Ciclos Binarios de Vapor

Ciclos binarios de vapor
Centrales eléctricas binarias

Las plantas binarias, como las plantas de vapor seco y flash-vapor, utilizan vapor
caliente de origen natural generado por la actividad desde el interior del núcleo
de la Tierra. Todas las plantas geotérmicas convierten la energía térmica en
energía mecánica y finalmente en energía eléctrica.
Las plantas binarias usan específicamente un segundo fluido de trabajo (por lo

tanto, "binario") con un punto de ebullición mucho más bajo que el agua. El
fluido binario se opera a través de un ciclo Rankine convencional. Generalmente,
el fluido de trabajo es un hidrocarburo como el isopentano o un refrigerante. El
fluido geotérmico (predominantemente vapor de agua) y el fluido de trabajo
pasan a través de un intercambiador de calor, donde el fluido de trabajo se
convierte en vapor e impulsa las turbinas. Luego, el vapor de agua enfriado se
libera nuevamente en los depósitos subterráneos, por lo que el ciclo puede
comenzar de nuevo. No se emite gas a la atmósfera, ya que el ciclo binario es un
sistema cerrado. [3]
El ciclo binario puede operar con temperaturas de fluidos geotérmicos que

oscilan entre 85 ° C y 170 ° C. Dependiendo de las temperaturas, se seleccionan
diferentes fluidos de trabajo en función de los puntos de ebullición apropiados. El
límite superior de temperatura está bien restringido por los fluidos de trabajo, ya
que generalmente son moléculas orgánicas que se vuelven térmicamente
inestables a temperaturas más altas. El límite de temperatura baja está restringido
por preocupaciones económicas y de ingeniería. El tamaño del intercambiador de
calor para una capacidad dada se vuelve impráctico y costoso a bajas
temperaturas. Las cargas parasitarias que impulsan la planta también requieren
porcentajes mayores de la energía de salida. [3]
Ventajas de las plantas binarias
En la industria geotérmica, las "altas temperaturas" se caracterizan por
temperaturas de vapor superiores a 150 ° C. Las bajas temperaturas restringen
comprensiblemente las eficiencias de primera ley de las plantas geotérmicas,
según [3]
η <1 - T c / T h donde η es la eficiencia, T c es la temperatura absoluta del

reservorio frío y T h es la temperatura absoluta del reservorio caliente.
Las plantas secas y las plantas flash utilizan la salmuera geotérmica para
alimentar directamente las turbinas. Por lo tanto, no se pueden utilizar para
recursos de temperatura más baja. Las plantas binarias pueden aprovechar los
fluidos a baja temperatura, por lo que se pueden utilizar en aplicaciones más
extendidas. [2]
Desde el punto de vista medioambiental, las plantas binarias poseen ventajas

clave en el sentido de que no liberan fluidos geotérmicos al medio ambiente. Los
gases de la Tierra no solo incluyen vapor de agua. Incluyen nitrógeno, dióxido de
carbono, sulfuro de hidrógeno, amoníaco, mercurio, radón y boro. La mayoría de
los peligros ambientales se liberan a través del agua de eliminación o al medio
ambiente. Aunque es una práctica común que las centrales eléctricas eliminen el
sulfuro de hidrógeno del vapor geotérmico emitido, este gas tóxico aún puede
representar un peligro para el medio ambiente o la salud. Además, el invernadero
(CO 2) las emisiones rondan por lo general entre 13 y 380 g / kWh, lo que es
pequeño en comparación con los 906 g / kWh del petróleo, los 453 g / kWh del
gas natural o los 1042 g / kWh del carbón, pero sigue siendo sustancial. [1] Las
plantas binarias evitan estos problemas por completo al devolver el gas
geotérmico enfriado a su depósito subterráneo.
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%
Efectos ambientales y costos económicos
Los efectos ambientales del desarrollo geotérmico y la generación de energía incluyen los
cambios en el uso de la tierra asociados con la exploración y la construcción de plantas, la
contaminación acústica y visual, la descarga de agua y gases, la producción de malos olores
y el hundimiento del suelo . La mayoría de esos efectos, sin embargo, se
pueden mitigar con la tecnología actual para que los usos geotérmicos no tengan más que
un impacto mínimo en el medio ambiente . Por ejemplo, Klamath Falls , Oregon, cuenta
con aproximadamente 600 pozos geotérmicos para calefacción de espacios
residenciales. La ciudad también ha invertido en un sistema de calefacción de distrito y un
sistema de derretimiento de nieve en el centro, y proporciona calefacción a las empresas
locales. Sin embargo, ninguno de los sistemas utilizados para suministrar y
entregar energía geotérmica es visible en la ciudad.
Además, las BPH tienen un efecto mínimo sobre el medio ambiente, porque hacen uso de
recursos geotérmicos poco profundos dentro de los 100 metros (aproximadamente 330 pies)
de la superficie. Las BPH causan solo pequeños cambios de temperatura en el agua
subterráneao rocas y tierra en el suelo. En los sistemas de circuito cerrado, la temperatura
del suelo alrededor de los pozos verticales aumenta o disminuye ligeramente; la dirección
del cambio de temperatura depende de si el sistema está dominado por la calefacción (que
sería el caso en las regiones más frías) o la refrigeración (que sería el caso en las regiones
más cálidas). Con cargas equilibradas de calefacción y refrigeración, las temperaturas del
suelo se mantendrán estables. Asimismo, los sistemas de circuito abierto que utilizan agua
subterránea o de lago tendrían muy poco efecto sobre la temperatura, especialmente en
regiones caracterizadas por altos flujos de agua subterránea.
Al comparar los beneficios de la energía geotérmica con otras fuentes de energía renovable,

