también minimiza la contaminación ambiental;
  • La baja temperatura y la presión de vapor dan como resultado una baja eficiencia termodinámica de la planta (típicamente ~ 15%) en comparación con las plantas de energía de combustibles fósiles (35-38%);
  • Un proceso de puesta en marcha largo y complejo hace que las plantas de energía geotérmica sean más adecuadas para cubrir la carga base que para cubrir la carga máxima;
  • las plantas de energía geotérmica deben ubicarse lo más cerca posible de la producción para evitar pérdidas de transporte;
  • Una planta de energía geotérmica de 100 MW consume alrededor de 80 toneladas / hora de vapor. Este flujo generalmente se logra mediante múltiples pozos de producción que bombean el mismo rodamiento;
  • El vapor tiene una buena cantidad de minerales, que causan erosión y corrosión de los elementos de la turbina. Esto requiere un mantenimiento continuo y significativo;
  • El costo inicial de una planta de energía geotérmica es mayor ya que, además de la planta de energía, es necesario construir un pozo, que en realidad es el mayor costo. Sin embargo, con el tiempo, los costos disminuyen a medida que la disponibilidad de recursos es estable y predecible. Además, una planta de energía geotérmica no depende de los movimientos del mercado en los precios de la energía.
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Última revisión: 26 de agosto de 2019