Nuevo estudio evalúa la economía de las centrales eléctricas híbridas geotérmicas

Informe sobre plantas de energía híbridas geotérmicas

Proyecto coproducido de gas natural y energía geotérmica en Swan Hills, Alberta, Canadá (fuente: FutEra Power Public Report, enero de 2023).

Introducción

Un estudio realizado por investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) y el Laboratorio Nacional de Idaho (INL) analiza la viabilidad técnica y comercial de las plantas de energía híbridas geotérmicas. El estudio examina escenarios para una planta híbrida geotérmica-gas natural y una planta “triple híbrida” que combina gas natural, energía solar térmica, almacenamiento de energía térmica y geotermia.

Aprovechando la eficiencia y la flexibilidad

Las plantas de energía geotérmica enfrentan desafíos para suministrar energía competitivamente en los mercados energéticos de Estados Unidos. Uno de estos desafíos es la dependencia de los Acuerdos de Compra de Energía (PPA) tradicionales, que no compensan la operación flexible de las plantas geotérmicas y limitan su capacidad para equilibrar el suministro y la demanda de electricidad o proporcionar regulación de frecuencia cuando otras fuentes de energía renovable disminuyen.

El despliegue geotérmico en los Estados Unidos ha sido limitado y se ha concentrado en la región occidental, donde es más fácil acceder a los recursos hidrotermales de alta temperatura. Sin embargo, los recursos de temperatura baja a media están más ampliamente disponibles en los Estados Unidos y ofrecen una oportunidad para aumentar el despliegue de energía geotérmica. Aunque las temperaturas más bajas resultan en una menor eficiencia térmica y mayores costos de generación.

El estudio propone la hibridación de plantas de energía geotérmica mediante la incorporación de calor procedente de energía solar térmica y calor residual de la combustión de gas natural. Esta estrategia ofrece varios beneficios que pueden permitir que las plantas de energía geotérmica generen electricidad a costos más competitivos:

• La adición de calor de energía solar térmica y calor residual de la combustión de gas natural a una planta de energía geotérmica proporciona una fuente adicional de energía que se puede convertir en electricidad.
• La temperatura del calor de los colectores solares o de la combustión de gas natural es más alta que la del calor geotérmico de recursos de temperatura baja a media, lo que mejora la eficiencia de la conversión de energía térmica en eléctrica.
• La integración de sistemas solares térmicos con almacenamiento de energía térmica y combustión de gas natural permite la generación de energía durante los períodos de máxima demanda.

Configuraciones de plantas de energía geotérmica híbrida

El estudio propuso varios modelos para operaciones geotérmicas híbridas:

• Geotermia híbrida: concentración de energía solar

Se investigó una configuración de planta de energía solar-geotérmica híbrida con un ciclo Rankine de vapor en la parte superior y un ciclo de fondo Rankine orgánico. Se exploraron configuraciones en las que tanto el calor geotérmico como el calor solar rechazado se utilizaron para vaporizar el fluido de trabajo del ciclo orgánico Rankine (ORC).

• Motor híbrido de geogas

Se propuso una configuración de planta híbrida de geogas que utiliza un grupo electrógeno con motor alternativo de gas natural y calor residual para impulsar un ciclo ORC de fondo. El calor geotérmico se utiliza para precalentar el fluido de trabajo ORC y el calor residual del motor alternativo se utiliza para vaporizar el fluido de trabajo ORC.

• Triple híbrida geo-gas-solar

Se consideró un ciclo híbrido geotérmico y de gas que recupera calor de la corriente de escape de la turbina de gas y utiliza una turbina de vapor de contrapresión para transferir el calor rechazado a un ciclo ORC de fondo.

Modelado y resultados

• Geotermia híbrida: concentración de energía solar

Un diseño de planta híbrida que combina un ciclo de fondo ORC y un ciclo de vapor superior aprovechando un recurso solar térmico y un recurso geotérmico de baja temperatura produce un costo nivelado de energía (LCOE) más bajo que un sistema geotérmico independiente. Esto presenta un caso convincente para el diseño de una planta híbrida en lugares con bajas temperaturas de recursos geotérmicos.

En áreas con temperaturas de recursos geotérmicos más altas, una planta exclusivamente geotérmica tiene un LCOE más bajo que el ciclo híbrido y no requiere la adición de calor solar.

• Motor híbrido de geogas

El análisis de una planta híbrida con motor alternativo geotérmico y gas natural indica que puede producir energía a un LCOE más bajo en comparación con una planta geotérmica independiente siempre que el motor de gas natural funcione durante más de 12 horas al día. La planta híbrida también reduce las emisiones de carbono en comparación con el motor alternativo de gas natural.

• Planta triple híbrida

El análisis de una planta “triple híbrida” que combina gas natural, energía solar térmica, almacenamiento de energía térmica y geotermia muestra una generación de energía e ingresos significativamente mayores que una planta de gas natural convencional o el híbrido geotérmico-solar original. La planta triple híbrida también tiene un LCOE más bajo que la planta de gas natural independiente.

Fuente de referencia: ThinkGeoEnergy / US DOE Office of Scientific and Technical Information

Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) abordados en el artículo:

• Objetivo 7: Energía asequible y no contaminante
• Objetivo 9: Industria, innovación e infraestructura
• Objetivo 13: Acción por el clima

Metas específicas de los ODS identificadas en el artículo:

• Meta 7.2: Aumentar la proporción de energía renovable en el mix energético global
• Meta 9.4: Actualizar la infraestructura y reconvertirla para que sea sostenible y resiliente
• Meta 13.2: Integrar medidas de mitigación y adaptación al cambio climático en las políticas y estrategias nacionales

Indicadores de los ODS mencionados o implícitos en el artículo:

• Indicador 7.2.1: Proporción de energía renovable en el consumo final de energía
• Indicador 9.4.1: Valor agregado de la industria manufacturera y proporción del empleo en la industria manufacturera en el empleo total
• Indicador 13.2.1: Integración de medidas de mitigación y adaptación al cambio climático en políticas, estrategias y planes nacionales

Tabla de ODS, metas e indicadores:

Fuente: piensageotermia.com