Análisis de viabilidad técnica y económica de la Planta Geotérmica Quella Apacheta para la generación de electricidad en el distrito de San Cristóbal-Calacoa en el año 2014

Abstract

En este proyecto se evalúa, tanto técnica como económicamente, la integración de una planta de ciclo binario en una central geotérmica para la generación de electricidad. La implantación de unidades de ciclo binario es una forma de aprovechar de forma eficiente y económica los recursos geotérmicos de baja, media entalpía y evitar el problema de depósito de calcita existente cuando la temperatura del fluido geotérmico es menor de 150 ºC. En este tipo de plantas, el fluido geotérmico se pasa como líquido comprimido a través de intercambiadores de calor y es desechado después por medio de pozos de inyección aún en fase líquida. Además, estos sistemas de generación de electricidad hacen posible utilizar fluidos geotérmicos impuros químicamente y aprovechar el calor de la salmuera de desecho de otras unidades antes de reinyectarla de nuevo al reservorio geotérmico. Sin embargo, las centrales de ciclo binario también presentan algunos inconvenientes que en ocasiones harán inviable su utilización, como los elevados costes de instalación y mantenimiento asociados. Otro aspecto a tener en cuenta es que los recursos geotérmicos en numerosas ocasiones se encuentran en entornos de gran valor paisajístico y biodiversidad. En esos casos, a la hora de seleccionar el fluido de trabajo adecuado será fundamental la consideración de fluidos que no sean tóxicos, no sean inflamables y presenten un bajo potencial de calentamiento global (GWP). Hoy en día las centrales de ciclo binario son el tipo de planta geotérmica más utilizado para generar electricidad. Existen 155 unidades de ciclo binario en operación, generando 274 MW de electricidad en 16 países. Sin embargo, a pesar de constituir el 33% de todas las unidades geotérmicas en operación en el mundo, las plantas de ciclo binario generan solamente el 3% del total de la energía eléctrica de origen geotérmico. El estudio de este proyecto se centra en la planta Quella Apacheta. El Campo Geotérmico Quella Apacheta está ubicado en las faldas del Volcán Ticsani, en los Distritos de San Cristóbal, Cuchumbaya y Carumas. El complejo geotérmico Quella Apacheta constara de una planta con una capacidad instalada total de 20 MW. La única de ellas del tipo de ciclo binario es la planta Quella Apacheta, objeto de estudio de este proyecto. Está compuesta por dos unidades binarias que entraran en funcionamiento en el año 2026 y generan desde entonces un total de 20MW, colocando al Perú en el primer lugar en cuanto a potencia eléctrica generada con plantas geotérmicas de ciclo binario en Sudamérica. En esta planta como fluido de trabajo para el modelado se ha utilizado el n-pentano. Al estar la central ubicada en una zona protegida debido a la riqueza de flora y fauna existente y ser el n-pentano un fluido muy inflamable se ha estudiado en este proyecto la viabilidad de utilizar un fluido de trabajo distinto para evitar así el alto riesgo de incendio ante una eventual fuga o fallo en la planta. Para poder proponer alguna modificación en la planta, primero hay que conocer adecuadamente los distintos componentes que la conforman y los procesos que en ellos tienen lugar. Para ello se ha modelado la planta utilizando el software EES (Engineering Equation Solver). Manteniendo como constantes la temperatura de entrada de la salmuera y la potencia de salida de la turbina, se han probado dos fluidos de trabajo como alternativa al n-pentano, Amoníaco y refrigerante R-245fa. Los resultados con amoníaco no han podido considerarse válidos por dos motivos: 1.- Al no tener retroceso la curva de saturación del diagrama T-s, la expansión se hacía dentro de la campana, por lo que la turbina trabajaría con una mezcla bifásica que provoca mayor erosión y proporciona menor rendimiento. 2.- La temperatura de condensación a la presión de salida de la turbina queda por debajode 0 ºC. Con ello, la refrigeración ya no se podría realizar con agua, y habría que rediseñar el sistema de refrigeración por completo. En cambio, los resultados obtenidos para el R-245fa sí arrojan valores admisibles.