Nitrous oxide as working fluid in enhanced geothermal systems (EGS) stars

Resumen

La energía geotérmica es una fuente de energía renovable que se puede encontrar en abundancia en nuestro planeta. Solo una pequeña fracción de esta se convierte actualmente en energía eléctrica, aunque en los últimos años la capacidad geotérmica instalada ha aumentado considerablemente en todo el mundo. Los sistemas geotérmicos mejorados (EGS), representan un camino para convertir los enormes recursos proporcionados por la energía geotérmica, en electricidad para el consumo humano de manera eficiente y a gran escala. Inicialmente, se presenta una descripción general de esta tecnología en constante expansión, desde sus orígenes hasta el estado actual del arte. La planta de Geodynamics en Habanero (Australia), que se inauguró el 2 de mayo de 2013, es la primera planta de EGS comercial de gestión privada que produce electricidad a gran escala. Gracias al desarrollo tecnológico de los EGS en los últimos años, el futuro se ve brillante para tales plantas en las próximas décadas. Posteriormente, se presenta un análisis económico completo de los sistemas geotérmicos mejorados. Se han examinado los paquetes de software existentes para estimar y simular costes, convencionalmente utilizados en el estudio de instalaciones de sistemas geotérmicos mejorados, centrándose en EURONAUT, el principal software europeo, y en el software estadunidense GEOPHIRES. Se presentan los principales hallazgos obtenidos con estas dos herramientas y se proponen diferentes enfoques para obtener mejores resultados, a partir de los supuestos y parámetros iniciales, utilizados en áreas que aún deben explorarse mediante la utilización de estos softwares. Finalmente, esta tesis doctoral presenta un estudio sobre los fluidos de trabajo que pueden usarse en un Sistema Geotérmico Mejorado (EGS), como una forma de hacer un uso eficiente y a gran escala de los enormes recursos que ofrece la energía geotérmica. En primer lugar, investigamos los dos fluidos de trabajo más utilizados en dichas plantas: agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2). El análisis comparativo saca a la luz las ventajas de cada uno, lo que permite evaluar sus propiedades beneficiosas. Esto nos lleva a establecer qué propiedades debería de tener un fluido de trabajo alternativo. En segundo lugar, analizamos los fluidos incluidos en la base de datos del programa Engineering Equation Solver (EES). Esto implica un estudio de sus propiedades termodinámicas en las condiciones de trabajo establecidas. Con base en las propiedades de cada fluido de trabajo alternativo y en los resultados obtenidos a través del EES, buscamos determinar qué fluido de trabajo tiene el mejor rendimiento. Por último, los resultados obtenidos después del análisis nos llevan a concluir que la fase única supercrítica del óxido nitroso (SCN2O) parece ser una alternativa a los dos fluidos de trabajo utilizados hasta la fecha.