Modelado y diseño de una central geotérmica estimulada de ciclo binario de 1 MW en Castellón

Abstract

[ES] Desde el inicio de su existencia, el sector eléctrico ha tenido como misión cubrir la demanda eléctrica de la población. A día de hoy, con las necesidades del mundo moderno, esta misión parece más difícil que nunca por el gran aumento de la demanda a nivel global. Además, las grandes compañías eléctricas deben abordar este problema ofreciendo una solución que garantice el bienestar medioambiental y sea económicamente accesible para la población. El caso de España se acopla a lo descrito anteriormente. A lo largo del último medio siglo se han aprobado diversos planes a nivel nacional para promover el surgimiento de determinados sectores energéticos en el país atendiendo a las necesidades de cada momento y obteniendo el mix energético actual. Es por ello que, para atender a los problemas actuales, sea hora de volver a apostar por un nuevo tipo de energía que aún no está presente en el combinado energético español: la geotermia, basada en aprovechar yacimientos subterráneos de alta entalpía. Desafortunadamente, en España no existen yacimientos de alta entalpía, pero hay una alternativa: la geotermia de sistema estimulado. Un sistema de geotermia estimulado consiste en aprovechar los yacimientos de roca caliente seca subterráneos mediante la creación de pozos artificiales. Esto es, se realizan determinadas perforaciones profundas denominadas ¿de inyección¿ para inyectar agua desde la superficie a los yacimientos de roca caliente seca. Después, mediante perforaciones ¿de producción¿, el agua vuelve a la central habiendo sido calentada y lista para ser aprovechada en la central. Según un estudio de la Universidad de Valladolid mediante la explotación de este tipo de sistemas en España se podrían generar hasta 700 MW, lo que quintuplica la potencia eléctrica actual. En este Trabajo de Final de Grado se presentará el proyecto de una central geotérmica de sistema estimulado de ciclo binario con tamaño alrededor de 1 MW en Castellón que usaría un fluido de trabajo apropiado para la aplicación. La central seguiría la estructura de un ciclo de Rankine, actuando como caldera unos intercambiadores de calor en los que el fluido de trabajo y el agua del pozo de producción intercambiarían energía. De esta forma se demostrará que con más centrales como ésta por todo el país se podría contribuir a cubrir la cada vez más grande demanda eléctrica y además mediante una energía limpia que también contribuye a no dañar el medioambiente y cuyo principal inconveniente, el impacto sísmico inducido, se puede evitar con un estudio previo detallado del lugar.

[CA] Des de l'inici de la seua existència, el sector elèctric ha tingut com a missió cobrir la demanda elèctrica de la població. Hui dia, amb les necessitats del món modern, aquesta missió sembla més difícil que mai pel gran augment de la demanda a nivell global. A més, les grans companyies elèctriques han d'abordar aquest problema oferint una solució que garantisca el benestar mediambiental i siga econòmicament accessible per a la població. El cas d'Espanya s'acobla al descrit anteriorment. Al llarg de l'últim mig segle s'han aprovat diversos plans a nivell nacional per a promoure el sorgiment de determinats sectors energètics al país ateses les necessitats de cada moment i obtenint el mix energètic actual. És per això que, per a atendre els problemes actuals, és hora de tornar a apostar per un nou tipus d'energia que encara no és present en el combinat energètic espanyol: la geotèrmia, basada a aprofitar jaciments subterranis d'alta entalpia. Desafortunadament, a Espanya no existeixen jaciments d'alta entalpia, però hi ha una alternativa: la geotèrmia de sistema estimulat. Un sistema de geotèrmia estimulat consisteix a aprofitar els jaciments de roca calenta seca subterranis mitjançant la creació de pous artificials. Això és, es realitzen determinades perforacions profundes denominades “d'injecció” per a injectar aigua des de la superfície als jaciments de roca calenta seca. Després, mitjançant perforacions de “de producció”, l'aigua torna a la central havent sigut calfada i llista per a ser aprofitada en la central. Segons un estudi de la Universitat de Valladolid mitjançant l'explotació d'aquesta mena de sistemes a Espanya es podrien generar fins a 700 GW, la qual cosa quintuplica la potència elèctrica actual. En aquest Treball de Final de Grau es presentarà el projecte d'una central geotèrmica de sistema estimulat de cicle binari amb grandària al voltant de 1 MW a Castelló que usaria un fluid de treball apropiat per a l'aplicació. La central seguiria l'estructura d'un cicle de Rankine, actuant com a caldera uns bescanviadors de calor en els quals el fluid de treball i l'aigua del pou de producció intercanviarien energia. D'aquesta manera es demostrarà que amb més centrals com aquesta per tot el país es podria contribuir a cobrir la cada vegada més gran demanda elèctrica i a més mitjançant una energia neta que també contribueix a no danyar el medi ambient i el principal inconvenient del qual, l'impacte sísmic induït, es pot evitar amb un previ estudi detallat del lloc.

[EN] Since the beginning of its existence, the electricity sector has had the mission of meeting the population¿s electricity demand. Today, with the needs of the modern world, this mission seems more difficult than ever because of the huge increase in global demand. In addition, large electricity companies must tackle this problem by offering a solution that guarantees environmental welfare and is economically accessible to the population. The case of Spain follows the above. Over the past half century, a number of plans have been adopted at the national level to promote the emergence of specific energy sectors in the country in response to the needs of each moment leading to the current energy mix. That is why, to address the current problems, it is time to recommit to a new type of energy that is not yet present in the Spanish energy mix: geothermal energy, based on exploiting underground deposits of high enthalpy. Unfortunately, in Spain there are no deposits of high enthalpy, but there is an alternative: enhanced geothermal systems. An enhanced geothermal system involves tapping underground dry hot rock deposits by creating artificial wells. That is, certain deep "injection" drillings called are made to inject water from the surface into the dry hot rock deposits. Then, through "production" drillings, the water returns to the plant, having been heated and ready to be used in the plant. The system consists of two drillings in the ground, one will be used to transport water to the inside of the Earth and take advantage of the heat of the rocks to reach the appropriate conditions to be used by a power plant; the second drilling is precisely to ensure that once these conditions have been reached, the water returns to the plant. According to a study by the University of Valladolid the utilization of such systems in Spain could generate up to 700 MW, which quintuples the current electrical power. In this Final Degree Project a project of an enhanced binary cycle geothermal power plant in Castellón with size around 1 MW that would use an appropriate working fluid for the application will be presented. The plant would follow the structure of a Rankine cycle, acting as a boiler heats exchangers in which the working fluid and water from the production well would exchange energy. In this way it will be demonstrated that more power plants like this throughout the country could help to cover the growing electricity demand through clean energy that also contributes to not damage the environment and whose main disadvantage, induced seismic impact, can be avoided with a detailed site study.