ENSAYO CENTRALES GEOTERMICAS

CENTRALES GEOTÈRMICAS

“CENTRALES TERMICAS”

POR:

CARLOS TORO

PROFESOR:

HORACIO URIBE

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA

FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE ELECTRICA

MEDELLIN

2011

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN 1

OBJETIVO 2

REFERENCIAS NORMATIVAS 2

ASPECTOS TÉCNICOS 2

CLASIFICACIÓN DE RECURSOS GEOTÉRMICOS 4

Aspectos Básicos a Investigar en un Yacimiento Geotérmico 6

Estimación de las Temperaturas del Subsuelo 6

Pruebas de presión 7

Modelos conceptuales: la física del yacimiento 7

Equipo estándar 7

Componentes del Equipo Estándar 8

Bombas de Fondo de Pozo 8

Tubería 8

Intercambiadores de Calor 9

Convectores 10

Refrigeración 10

GENERACIÓN ELÉCTRICA 11

Ciclo con Unidades de Contrapresión 12

Ciclo con Unidades de Condensación 12

Ciclo binario 13

Tipos de Plantas 13

Plantas tipo Vapor Directo (Direct Steam) 13

Plantas Tipo Flash- Steam 13

Plantas Tipo “Single Flash” 14

Plantas Tipo “Double Flash Plants” 14

Plantas Tipo Binario (Binary Plants) 15

Plantas Combinadas o Híbridas 16

Desempeño de las Plantas de Generación 16

Condiciones de Diseño para Seleccionar Plantas Geotérmicas de Vapor 17

Emisiones a la atmósfera 19

Factores económicos de las plantas geotérmicas 19

Indicadores de Eficiencia de las Plantas de Generación a Base de Geotermia 19

Factor de Capacidad (%) 20

Factor de Carga (%) 20

Factor de disponibilidad (%) 20

Ejemplos de aplicación 20

POTENCIA INSTALADA CON PLANTAS DE GEOTERMIA EN EL MUNDO 21

POTENCIAL EN COLOMBIA 22

Mapas de Fuentes Termales 24

Mapa de gradientes geotérmicos en Colombia 27

LAS VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS PLANTAS DE GEOTERMIA 30

VENTAJAS 30

DESVENTAJAS 31

CONCLUSIONES 32

BIBLIOGRAFIA 33

INTRODUCCIÓN

Los recursos energéticos han sido el pilar y la materia prima para la generación de energía eléctrica. Estos existen diferentes manifestaciones físicas las cuales se extraen óptimamente de los recursos naturales. Es por eso que en el presente trabajo se tratara uno de los recursos energéticos como la geotermia para mostrar la eficiencia energética de una planta de este tipo, además se mostrara el marco teórico asociada a este tema y la correlación que tiene ésta con otras ramas de la ciencia como la geología, sismología entre otras, seguido a esto el impacto económico, ambiental, técnico y político que conlleva una instalación de una unidad de este tipo.

Este nuevo recurso energético es utilizado ampliamente en algunos países como Estados Unidos, filipinas e Italia entre otros, aunque uno de los principales puntos de vista de este trabajo es analizar la viabilidad de una de estas plantas en Colombia, realizando previamente un estudio de factibilidad, y además de otras posibles utilidades aparte de la generación eléctrica, que dependerán de las características del recurso geotérmico.

OBJETIVO

El objetivo principal de este trabajo es proveer información técnica y teórica, que permita dar una ilustración en general sobre el uso de los recursos geotérmicos y mostrar mediante cálculos de prefactibilidad la viabilidad de la instalación de una unidad geotérmica para la generación de energía eléctrica, y en particular una aplicación en Colombia.

REFERENCIAS NORMATIVAS

A nivel internacional se tienen algunas normas que facilitan la terminología adecuada a esta tecnología y además las especificaciones del desempeño térmico de las mismas en los sistemas eléctricos de potencia:

• ASTM; E 957 – 95; Standard Terminology Relating to Geothermal Energy.

• ASTM; E 974 – 83; Specifying Thermal Performance of Geothermal Power Systems.

ASPECTOS TÉCNICOS

En el desarrollo de los proyectos con energía geotérmica se pueden dividir en cuatro fases:

a) Exploración.

b) Exploración profunda (perforaciones).

c) Implementación de la planta.

d) Monitoreo tanto de las reservas como de la operación de la planta.

