Metodología para integración de plantas de poligeneración mediante el uso en cascada de la energía geotérmica

Abstract

Factors such as energy consumption growth, energy resources depletion and associated environmental impacts, have led to search alternatives such as renewable energies and efficient energy systems integration. Among alternatives with highest boom, geothermal energy of medium and low enthalpy is a type of energy that can be used in a more efficient scheme, through various technologies and by using a cascade integration. Due to the above, this study presents a methodology that allows obtaining information of a technical and economic nature, in order to determine conditions to design and integrate a plant with cascade use of geothermal energy with simultaneous production of electricity, cold and useful heat. Firstly, a review of medium and low enthalpy resources existing in the Mexican Republic is presented, as well as the state of the art in this type of systems. An energy and exergy analysis is carried out to determine the best possible arrangements for the best use of resources. A technicaleconomic analysis was also carried out using information from ORC systems manufacturers that have geothermal applications to present an overview of cost and possible benefits when implementing this type of systems. Subsequently, a multi-objective optimization procedure of the multi-product system is presented, defining two economic objective functions and another energy objective function. In particular, optimization is established to obtain working fluids, technologies and parameters combination that provide the best system exergy performance with lowest investment cost and best NPV. The analysis results of the alternatives allow to determine the best cost-benefit, depending mainly on geothermal resource tenperature level.

Factores como el crecimiento en el consumo de energía, el agotamiento de los recursos energéticos y los impactos ambientales asociados, han originado que se busquen alternativas tales como las energías renovables y la integración de sistemas energéticos eficientes. Entre las alternativas con mayor auge, la energía geotérmica de mediana y baja entalpía es un tipo de energía que puede ser utilizada en un esquema más eficiente, mediante la integración en cascada de diversas tecnologías. Debido a lo anterior, en este trabajo se presenta una metodología que permite obtener información de carácter técnico y económico, para determinar las condiciones para diseñar e integrar una planta con el uso en cascada de la energía geotérmica con producción simultánea de electricidad, frío y calor útil. Se presenta primeramente una revisión de los recursos de mediana y baja entalpia existentes en la república mexicana, además del estado del arte en este tipo de sistemas. Se realiza un análisis energético y exergético para determinar los mejores arreglos posibles para el mejor aprovechamiento de los recursos. Se realizó también un análisis técnico-económico utilizando información de fabricantes de sistemas ORC para aplicaciones geotérmicas y presentar una estimación del costo y los beneficios posibles al implementar este tipo de sistemas. Posteriormente se presenta un procedimiento de optimización multi-objetivo del sistema multi-producto, definiendo dos funciones objetivo económicas y otra energética. En particular, la optimización se establece para obtener la combinación de fluidos de trabajo, tecnologías y parámetros que proporcionen el mejor rendimiento exergético del sistema con el menor costo de inversión y mejor VAN. Los resultados para el análisis de las alternativas, permiten determinar el mejor costo-beneficio, dependiendo principalmente del nivel de temperatura del recurso geotérmico.