Repotenciación de plantas geotermoeléctricas acoplando un ciclo ORC y un sistema de producción de hidrógeno

Abstract

In recent years, the generation of electricity through renewable energies has been a great option to combat the current environmental and energy crisis worldwide, thus leading to the development of new and more efficient technologies in this area. One of the drawbacks that some of these energies present is the intermittency of their resource. However, the geothermal energ is always available and maintains a constant energy supply, which represents available base load electrical generation. However, taking into account the large initial investment that a geothermal plant entails, several investigations propose different methods for better use of the geothermal resource and make these plants more efficient. The most common method has been the use of ORC (Organic Rankine Cycle) power cycles to take advantage of residual heat and more recently the feasibility from the technical point of view of integrating an alternative method of hydrogen production and storage has been reported, to move towards energy generation free of CO2 emissions. The purpose of this research is to provide a thermodynamic and economic model of the repowering of two units (backpressure and condensation) of simple flash geothermoelectric plants of Los Azufres geothermal field in Mexico, adding an ORC for additional generation of electricity and an electrolyzer type PEM (Polymer electrolyte membrane) for hydrogen production.

En los últimos años, la generación de electricidad a través de energías renovables ha sido una gran opción para combatir la actual crisis medio ambiental y energética a nivel mundial, dándose así el desarrollo de nuevas y más eficientes tecnologías en esta área. Uno de los inconvenientes que presentan algunas de estas energías es la intermitencia de su recurso, sin embargo, fuentes de energía como la geotérmica, siempre está disponible y mantiene un suministro de energía constante, lo que representa una generación eléctrica disponible de carga base. Sin embargo, teniendo en cuenta la gran inversión inicial que conlleva una planta geotermoeléctrica, varias investigaciones proponen diferentes métodos para un mejor aprovechamiento del recurso geotérmico y hacer más eficiente el proceso de conversión de energía. El método más común ha sido el uso de ciclos de potencia ORC (Organic Rankine Cycle) para aprovechar el calor residual y más recientemente se ha reportado la viabilidad desde el punto de vista técnico de integrar un método alternativo de producción y almacenamiento de hidrógeno, para transitar hacia una generación de energía libre de emisiones de CO2. La presente investigación tiene por objeto aportar un modelo energético y económico de la repotenciación a dos unidades (de contrapresión y condensación) de plantas geotermoeléctricas de simple flash del campo geotérmico de los Azufres (Michoacán, México), agregando un ORC para generación adicional de electricidad y un electrolizador tipo PEM (Polymer electrolyte membrane) para producción de hidrógeno.