Estudio económico de la implementación del ciclo binario combinado para la generación de energía eléctrica mediante el aprovechamiento de recursos geotérmicos en la zona de “Tufiño-Chiles-Cerro Negro”

El propósito de este trabajo es evaluar la viabilidad de la implementación de un ciclo binario combinado entre ORC y Kalina, para la generación de energía eléctrica a partir del potencial geotérmico de media temperatura en la zona de “Tufiño, Chiles y cerro negro - Colombia”. Para realizar el anális...

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Autores:: Prada Plata, Angie Daniela
Noriega Rincón, Yesica Andrea

Tipo de recurso:: Trabajo de grado de pregrado

Fecha de publicación:: 2022

Institución:: Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB

Repositorio:: Repositorio UNAB

Idioma:: spa

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description	El propósito de este trabajo es evaluar la viabilidad de la implementación de un ciclo binario combinado entre ORC y Kalina, para la generación de energía eléctrica a partir del potencial geotérmico de media temperatura en la zona de “Tufiño, Chiles y cerro negro - Colombia”. Para realizar el análisis se implementó la herramienta computacional Aspen Hysys, donde se determinó el comportamiento de la recuperación de calor a través de sistemas de potencia binarios combinando el ciclo ORC y Kalina. Para los fluidos orgánicos seleccionados para el ciclo ORC (R134a, R218, Butano y Pentano), se evidencio que el Pentano presento un mejor comportamiento, alcanzando una potencia de 16,11 MWe, generación de energía anual de 126,99 GWh/año, Eficiencia de 6,98% y un LCOE de 0.0697 USD/kWh. Por otro lado, para el Ciclo Kalina, se determinó que la mejor concentración de Amoniaco-Agua fue de 18,28% amoniaco y 81,72% de agua, porcentaje en peso, para maximizar la Generación Eléctrica. Finalmente, los resultados obtenidos presentan la configuración Kalina-ORC, como la alternativa con mayor viabilidad técnicaeconómica, alcanzando Potencias Eléctricas de 29,44 MWe y una generación de energía anual de 232,11 GWh/año, Eficiencia de 12,54% y un LCOE de 0,059 USD/kWh.
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Para realizar el análisis se implementó la herramienta computacional Aspen Hysys, donde se determinó el comportamiento de la recuperación de calor a través de sistemas de potencia binarios combinando el ciclo ORC y Kalina. Para los fluidos orgánicos seleccionados para el ciclo ORC (R134a, R218, Butano y Pentano), se evidencio que el Pentano presento un mejor comportamiento, alcanzando una potencia de 16,11 MWe, generación de energía anual de 126,99 GWh/año, Eficiencia de 6,98% y un LCOE de 0.0697 USD/kWh. Por otro lado, para el Ciclo Kalina, se determinó que la mejor concentración de Amoniaco-Agua fue de 18,28% amoniaco y 81,72% de agua, porcentaje en peso, para maximizar la Generación Eléctrica. Finalmente, los resultados obtenidos presentan la configuración Kalina-ORC, como la alternativa con mayor viabilidad técnicaeconómica, alcanzando Potencias Eléctricas de 29,44 MWe y una generación de energía anual de 232,11 GWh/año, Eficiencia de 12,54% y un LCOE de 0,059 USD/kWh.RESUMEN ..................................................................................................................................... 11 INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................... 14 JUSTIFICACIÓN ........................................................................................................................... 16 4. MARCO CONTEXTUAL ...................................................................................................... 19 4.1 Energía geotérmica .............................................................................................................. 19 4.1.1 Tipos de yacimientos ................................................................................................ 21 4.1.2 La energía geotérmica en el mundo ....................................................................... 24 4.1.3 Costos de la energía geotérmica ............................................................................. 28 4.1.4 Energía Geotérmica en Colombia ........................................................................... 31 4.1.5 Legislación en Colombia ........................................................................................... 33 4.1.6 Avances de la geotermia en la zona “Tufiño, Chiles y Cerro Negro” ................. 34 4.2 Plantas geotérmicas tipo binario ...................................................................................... 38 4.2.1 Ciclo Rankine Orgánico ............................................................................................ 40 4.2.2 Ciclo Kalina ................................................................................................................. 41 4.3 Análisis económico .............................................................................................................. 