Análisis energético y exergoeconómico avanzado de una planta de poligeneración con uso en cascada de la energía geotérmica de media y baja entalpia

Abstract

Geothermal energy is a type of renewable energy that can be used for various uses according to its temperature characteristics. In this work, an advanced energy analysis and exergoeconomics of a polygeneration plant activated by medium and low temperature geothermal energy is presented. First, to enter into context, the definitions, classifications and uses of geothermal energy are carried out, with highlighting on the combined heat and electricity plants, such as the case of geothermal cascade polygeneration plants that use a geothermal resource to produce multiple products at different temperature levels. In this sense, a description of the geothermal plants around the world emphasizing their advantages and benefits of implementation, as well as their classification by the type of analysis used for their evaluation, was made identified: energy analysis, economic analysis, exergy analysis and exergoeconomic analysis. Subsequently, a description of the methodology of integration of this type of plants is made by analyzing alternatives for the conceptual configuration of the plant, through the preliminary definition of the polygeneration plant and nominal capacities of technologies that integrate the plant, and by the thermodynamic and economic comparison of the polygeneration plant with different technologies as candidates for the generation of electricity, such as: the Organic Rankine Cycle (ORC), the Kalina Cycle (KAC) and the Goswami Cycle (GOC). Linked to the above, the definition of the integration of the polygeneration plant resulting from that described above is presented below. The definition of the cascade polygeneration plant comprises three different thermal levels at which electricity, cold and heat useful for dehydration can be produced simultaneously, by means of three main components.

La energía geotérmica es un tipo de energía renovable que puede ser utilizada para diversos usos de acuerdo con sus características de temperatura principalmente. En este trabajo, se presenta un análisis de energía y exergoeconomía avanzada de una planta de poligeneración activada mediante energía geotérmica de media y baja temperatura. Primeramente, para entrar en contexto se realizan las definiciones, clasificaciones y usos de la energía geotérmica, haciendo énfasis en las plantas combinadas de calor y electricidad, tal es el caso de las plantas geotérmicas de poligeneración en cascada que emplean un recurso geotérmico para producir múltiples productos en niveles de temperatura diferentes. En este sentido, se realiza una descripción de las plantas geotérmicas estudiadas en el mundo resaltando sus ventajas y beneficios de implementación, así como su clasificación por el tipo de análisis utilizado para su evaluación, como lo son: el análisis energético, el análisis económico, el análisis exergético y el análisis exergoeconómico. Posteriormente, se realiza una descripción de la metodología de integración de este tipo de plantas mediante el análisis de alternativas para la configuración conceptual de la planta, mediante la definición preliminar de la planta de poligeneración y capacidades nominales de tecnologías que integran la planta, y mediante la comparación termodinámica y económica de la planta de poligeneración con diferentes tecnologías como candidatas para la generación de energía eléctrica, tal es el caso del Ciclo Rankine Orgánico (ORC), el Ciclo Kalina (KAC) y el Ciclo Goswami (GOC). Ligado a lo anterior, posteriormente se presenta la definición de la integración de la planta de poligeneración resultante de lo descrito anteriormente. La definición de la planta de poligeneración en cascada, comprende tres niveles térmicos diferentes en los que se puede producir simultáneamente, electricidad, frio y calor útil para deshidratación, mediante tres componentes principales.