Esta es una temperatura cercana a la m´ınima probable seg´un los estudios geocient´ıficos realizados en el estero Reloncav´ı, por lo tanto en t´erminos econ´omicos ser´ıa un escenario desfa- vorable. En la Tabla 6.1 se entregan los resultados para cada fluido evaluado, considerando un recurso geot´ermico apto para extraer 400 kg/s de fluido geot´ermico.
La potencia neta generada por cada fluido es bastante similar y var´ıa menos de un 4 % entre cada caso, con la excepci´on del refrigerante R134a, donde es posible emplear un ciclo supercr´ıtico y producir alrededor de un 10 % m´as de energ´ıa pero a expensas de un costo mayor contribuido principalmente por un aumento en la superficie del Sistema de Generaci´on de Va- por (SGV) (ver Figura 6.3). Debido a que el fluido en el ciclo supercr´ıtico no experimenta un cambio de fase isot´ermico durante la vaporizaci´on, tiene el potencial de minimizar las diferen- cias de temperatura en la introducci´on de calor al ciclo, limitando as´ı las p´erdidas de exergia durante la transferencia de calor. Aunque el R134a es adecuado para recuperar energ´ıa t´ermica de un recurso con esta condici´on, la alta presi´on de operaci´on que conlleva tanto a un aumento de p´erdidas par´asitas como de costos, no la hacen econ´omica cuando son comparadas con las dem´as opciones. Adem´as, ya que su costo por unidad de volumen est´a en el intervalo de cinco veces mayor que los hidrocarburos, el R134a se selecciona generalmente como fluido de trabajo s´olo en aplicaciones muy limitadas; potencialmente cuando la aceptaci´on local, las regulacio- nes locales y la inflamabilidad del fluido (con sus riesgos asociados) juegan un papel importante.
Por otra parte, para fluidos con una temperatura cr´ıtica mayor, no es posible emplear un ciclo supercr´ıtico y los ciclos saturados son siempre la mejor soluci´on como ya se ha se˜nalado. Asimismo un regenerador es sugerido para todos los casos debido a la limitaci´on en la tempe- ratura de reinyecci´on. El regenerador es esencial para el desempe˜no tanto termodin´amico como econ´omico cuando existe una limitaci´on relativamente alta en la temperatura de inyecci´on [8, 14]. Para ciclos sin un l´ımite, el regenerador puede no ser rentable porque limita la explotaci´on
de la fuente geot´ermica. Sin embargo, la adopci´on de un ciclo regenerativo no debe excluirse a priori ni siquiera para estos casos, ya que implica una mayor eficiencia del ciclo y reduce el calor que debe ser rechazado por el condensador, reduciendo as´ı los costos y el consumo parasitario de los ventiladores.
Unidad Isobutano n-Butano Isopentano n-Pentano R245fa R134a
Configuraci´on Sat-rec Sat-rec Sat-rec Sat-rec Sat-rec Sup-rec
Par´ametros de operaci´on ˙ Wbruto kW 15.108 14.637 14.243 13.874 14.339 17.055 ˙ Wneto kW 10.494 10.438 10.409 10.110 10.333 11.444 pin,t bar 18,20 12,51 5,25 4,14 10,26 41,48 pcond bar 3,36 2,33 0,86 0,65 1,40 6,38 Teva oC 95,40 91,03 85,85 84,84 90,70 - ˙ m kg/s 270,8 248,6 261,0 246,5 472,4 489,4 ˙ mw kg/s 2.882 2.898 2.904 2.915 2.906 2.821 ηturb % 89,66 90,53 90,73 89,87 88,80 88,86 netapas 2 2 2 2 2 2 SP m 0,410 0,476 0,754 0,842 0,660 0,339 Vratio 5,937 5,424 5,786 5,957 7,281 6,915 ´ Indices de desempe˜no ηciclo % 9,76 9,71 9,68 9,40 9,61 10,64 Atotal/W˙neto m2/kW 2,474 2,421 2,437 2,487 2,448 2,814 Cesp,bruto U SD$/kWbruto 1.904 1.912 1.970 2.009 1.957 1.974 Cesp,neto U SD$/kWneto 2.741 2.681 2.696 2.757 2.716 2.942
Tabla 6.1:Comparaci´on entre los resultados de las configuraciones ´optimas de cada fluido con un recurso geot´ermico de 135oC
Se puede observar en la Tabla 6.1 que en promedio aproximadamente el 29 % de la energ´ıa producida es utilizada para el autoconsumo de la planta, donde el R134a es el que posee mayor consumo el´ectrico con casi 32 % de la energ´ıa generada debido a las altas presiones. Las centrales geot´ermicas binarias se caracterizan por un consumo auxiliar relativamente elevado [56]. Los consumidores principales son las bombas en los pozos que deben hacer circular la salmuera a grandes distancias y con un caudal significativamente alto. Adem´as, el consumo de la bomba del ciclo es considerable tambi´en en comparaci´on con los ciclos de vapor t´ıpicos, en el caso supercr´ıtico la bomba es responsable del 38 % del consumo el´ectrico de la planta.
En la Figura 6.3 se puede observar una comparaci´on de costos entre el n-Butano y el R134a de la Tabla 6.1. Para ambos casos; el condensador, la turbina/generador y el SGV comprenden m´as del 60 % de los costos de la planta.
Figura 6.3: Repartici´on de costos para los ciclos obtenidos con n-Butano y R134a. Los costos son representativos de una planta est´andar de gran escala (suminstro el´ectrico)
Las presiones de operaci´on cambian significativamente entre fluidos: R134a tiene la mayor, n-pentano tiene la menor, mientras que los otros fluidos est´an entremedio. Por otra parte, el dise˜no de la turbina no difiere mucho entre cada caso, todas requieren dos etapas de expansi´on seg´un el l´ımite propuesto en la Secci´on 5.6 y los ratios volum´etricos de expansi´on var´ıan de 5,4 a 7,3. Hay que destacar que las presiones de condensaci´on del isopentano y el pentano est´an por debajo de la presi´on ambiente, por tanto requerir´ıan un sistema de extracci´on de GNCs debido a potenciales filtraciones de aire, lo que aumentar´ıa m´as a´un el costo de la planta. Sin embargo, tienen un enorme potencial de ser utilizados cuando la temperatura de condensaci´on es mayor, su baja presi´on de operaci´on es una caracter´ıstica muy beneficiosa para la vida ´util y el mantenimiento de la planta as´ı como tambi´en para el dise˜no de los intercambiadores de calor.