Optimización termoeconómica y ambiental de la integración de un ciclo de CO2 supercrítico en una central térmica para la reducción del costo de electricidad

Abstract

En el presente trabajo se realizó un análisis termo económico y exergoambiental de la central térmica de tipo ciclo simple Santa Rosa, ubicado en Lima (Perú). Posteriormente, el mismo análisis se aplicó a una nueva central térmica que resultó de la integración de un ciclo Brayton con calentamiento parcial de dióxido de carbono (CO2) supercrítico en la central térmica de ciclo simple. Se realizó un estudio paramétrico de forma a elucidar los efectos de algunas variables de decisión, en el desempeño termo económico del sistema propuesto. Finalmente, la central térmica integrada fue optimizada desde los puntos de vista termo económico y ambiental. La función objetivo considerada fue el costo total, el cual está conformada por la suma del costo de inversión de capital, costo de la destrucción de exergía y el costo ambiental. Los resultados demostraron que el costo unitario del producto total (electricidad) fue reducido en 10.37% respecto a la condición inicial. Además, el costo especifico de inversión y la eficiencia total son menores en 25.25% y 0.45% respectivamente, comparado con una central térmica de ciclo combinado convencional.

In this work, a thermoeconomic and exergoambiental analysis was carried out at the Santa Rosa simple cycle thermal power plant, located in Lima (Peru). Subsequently, the same analysis was applied to a new integrated thermal power plant, formed by the integration of a supercritical carbon dioxide partial heating Brayton cycle in the single cycle thermal power plant. An exhaustive parametric study was conducted to see the effects of some decision variables on the thermoeconomic performance of the proposed system. Finally, the integrated thermal power plant was optimized from the thermoeconomic and environmental point of view, the objective function considered was the total cost, which is made up of the sum of the cost of capital investment, cost of exergy destruction and environmental cost. The results showed that the total product unit cost (electricity) was reduced by 10.37% compared to the initial condition. In addition, the specific investment cost and total efficiency are lower by 25.25% and 0.45% respectively, compared to a conventional combined cycle thermal power plant.