Diseño de proyecto: Estimación de la producción de energía geotérmica

En este ejercicio, diseñaras un proyecto y analizarás un escenario real en el que la energía geotérmica se convierte en electricidad. Al final, calcularás la potencia de salida de una central geotérmica propuesta y el número de hogares que esta podría abastecer durante los picos de demanda en Texas.

La planta de energía geotérmica de superficie es una planta de energía de ciclo binario.

Cifras de ERCOT:

El Consejo de Fiabilidad Eléctrica de Texas, la entidad encargada de gestionar el flujo del suministro eléctrico de Texas, proporciona las siguientes cifras:

• ¹1 MW de electricidad puede suministrar energía a unos 200 hogares en Texas durante los periodos de máxima demanda. https://comptroller.texas.gov/economy/fiscal-notes/2020/august/ercot.php

Información y herramientas para el proyecto de diseño

Utilizarás una hoja de cálculo disponible como hoja de Google.

Esta hoja de cálculo tendrá tres pestañas diferentes (situadas en la parte inferior de la hoja de cálculo):

• Hoja de cálculo
  para proporcionar un resumen del diseño de tu proyecto
  
  
• Tabla de propiedades del agua
  para calcular la energía térmica suministrada por el fluido de trabajo (agua)
• Gráfico de estimación de la eficiencia
  para estimar la eficiencia de la conversión de energía térmica a eléctrica para la planta

Hoja de cálculo

• Proporcionarás mediciones para varias celdas de la hoja de cálculo.
• Algunos valores los proporcionarás a partir de la Tabla de propiedades del agua o del Gráfico de estimación de la eficiencia.
• Otros números serán los resultados de los cálculos ya configurados para ciertas celdas dentro de la hoja de cálculo.

Mediciones del pozo y del depósito geotérmico

Considera un recurso geotérmico con una temperatura de depósito subterráneo de 160 grados Celsius. Se perforan pozos y la salmuera geotérmica (que se supone que es agua en este ejercicio) fluye a 10.000 litros/hora desde el depósito hasta la superficie. Se estima que el fluido se enfría 10 grados cuando llega a la instalación de la superficie. Estas mediciones se pueden resumir a continuación:

Mediciones de las entradas

Temperatura del depósito subterráneo:

\[T_{\text{Geothermal resource=»» \text{°C}\]

Caída de temperatura en la superficie:

[Delta T_{ ext{drop} }=10 ext{°C}]

Caudal volumétrico:

\[Q=F_{\text{well}}=10000\ \frac{\text{L} }{\text{hour} }\]

Repasemos el ejercicio

1) Ten el archivo de la hoja de Google abierto.

2) Ve a la Hoja de cálculo (primera pestaña) e introduce los parámetros de entrada dados anteriormente en las casillas correspondientes de la columna Valor.

3) Se nos han dado las mediciones del caudal en el volumen de flujo de fluido por tiempo (10.000 L/h). Para nuestro proyecto, necesitamos calcular el caudal en unidades de masa de flujo de fluido por tiempo (en kg/s).

Para hacer esta conversión de flujo volumétrico a flujo másico, primero necesitas la densidad del agua (ρ) a la temperatura dada.

[ ext{density}=rac{ ext{mass}}{ ext{volume}}]

Conociendo la densidad del agua, podemos convertir nuestro número de un número basado en el volumen para el flujo a un número basado en la masa para el flujo. Una vez que busques la densidad del agua, las unidades deben convertirse a kg/s para encontrar el caudal másico de inyección. Puedes hacerlo utilizando el análisis dimensional o mediante la fórmula ya incluida en la hoja de cálculo.

Intenta resolver el problema utilizando el análisis dimensional. Haz clic en la flecha del acordeón para ver la respuesta una vez que hayas completado tu trabajo.

Para encontrar la densidad del agua, haz clic en la pestaña de la Tabla de propiedades del agua y elige la densidad que esté más cerca de la entrada de temperatura (ten en cuenta que el fluido se enfría cuando llega a la superficie). (Supón que el agua está en estado líquido, sin fase de vapor presente). Coloca el número de la densidad en la celda de valor de la densidad del agua. Una vez que introduzcas la densidad, la celda Caudal de inyección – Masa se actualizará y el valor se mostrará en kg/s.

4) A continuación, debemos determinar qué porcentaje de energía térmica puede transformarse en energía eléctrica para este proyecto específico. Dirígete a la tercera pestaña de la hoja de cálculo, ‘Gráficos de estimación de la eficiencia’, para obtener un valor razonable de la eficiencia de conversión.

Consejo: utiliza líneas naranjas discontinuas para elegir una eficiencia alta, media o baja a la temperatura de interés. Mira cómo tu elección cambia los resultados.

Introduce el valor de la eficiencia de conversión en la celda de valor de la eficiencia de la central geotérmica, situada en la Hoja de cálculo.

5) Encuentra la entalpía específica del agua a la temperatura de la superficie en la Tabla de propiedades del agua (segunda pestaña). Este valor nos dará la energía que transporta el agua por unidad de masa. (Supón que el agua está en estado líquido, sin fase de vapor presente). Introduce este valor en la celda de Entalpía.

6) Según ERCOT, 1 MW de electricidad puede alimentar a unos 200 hogares de Texas durante los períodos de máxima demanda. La producción de energía eléctrica esperada de la planta se calcula y se muestra automáticamente (en MW) y el número de hogares alimentados a partir de esta producción se calcula y se muestra.

¿Para cuántos hogares puede proporcionar electricidad esta planta de energía de ciclo binario durante la demanda máxima de energía?

¡Enhorabuena!

Utilizando un sencillo conjunto de cálculos, has podido estimar el potencial de un recurso/planta de energía geotérmica para alimentar hogares en Texas en el momento de máxima demanda.