Una planta de energía de ciclo binario es un tipo de planta de energía geotérmica que permite utilizar depósitos geotérmicos más fríos que los necesarios para las plantas de vapor seco y revaporizado . A partir de 2010, las plantas de vapor flash son el tipo más común de plantas de generación de energía geotérmica en funcionamiento en la actualidad, que utilizan agua a temperaturas superiores a 182 ° C (455 K; 360 ° F) que se bombea a alta presión al equipo de generación en la superficie. [1] Con las plantas de energía geotérmica de ciclo binario, las bombas se utilizan para bombear agua caliente desde un pozo geotérmico a través de un intercambiador de calor., y el agua enfriada se devuelve al depósito subterráneo. Un segundo fluido "de trabajo" o "binario" con un punto de ebullición bajo , generalmente un hidrocarburo de butano o pentano , se bombea a una presión bastante alta (500 psi (3,4 MPa )) [ cita requerida ] a través del intercambiador de calor, donde se vaporiza y luego dirigido a través de una turbina . El vapor que sale de la turbina luego se condensa mediante radiadores de aire frío o agua fría y se recicla a través del intercambiador de calor. [2]
Un ciclo de vapor binario se define en termodinámica como un ciclo de potencia que es una combinación de dos ciclos, uno en una región de alta temperatura y el otro en una región de temperatura más baja. [3] Era una energía subterránea a través del calor.
Introducción a los ciclos binarios
El uso de ciclos de mercurio-agua en los Estados Unidos se remonta a finales de la década de 1920. Una pequeña planta de agua con mercurio que producía alrededor de 40 megavatios (MW) estaba en uso en New Hampshire en la década de 1950, con una eficiencia térmica más alta que la mayoría de las plantas de energía en uso durante la década de 1950. Desafortunadamente, los ciclos de vapor binarios tienen un costo inicial alto y, por lo tanto, no son tan atractivos económicamente. [4]
El agua es el fluido de trabajo óptimo para usar en ciclos de vapor porque es el más cercano a un fluido de trabajo ideal que está disponible actualmente. El ciclo binario es un proceso diseñado para superar las imperfecciones del agua como fluido de trabajo. El ciclo utiliza dos fluidos en un intento de acercarse a un fluido de trabajo ideal. [4]
Características de los fluidos de trabajo óptimos
La selección del fluido de trabajo óptimo tiene una importancia fundamental, ya que tienen un impacto significativo en el rendimiento de los ciclos binarios.
- Una temperatura crítica alta y una presión máxima
- Baja temperatura de triple punto
- Una presión del condensador que no es demasiado baja (una sustancia con una presión de saturación a la temperatura ambiente es demasiado baja)
- Una alta entalpía de vaporización (hfg)
- Una cúpula de saturación que se asemeja a una U invertida
- Alta conductividad térmica (buenas características de transferencia de calor)
- Otras propiedades: no tóxico, inerte, económico y fácilmente disponible
Sistemas
Ciclo de vapor Rankine
El ciclo de Rankine es la forma ideal de un ciclo de energía de vapor. Se pueden alcanzar las condiciones ideales sobrecalentando el vapor en la caldera y condensándolo completamente en el condensador. El ciclo ideal de Rankine no implica ninguna irreversibilidad interna y consta de cuatro procesos; compresión isentrópica en una bomba, adición de calor a presión constante en una caldera, expansión isentrópica en una turbina y rechazo de calor a presión constante en un condensador. [4]
Presión dual
Este proceso está diseñado para reducir las pérdidas termodinámicas incurridas en los intercambiadores de calor de salmuera del ciclo básico. Las pérdidas ocurren a través del proceso de transferencia de calor a través de una gran diferencia de temperatura entre la salmuera a alta temperatura y la temperatura más baja del fluido de trabajo. Las pérdidas se reducen manteniendo una correspondencia más cercana entre la curva de enfriamiento de la salmuera y la curva de calentamiento del fluido de trabajo. [5]
Fluido dual
“La energía se extrae de una corriente de fluido caliente, como el agua geotérmica, pasando la corriente en relación de intercambio de calor con un fluido de trabajo para vaporizar este último, expandiendo el vapor a través de una turbina y condensando el vapor en un ciclo Rankine convencional. Se obtiene potencia adicional en un segundo ciclo Rankine empleando una porción del fluido caliente después del intercambio de calor con el fluido de trabajo para vaporizar un segundo fluido de trabajo que tiene un punto de ebullición más bajo y una densidad de vapor más alta que el primer fluido ". [6]
Plantas de energía
Existen numerosas centrales eléctricas de ciclo binario en producción comercial:
- Olkaria III , Kenia
- Mammoth Lakes , California, Estados Unidos [7]
- Steamboat Springs (Nevada) , Estados Unidos [8]
- Central eléctrica de Te Huka , Nueva Zelanda [9]
Las centrales eléctricas de ciclo binario tienen una eficiencia térmica del 10-13%. [10]
Ver también
Referencias
- ^ "Programa de tecnologías geotérmicas: sistemas de energía hidrotermal" . Programa de Tecnologías Geotérmicas: Tecnologías . Eficiencia energética y energías renovables del DOE de EE. UU. (EERE). 2010-07-06 . Consultado el 2 de noviembre de 2010 .
- ^ Scott, Willie (15 de noviembre de 2010). "Plantas de energía de energía geotérmica y cómo producen electricidad verde" . Bright Hub.
- ^ Çengel, Yunus A. y Michael A. Boles (2002). Termodinámica: un enfoque de ingeniería, séptima edición . Boston: McGraw-Hill. pp.Capítulo 10.
- ^ a b c d [Çengel, Yunus A. y Michael A. Boles. "Capítulo 10: Vapor y ciclos de potencia combinados". Termodinámica: un enfoque de ingeniería. 7ª ed. Boston: McGraw-Hill, 2002. 557-89. Imprimir.], Texto adicional.
- ^ Ronald DiPippo (2008). Plantas de energía geotérmica: principios, aplicaciones, casos de estudio e impacto ambiental . Ámsterdam: Butterworth-Heinemann.
- ^ "CICLO DOBLE DE FLUIDOS" . Estados Unidos, Patente No 3795103 . 1974.
- ^ "Planta de energía geotérmica Mammoth Pacific honrada con premio ambiental del estado de California" . Ormat. 20 de agosto de 2009.
- ^ "Steamboat Springs" .
- ^ "Planta de energía geotérmica de Te Huka" . Observatorio Global de Energía.
- ^ Ronald DiPippo (2007). Plantas de energía geotérmica, segunda edición: principios, aplicaciones, estudios de caso e impacto ambiental . Oxford: Butterworth-Heinemann. pag. 159. ISBN 0-7506-8620-0.
enlaces externos
- Desarrollo de una bomba de fondo de pozo para la generación de energía de ciclo binario utilizando agua geotérmica