44 4.3.1 Coste de inversión ..................................................................................................... 44 4.3.1.1 Primera Etapa: Exploración .......................................................................... 44 4.3.1.2 Segunda Etapa: Confirmación ..................................................................... 45 4.3.2 Costos de operación y mantenimiento ................................................................... 46 5. OBJETIVOS ........................................................................................................................... 48 Objetivo General ........................................................................................................................ 48 Objetivos específicos ................................................................................................................ 48 6. METODOLOGIA ................................................................................................................... 49 6.1 Selección de los fluidos de trabajo para el ciclo ORC ............................................................. 54 6.2 Determinación de concentración de mezcla para el ciclo Kalina ................................. 62 6.3 Análisis de sensibilidad ...................................................................................................... 62 6.4 Costos y análisis económico del ciclo .............................................................................. 63 7. ANALISIS DE RESULTADOS ............................................................................................ 71 7.1 Concentración del fluido de trabajo (mezcla amoniaco-agua) del ciclo Kalina .......... 71 7.2 Resultados termodinámicos del ciclo combinado .......................................................... 72 7.3 Resultados del análisis de sensibilidad ........................................................................... 75 7.4 Resultados de Costos y análisis económico ................................................................... 83 8. CONCLUSIONES.................................................................................................................. 87 9. RECOMENDACIONES ........................................................................................................ 90 10. REFERENCIAS ................................................................................................................. 91PregradoThis work aims to assess the feasibility of using mixed cycles (Kalina/ORC) for electric energy generation from geothermal resources in the area of the "TufiñoChiles-Cerro Negro" Binational Geothermal Project, in the Colombia/Ecuador border, in relationship to the geothermal potential of mean temperature. We performed this analysis using the software Aspen Hysys(c) to model the thermal recovery on the geothermal system using a mix of binary cycle heat engines ORC and Kalina. For organic fluids selected for ORC (R134a, R218, butane, and pentane), the best performance was for pentane, reaching a net power of 16,11MWe, yearly energy generation of 126,99 GWh/year, and efficiency of 6,98%, and LCOE=0.0697 USD/kWh. For Kalina cycles, ammoniac/water concentration yielding the higher electric generation was 18,28% weight percentage. Finally, the outcoming results are showing the mixed engine Kalina/ORC as a feasible alternative with higher technic-economic viability, reaching an electric power of 29,44MWe and a yearly energy generation of 232,11 GWh/year, efficiency of 12,54%, and LCOE of 0,059 USD/KWh.application/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombiahttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Estudio económico de la implementación del ciclo binario combinado para la generación de energía eléctrica mediante el aprovechamiento de recursos geotérmicos en la zona de “Tufiño-Chiles-Cerro Negro”Economic study of the implementation of the binary combined cycle for the generation of electrical energy through the use of geothermal resources in the "Tufiño-Chiles-Cerro Negro" areaIngeniero en EnergíaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABPregrado Ingeniería en Energíainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1finfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPEnergy engineeringTechnological innovationsEnergyViabilityCombined cycleGeothermalBinary cycleOCREnergy generationEnergetic industryGeothermal power plantsIngeniería en energíaInnovaciones tecnológicasEnergíaViabilidadGeneración de energíaIndustria energéticaCentrales geotérmicasCiclo combinadoGeotermiaCiclo binarioORCKalina[1] Instituto Geológico y Minero de España. 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Estudio económico de la implementación del ciclo binario combinado para la generación de energía eléctrica mediante el aprovechamiento de recursos geotérmicos en la zona de “Tufiño-Chiles-Cerro Negro”

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