Integración de la producción de gas shale con plantas de potencia considerando aspectos económicos y ambientales

Abstract

This thesis project presents a mathematical programming approach for the integration of the shale gas production with a power plant; particularly, Escobedo combined cycle plant (Noreste) – Iberdrola Mexico, located in the municipality of Carmen in the state of Nuevo Leon, considering simultaneously economic and environmental aspects. In this regard, the economic target consists in the minimization of the total annual costs whereas the environmental goals are the minimization of both fresh water consumption and CO2 emissions by power plant. This CO2 captured is stored and treated for its future use as fracturing fluid in the shale gas wells and by this way the water consumption employed by the hydraulic fracture is reduced. The employed methodology incorporates the daily production of shale gas (natural gas) per well. Which is sent to storing units in order to be supplied to the power plant or its external sale. All these mentioned aspects are considered by a superstructure, which is modeled and applied to the case study. Finally, to show the applicability of the developed model, it is proposed the case study where the economic and environmental objectives contradict among them, which allows generating a Pareto curve to show the different solutions to the addressed example.

Este proyecto de tesis presenta un enfoque de programación matemática para la integración de la producción de gas shale con una planta de potencia; particularmente, la planta de ciclo combinado Escobedo (Noreste) – Iberdrola México, ubicada en el municipio del Carmen en el estado de Nuevo León, considerando simultáneamente aspectos económicos y ambientales. En este sentido, el objetivo económico consiste en minimizar el costo total anual mientras que las metas ambientales son la minimización tanto del consumo del agua fresca como de las emisiones de CO2 por la planta de potencia. Este CO2 capturado se almacena y trata para su posterior utilización como fluido de fractura en los pozos de gas shale y así reducir el consumo de agua utilizado para la fractura hidráulica. La metodología empleada incorpora la producción diaria de gas shale (gas natural) por pozo, el cual es enviado a unidades de almacenamiento para su posteriormente ser suministrado a la planta de potencia o vendido externamente. Todos estos aspectos mencionados se consideran en una superestructura que se modela matemáticamente y se aplica al caso de estudio. Finalmente, para mostrar la aplicación del modelo desarrollado se propone un caso de estudio donde los objetivos económicos y ambientales se oponen, lo cual permite generar una curva Pareto para mostrar las diversas soluciones al ejemplo planteado.