En la fase inicial (exploración) se hace una evaluación del desempeño incluyendo el punto de vista geológico (vulcanológico), una prospección geofísica (eléctrica, gravimetría, magnética y algunas veces sísmica), a la vez que se analiza el pozo para determinar la geoquímica de aguas y gases. Los datos de dicha valoración son comparados y usados para localizar una reserva que tenga potencial, la cual puede ser identificada plenamente por medio de la fase de perforación.

La principal actividad en la exploración profunda es la perforación de pozos, sin embargo en esta fase, también se desarrolla estudio geocientífica. De tal forma que se define la estratigrafía de los pozos, para ligar el perfil geológico hallado, por medio de un registro, a los datos hallados en la etapa inicial.

La composición de la formación dentro del pozo se utiliza también para determinar las características termodinámicas y la medida de la productividad del pozo en términos del flujo de masa y de la entalpía. La actividad final de esta fase es el aseguramiento del tamaño del recurso, de la especificación de las reservas y la capacidad de sostener la producción a lo largo del tiempo de vida del proyecto.

Los resultados de esta exploración profunda y las características del fluido geotérmico determinan el tipo de planta a escoger:

a) Para generación eléctrica cuando se produce fluido de alta entalpía

b) Para calentamiento cuando se produce fluido con alta y baja entalpía.

El tamaño del recurso explorado previamente determinará el plan de perforación a ejecutar, a la vez que el diseño de la planta, las tuberías y el sistema de reinyección de agua.

Las reservas geotérmicas son más dinámicas que aquellas constituidas por hidrocarburos, por ende se desarrolla un continuo monitoreo y evaluación del comportamiento del recurso tanto en los procesos de exploración como en los de implementación con el fin de asegurar que el recurso es adecuado para entregar la energía que se le demandará.

Las secciones principales de operación son las siguientes:

a) Pozos geotérmicos y equipo de producción de fluido (extracción y reinyección)

b) Planta geotérmica, donde el fluido se adecua para su utilización.

c) Red de distribución hacia el usuario final.

CLASIFICACIÓN DE RECURSOS GEOTÉRMICOS

Un campo geotérmico, y más ampliamente un recurso geotérmico esta situado en un lugar con unas características tectónicas especiales, en el cual ciertas condiciones típicas geológicas, hidrológicas, estructurales y físicas, coexisten.

• Fuente de calor: Usualmente un yacimiento poco profundo que genera una anomalía térmica, donde el gradiente térmico normal alrededor del yacimiento es superior que 3ºC/100m.

• Reservorio: Una roca almacenadora con baja permeabilidad y una gran porosidad que puede ser primaria o secundaria, lo cual permite la circulación de fluidos geotérmicos, además tiene ciertas propiedades de retención que permiten al fluido calentarse en el reservorio Cuando la convección ocurre, los coeficientes de viscosidad y dilatación del fluido, también se afectan y se tiene la máxima eficiencia en el sistema.

• Sello: Roca sello de la formación, sobre el reservorio que tiene baja permeabilidad, primaria o secundaria que aísla el sistema geotérmico de aguas que poseen baja temperatura.

• Reinyección: Para la restauración del reservorio cuando la extracción esta en progreso.

Cuando se tienen las condiciones anteriores, el agua de la recarga fluye en el depósito y alcanza equilibrio térmico con la roca expuesta a la fuente de calor.

La transferencia de fluido tiene la máxima eficiencia cuando en las reservas el sistema de circulación convectiva no esta en funcionamiento. Esta condición permite tener un criterio para obtener fluidos calientes poco profundos, haciendo más fácil la explotación de depósitos geotérmicos y económicamente más favorables.

Los recursos de roca caliente seca y geopresión aún están sujetos a investigación y desarrollo. Las principales dificultades técnicas necesitan todavía ser resueltas antes de que puedan ser aplicados comercialmente.

Los recursos provenientes de la geopresión suelen ubicarse en regiones donde la energía térmica contenida en el fluido proveniente de las rocas, aumenta, debido a las altas presiones resultantes de la gran profundidad a la que están situadas y a que se encuentran confinadas bajo un sello impermeable.

Un parámetro común para clasificar los recursos geotérmicos es la entalpía de los mismos; esta es usada para medir el estado de calor contenido por el fluido (energía térmica).

Los recursos geotérmicos se pueden dividir en:

a) Recursos con baja entalpía.

b) Recursos con mediana entalpía.

c) Recursos con

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