la principal ventaja de la energía geotérmica es que su carga base está disponible las 24
horas del día, los 7 días de la semana, mientras que la energía solar y eólica están
disponibles solo alrededor de un tercio del tiempo. Además, el costo de la energía
geotérmica varía entre 5 y 10 centavos por kilovatio-hora, lo que puede ser competitivo con
otras fuentes de energía, como el carbón . La principal desventaja del desarrollo de la
energía geotérmica es el alto costo de inversión inicial en la construcción de las
instalaciones y la infraestructura.y el alto riesgo de probar los recursos. (A menudo se
encuentran recursos geotérmicos en rocas de baja permeabilidad, y las actividades de
exploración a menudo perforan pozos "secos", es decir, pozos que producen vapor en
cantidades demasiado bajas para ser explotadas económicamente). Sin embargo, una vez
que se prueba el recurso, el costo anual de combustible (es decir, agua caliente y vapor) es
bajo y tiende a no subir de precio.
Partes de la planta de energía geotérmica de ciclo binario
Ventilación geotérmica
Es un pozo perforado profundo que comienza en la superficie de la

tierra y termina en la fuente geotérmica. El agua sobrecalentada a
alta presión se mueve desde la fuente hacia la superficie a través
de las tuberías.
Intercambiador de calor
Esta parte de la Planta de Energía Geotérmica de ciclo Binario la

diferencia de los otros tipos de plantas de energía geotérmica. El
intercambiador de calor es el dispositivo que intercambia el calor
entre dos líquidos que fluyen en diferentes tuberías a diferentes
temperaturas.
Turbina
La turbina es la parte que convierte la energía de presión del fluido

en energía cinética. La turbina giratoria se utiliza para hacer girar
el generador para producir la electricidad.
Generador
El generador es el dispositivo eléctrico que se utiliza para convertir

el movimiento de rotación de la turbina en energía eléctrica.
Condensador
El líquido a alta presión después de pasar a través de la turbina se

mueve hacia el condensador donde se libera su presión y se
convierte en forma líquida normal.
Funcionamiento de la planta de energía geotérmica de

ciclo binario
El agua a una temperatura inferior a 400 F se toma de la fuente

geotérmica y pasa a través del intercambiador de calor donde su
calor se transfiere a un líquido de ebullición relativamente baja. El
líquido de bajo punto de ebullición cuando absorbe el calor se
vaporiza y establece más presión que el agua a la misma
temperatura. Después del intercambiador de calor, el agua regresa
al suelo, mientras que el líquido de bajo punto de ebullición se
mueve hacia la turbina en la cara de vapor a alta presión. Las palas
de la turbina convierten la energía de presión del líquido en el
movimiento de rotación de la turbina y el movimiento de rotación
de la turbina se convierte en energía eléctrica mediante el
generador eléctrico. Luego, el líquido se mueve hacia el
condensador donde se libera su presión y se puede usar
nuevamente.
Ventajas de la planta de energía geotérmica de ciclo

binario
 Molde inicial bajo que otros tipos porque tiene menos partes
que otros tipos
 Cero eliminaciones porque es un proceso de ciclo cerrado
 La mayoría de los recursos geotérmicos son de temperatura

moderada, por lo que este proceso es el más utilizado.
 Más seguro que todos los demás tipos
Desventajas de la planta de energía geotérmica de ciclo

binario
 Cuestiones ambientales. Hay una gran cantidad de gases de efecto

invernadero debajo de la superficie de la tierra. ...
 Inestabilidad de la superficie (terremotos) La construcción de plantas de
energía geotérmica puede afectar la estabilidad de la tierra. ...
 Costoso. ...
 Específico de la ubicación. ...
 Problemas de sostenibilidad.

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Centrales eléctricas binarias

Las plantas binarias usan específicamente un segundo fluido de trabajo (por lo

El ciclo binario puede operar con temperaturas de fluidos geotérmicos que

η <1 - T c / T h donde η es la eficiencia, T c es la temperatura absoluta del

Desde el punto de vista medioambiental, las plantas binarias poseen ventajas

Ciclo de vapor Rankine

El ciclo de Rankine es la forma ideal de un ciclo de energía de vapor. Se pueden

“La energía se extrae de una corriente de fluido caliente, como el agua

Existen numerosas centrales eléctricas de ciclo binario en producción comercial:

 Olkaria III , Kenia

 Mammoth Lakes , California, Estados Unidos [7]

 Central eléctrica de Te Huka , Nueva Zelanda [9]

Efectos ambientales y costos económicos

Al comparar los beneficios de la energía geotérmica con otras fuentes de energía renovable,

Partes de la planta de energía geotérmica de ciclo binario

Es un pozo perforado profundo que comienza en la superficie de la

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La turbina es la parte que convierte la energía de presión del fluido

El generador es el dispositivo eléctrico que se utiliza para convertir

El líquido a alta presión después de pasar a través de la turbina se

Funcionamiento de la planta de energía geotérmica de

El agua a una temperatura inferior a 400 F se toma de la fuente

Ventajas de la planta de energía geotérmica de ciclo

 Cero eliminaciones porque es un proceso de ciclo cerrado

 La mayoría de los recursos geotérmicos son de temperatura

 Más seguro que todos los demás tipos

Desventajas de la planta de energía geotérmica de ciclo

 Cuestiones ambientales. Hay una gran cantidad de gases de efecto

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