GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA A PARTIR DE ENERGÍA GEOTÉRMICA UTILIZANDO CICLO DE KALINA Y ALTERNATIVA AL INCAMBIADOR DE CALOR

Abstract

La distribución de energía eléctrica en Chile concentra el 99% de su generación en dos redes: Sistema interconectado central (SIC) y Sistema interconectado del norte grande (SING), donde el 56% de la generación de la matriz energética corresponde a termoeléctricas, 27% hidroeléctricas y sólo un 17% a Energías Renovables No Convencionales (ERNC). Está limita energéticamente al país a través de los combustibles fósiles (Carbón, Gas natural y Diésel), situación aún más crítica considerando que el 80% de estos son importados, creando una condición de vulnerabilidad energética. Ante esto y las presiones de la comunidad, el gobierno impulsó el 2010 la ley de ERNC. Esta Ley impone a las empresas de generación eléctrica 20% en base ERNC el año 2025. Esta necesidad, impulsa a explorar alternativas de ERNC implementables en Chile.Dentro de los recursos energéticos renovables en Chile, la energía solar presenta el mayor potencial (40.000 GW) seguido de mareomotriz (164 GW), energía eólica (40 GW) y energía geotérmica (16 GW). Donde las primeras tres la generación es dependiente de factores climáticos a diferencia de la geotermia. Chile es uno de los países con mayor potencial geotérmico, distribuidos a través de más de 250 áreas geotermales a lo largo de la cordillera de los Andes.En este contexto se propuso evaluar y analizar la factibilidad técnica y económica de una planta de generación eléctrica basada en geotermia de media entalpía (130 °C). Para alcanzar este objetivo se evaluó el potencial geotérmico del país, considerando pozos de baja profundidad (200 m) dado que la principal barrera de esta tecnología son los costos de perforación (2000 a 5000 m, para aplicaciones actuales). Se realizó una revisión y selección (temperatura, profundidad, reserva térmica) de pozos, donde se usó como caso de estudio Tolhuaca (región de la Araucanía). Posteriormente se implementaron en Aspen Hysys dos ciclos de generación (Kalina, ORC n-pentano, ORC-isobutano), donde se analizaron y optimizaron los efectos de temperatura del fluido geotérmico, concentración de amoníaco (Kalina), configuración de los ciclos, presión de operación y uso alternativo de heat pipe como colector de energía. Con los resultados y la validación con ciclos industriales en operación (Chena y Husavik), se realizó una estimación de Capex y Opex, y la correspondiente evaluación económica.Los resultados de la validación presentan un error menor que el 7% en la eficiencia térmica. Los resultados de la optimización indican una eficiencia del 13,2% para el ciclo de Kalina y 15,6% para ciclo ORC con n-pentano. El colector de energía a través de heat pipe, desarrollado y evaluado experimentalmente en esta memoria, presenta un mayor coeficiente de transferencia de calor (100%), respecto del intercambiador de placa y menores tiempos de mantención por incrustaciones. Del análisis técnico económico para 2 ciclos (Kalina y ORC) combinado con los dos intercambiadores (placa y heat pipe), indican que el mejor resultado lo presenta el ciclo ORC con heat pipe arrojando un VAN de 1,7 MM USD, con una tasa de descuento del 7% a 30 años y una inversión de 12,3 MM USD. El precio de la energía en estas condiciones es de 60 USD/MWh.En consecuencia, se demuestra que es posible incorporar la energía geotérmica de media entalpía (130 °C) y baja profundidad (120 m) a la matriz energética, contribuyendo a la diversificando de está con una energía limpia y renovable, pero más importante aún continua y estable.