Integración de una planta de poli-generación mediante el uso en cascada de la energía geotérmica

Número de proyecto

P16

Título de proyecto

Integración de una planta de poli-generación mediante el uso en cascada de la energía geotérmica

Tipo de proyecto

Estratégico

Línea de investigación

Desarrollos tecnológicos para explotación

Responsable de proyecto

Carlos Rubio Maya

Institución

Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, UMSNH

Antecedentes y justificación

La demanda energética aumenta a medida que crecen las necesidades de confort de los seres humanos. Es prácticamente inevitable dejar de consumir energía, el inconveniente es que esta energía generalmente proviene de un recurso no renovable (combustible fósil). Por otra parte, el uso de combustibles fósiles asociados a la producción de energía es la principal causa del cambio climático. Por lo anterior, el calentamiento global es atribuible a la actividad humana y a los procesos ineficientes de transformación de la energía, principalmente por la emisión de gases de efecto invernadero (bióxido de carbono). La baja eficiencia energética en los procesos de transformación de la energía, incrementa el consumo de la misma y por consiguiente los precios y las emisiones a la atmósfera de gases nocivos.

La producción de energía en base a energías renovables aún se encuentra en etapa de maduración en México, siendo la energía geotérmica una de las más utilizadas pero no del todo explorada ya que México cuenta con un gran potencial de energía geotérmica que no es aprovechado. Por otra parte, los procesos que utilizan energía geotérmica de mediana y baja entalpia no son muy implementados y generalmente desaprovechan una gran cantidad de energía útil, colateralmente la utilización en cascada de la energía geotérmica aún no es muy conocida, por lo que es poco explorada su implementación en sistemas multiproducto.

La energía geotérmica puede ser utilizada en diferentes aplicaciones y diversas tecnologías. Sin embargo, al utilizarla para una sola aplicación y después desechar el contenido de energía que aun contiene el fluido geotérmico, se le está dando un uso ineficiente. El uso de la energía geotérmica puede ser más eficiente si se recupera y se aprovecha al máximo el contenido de la energía del fluido geotérmico, una forma es aprovechando la energía disponible tras haber sido ya utilizada, beneficiándose de los distintos niveles térmicos requeridos para los diferentes usos. De este modo, tras la producción eléctrica, el fluido aún caliente puede ser aprovechado para calefacción de viviendas. Tras este segundo uso, el fluido puede ser aprovechado para otros usos con menores requerimientos de temperatura (calefacción de invernaderos, etc.). A lo anterior, se le denomina utilización en cascada de la energía geotérmica, ver Figura 1.

Figura 1. Utilización en cascada de la energía geotérmica

Por otro lado, debido al alto consumo de energía y a que la producción de energía es la principal causa del calentamiento global, es necesario disminuir el consumo de la energía. Para la sociedad moderna resulta difícil reducir los consumos de energía, por lo contrario la demanda energética cada día es mayor. Debido a esta situación, es necesario utilizar procesos que optimicen la energía, tal es el caso de los sistemas multiproducto que pueden ser integrados para utilizar la geotermia geotérmica. Un sistema multiproducto es aquel en el cual se obtienen varios productos a partir de uno o más recursos, a este tipo de sistemas se les conocen comúnmente como sistemas de poligeneración. Actualmente existen sistemas muy conocidos, ejemplos de sistemas multiproducto, tales como la cogeneración (CHP, Combined Heat and Power) y la trigeneración (CHCP, Combined, Heat Cold and Power). En los sistemas de cogeneración se produce calor y electricidad a partir de un recurso, mientras que en la trigeneración se produce adicionalmente frio. La Figura 2, muestra un esquema generalizado de un sistema multiproducto.

Figura 2. Esquema conceptual de un sistema multiproducto

Actualmente, ya existen algunos proyectos en el mundo donde se utilizan los recursos geotérmicos para múltiples aplicaciones como lo son la generación de electricidad, calor y frio, es decir, no es muy común el uso del recurso geotérmico tras ya haber sido utilizado, y menos común utilizarlo en diferentes niveles térmicos que van de desde una mayor demanda de energía a una menor demanda, en otras palabras, el uso de la energía geotérmica en cascada aun no es muy utilizado. Existen algunos estudios realizados durante la última década del uso en cascada de la energía geotérmica en sistemas multiproducto.

