Estudio de optimización exergética y termodinámica de una central geotérmica en pampa Apacheta

Abstract

En este trabajo, se desarrolla un modelo termodinámico de una central geotérmica emplazada en Pampa Apacheta, utilizando los datos medidos en las pruebas de producción de Cerro Pabellón (48 [MW] instalados), la primera central geotérmica de Chile actualmente en construcción. De acuerdo a estudios previos y a la descripción del proyecto Cerro Pabellón, el tipo de central que mejor se adapta a las condiciones de Pampa Apacheta es una de ciclo combinado de expan-sión súbita binaria que consiste en un ciclo de generación con vapor y un ciclo binario cuya ener-gía es extraída de la salmuera o fase líquida del flujo geotérmico. Las variables de diseño escogidas en el modelo corresponden a las presiones de boca de pozo asociadas a las curvas de productividad, el fluido binario y la presión de trabajo de este último. Además, se incluye un procedimiento para evitar la precipitación de sílice, componente común del fluido geotérmico, en los distintos componentes del proceso de generación. El modelo es validado mediante cálculo de la potencia neta a partir de las condiciones de pozo de la central geotérmica Miravalles ubicada en Costa Rica. El resultado presenta un 1% de error diferencial y con esto se da por validado el modelo termodinámico computacional. En relación al modelamiento de la central en Pampa Apacheta, las presiones en la boca de los pozos deben ser las mínimas posibles, evitando la precipitación de sílice, es decir 800 [kPa] en el pozo CPE-1 y 350 [kPa] en el pozo CPE-2. Por otra parte, el fluido binario debe presentar tempe-raturas de evaporación entre 422 [K] y 430[K]. Entre un conjunto de fluidos binarios candidatos evaluados, el fluido que maximiza la potencia neta generada a partir de los pozos mencionados es el isopentano, considerado también para Cerro Pabellón, y que permite producir 9,9 [MW]. Se obtiene un rendimiento de primera ley de 7,26% y de segunda ley de 22,53%, valores bajos debido principalmente a las restricciones operacionales para evitar la precipitación de sílice. La central óptima presenta una utilización de 10,7 [(kg/s)/MW], es decir, al extraer 514 [kg/s] (flujo másico declarado para Cerro Pabellón) se obtiene una potencia neta de 48 [MW] a partir de 10 pozos de producción, utilizando isopentano como fluido de trabajo binario. Se estima que una central de esta envergadura en Pampa Apacheta tiene un costo de inversión aproximado de 320 [MM USD] incluyendo exploración, perforación, piping, la central de poten-cia y líneas de transmisión, que en términos unitarios se traduce en una inversión de 6,6 [MM USD/MW].