Contenido Índice de figuras ............................................................................................................. ........................................................................................................................ ........... 2 Sistemas geotérmicos de alta entalpía. .................................................................................... .................................................................................... 3 1.
Introducción .............................................................. ...................................................................................................................... ........................................................ 3
2.
Tecnologías de aprovechamiento con sistemas geotérmicos de alta entalpía................. 3 2.1
Centrales de vapor seco. Introducción........................................................... ..................................................................... ........... 4
2.2
Centrales de vapor seco. Funcionamiento ................................................................ 4
2.3
Centrales de vapor seco. Optimización .......................................................... ..................................................................... ........... 5
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Índice de figuras Figura 1 Esquema de un yacimiento geotérmico de alta entalpía. Fuente: http://www.ambiente-ecologico.com .......................................................................................... 3 Figura 2 Esquema de central de vapor seco.................................................................................. 4 Figura 3 Relación del caudal másico de vapor y la presión de cabeza del pozo, teniendo en cuenta el efecto de la válvula de estrangulación .......................................................................... 6 Figura 4 Potencia específica y presión óptima de cabeza de pozo ............................................... 7
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Sistemas geotérmicos de alta entalpía. 1. Introducción Los sistemas geotérmicos de alta entalpía es cuando la energía geotérmica fluye a temperaturas superiores a los 150 ºC, y se destina a la producción de energía eléctrica. Los yacimientos geotérmicos de alta entalpía, se encuentran en zonas geográficas con extraordinario gradiente geotérmico de 30ºC/100 m o mayores. Estas zonas suelen coincidir con la existencia de fenómenos geológicos notables, tales como zonas sísmicas, zonas de actividad volcánica reciente, zonas de formación de cordilleras recientes y sobre todo zonas volcánicas en los bordes de las placas litosféricas. Estos yacimientos se suelen encontrar entre los 1.500 y 3.000 m de profundidad.
Figura 1 Esquema de un yacimiento geotérmico de alta entalpía. Fuente: http://www.ambiente-ecologico.com
2. Tecnologías de aprovechamiento con sistemas geotérmicos de alta entalpía Las tecnologías utilizadas son dos:
Centrales de vapor flash que se utilizan y diseñan igual que en su utilización en yacimientos de media entalpía Centrales de vapor seco.
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2.1 Centrales de vapor seco. Introducción. Este tipo de planta fue el primero que alcanzó el estatus comercial de generación de energía eléctrica (principios siglo XX, Larderello, Italia). Es un tipo de planta más simple y económica que las de evaporación flash, ya que el recurso que se dispone es vapor seco, y se evita el tratamiento y eliminación de la salmuera. Representa el 25 % de la energía eléctrica generada por energía geotérmica, pero son instalaciones muy singulares. Sólo hay cinco países en el mundo que disponen de este tipo de recursos y plantas de vapor seco:
Japón (Matsukawa) Indonesia (Kamojang) Nueva Zelanda (Wairakei) Estados Unidos (The Geysers y Cove Fort) Italia (Larderello)
Los yacimientos son muy singulares, y las centrales raras y escasas. En este tipo de yacimiento el fluido se extrae en forma de vapor (generalmente saturado) a temperaturas sobre los 200 ºC, y se dan presiones en cabeza de pozo cerrada de 35 bares, la presión de producción en la cabecera suele ser de 10 bares.
2.2 Centrales de vapor seco. Funcionamiento
Figura 2 Esquema de central de vapor seco
La conexión entre el pozo de producción es muy simple en comparación con las centrales flash.
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A la salida de la válvula de regulación de caudal del pozo de producción existe un eliminador de partículas y la derivación con la válvula de venteo o emergencia, con su correspondiente silenciador. A la entrada de la central, están los colectores de vapor y un eliminador de humedad tipo ciclón o deshumidificador por deflectores. Una vez el vapor seco, ligeramente sobrecalentado entra a la central, es turbinado en turbinas de vapor de pequeña potencia, una vez que el vapor alcanza el máximo grado de humedad permitido se envía al condensador, que puede ser atmosférico o de vacío. Normalmente es colocado en la parte inferior de la turbina.
2.3 Centrales de vapor seco. Optimización Optimización de la presión óptima de la cabecera del pozo: Se trata de analizar la presión que se ha de regular en la cabeza del pozo para la producción óptima de la planta. En este análisis no se tienen en cuenta las pérdidas por rozamiento entre la válvula de cabecera y la turbina. Para controlar esta presión se dispone de una válvula de estrangulación en cabecera. A válvula abierta se producirán los máximos caudales y a válvula cerrada el caudal será nulo y la presión del vapor en el pozo sería la del pozo cerrado (pc). La curva de producción se puede aproximar a una ecuación elíptica del siguiente modo:
̇(̇ )2 + ( )2 = 1 2 ̇ = ̇ ∗√ 1 −()
Para un determinado pozo, como ejemplo:
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Caudal (kg/s) 60 50
) s / g k ( 40 r o p 30 a v l a d 20 u a C
Caudal (kg/s)
10 0 0
10
20
30
40
Presión cabezera (bar) Figura 3 Relación del caudal másico de vapor y la presión de cabeza del pozo, teniendo en cuenta el efecto de la válvula de estrangulación
Para unas determinadas condiciones de pozo cerrado el vapor tiene una determinada entalpía, está se mantiene a través de su paso por la válvula (proceso de laminación), por tanto para una determinada presión de condensación:
Cuanto mayor sea la presión del vapor que entra a la turbina mayor salto entálpico tendrá, pero menor caudal pasará (ya que el caudal producido en el pozo disminuirá). Cuando menor sea la presión menor salto entálpico y mayor caudal habrá.
Como la potencia depende del producto de los dos factores:
̇ = ̇ ∗ℎ3 −ℎ4= ̇ ∗√ 1 −()2 ∗ℎ3 −ℎ4 Dividiendo por el caudal máximo que es un valor fijo para cada yacimiento, y conociendo la presión del condensador, se puede encontrar la presión óptima de cabecera.
̇̇ = ̇̇ ∗ℎ3 −ℎ4=√ 1 −( )2 ∗ℎ3 −ℎ4 Aplicándolo al caso ejemplo anterior:
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Potencia específica (kW/(kg/s)) 700.0 ) ) s / 600.0 g k ( / W500.0 k ( a 400.0 c i f í c e 300.0 p s e 200.0 a i c n 100.0 e t o P 0.0
Potencia específica (kW/(kg/s))
0
10
20
30
40
Presión cabezera (bar)
Figura 4 Potencia específica y presión óptima de cabeza de pozo
En este caso, la presión de cabeza de pozo óptima es de 17 bares, qué es el punto donde se obtiene la máxima potencia específica.
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