A continuación, se presente una descripción breve de las investigaciones más recientes del uso en cascada de la energía geotérmica: En el año 2012, se realizó un estudio sobre el uso de la energía geotérmica en cascada, caso de estudio. Se propone que la energía de los dos pozos poco profundos en Eburu (Kenya) sea usada de una manera en cascada para el secado de productos agrícolas, la calefacción de invernaderos, miel purificación, la incubación de aves de corral, en una instalación recreativa de sauna vapor y para la prestación de la tan necesaria agua potable. Se realiza una evaluación del potencial de la energía y química de los líquidos del vapor de los pozos y también se lleva a cabo la evaluación de la viabilidad técnica, así como establecer si hay una necesidad de perforar un pozo nuevo para este proyecto. El costo de la realización de este proyecto se ha estimado en alrededor de USD$ 40,000. En Rumania se realizó otro estudio sobre el uso de la energía geotérmica en cascada. En este estudio se analiza el uso en cascada de la energía geotérmica de temperatura moderada en una planta de pasteurización de leche. Se propone utilizar la energía geotérmica en un ciclo binario para la producción de electricidad, el proceso de la pasterización de la leche, así como utilizar la energía en un conjunto de viviendas y balneología. En Húsavik (Islandia), debido a su alto potencial geotérmico se comenzó con un pozo para la utilización en la calefacción y enfriamiento de distrito. Posteriormente, se realizaron varios análisis para obtener varios productos de dicho recurso. Entre los ajustes se perforaron nuevos pozos y se realizó el análisis para observar la probabilidad de producir varios productos como son: electricidad, calefacción para casas, piscicultura, agua para bañarse en una laguna, invernaderos y energía térmica para una industria. La central (planta de potencia) opera bajo el llamado ciclo Kalina, técnica que se basa en un ciclo cerrado que utiliza agua y la mezcla de amoníaco (NH3-H2O) como medio de trabajo. La prioridad del sistema es la producción de electricidad, calefacción urbana y el calor de la industria, ver referencias en pie de página.

En base a lo anterior, puede apreciarse que en la propuesta es innovadora y con alto potencial de ser desarrollada. Por otro lado, nuestro país no se encuentra una instalación con las características de esta propuesta, por lo que se estima que este proyecto detonará la utilización de los esquemas de suministro simultáneo de energía y el uso en mayor medida de los recursos geotérmicos de mediana y baja entalpia. Esta propuesta será pionera debido a que se incursiona en la aplicación inmediata de este tipo de plantas, facilitando la integración a una aplicación en particular y permitiendo la obtención de datos e información que permitan cuantificar de manera precisa los beneficios de estas instalaciones, así como dar confianza a empresarios para utilizar estos esquemas descentralizados.

Mburu, M., S. Kinyanjui y J. Kenyatta. Cascaded Use of Geothermal Energy: eburru Case Study. Geothermal Development Company Ltd y University of Agriculture and Technology, Kenya (2012).

Durgau, M.,. Cascading Use of Geothermal Energy With Moderate Temperature in Milk Pasteurization Plant. University of Oradea, Faculty of Electrical Energeneering and Information and Technology.

Hjartarson, H., R. Maack y S. Jóhannesson. Multiple Use of Geothermal Energy. Húsavik energy, Islandia.

Objetivos y metas

El objetivo del proyecto será el integrar y desarrollar una planta piloto experimental de poligeneración mediante el uso en cascada de la energía geotérmica, con la finalidad de utilizar los recursos geotérmicos no sólo para generación de electricidad sino también para la obtención de otros productos por uso directo de la energía geotérmica.

Número de proyecto

P16

Título de proyecto

Integración de una planta de poli-generación mediante el uso en cascada de la energía geotérmica

Tipo de proyecto

Estratégico

Línea de investigación

Desarrollos tecnológicos para explotación

Responsable de proyecto

Carlos Rubio Maya

Institución

Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, UMSNH