Análisis de sensibilidad 4E de dos ciclos renovables Brayton sCO2 acoplados a un ciclo DORC como sistema de recuperación de calor residual usando energía termosolar concentrada y biomasa de cascara de coco como fuente térmica

Abstract

La energía solar y la biomasa se consolidan como opciones viables y sostenibles para la generación de potencia. En este estudio se evaluó el desempeño energético, exergético, ambiental y económico de dos configuraciones de ciclos Brayton supercríticos de dióxido de carbono (sCO₂): con recompresión (SRC) y con recompresión e interenfriamiento por compresión principal (SMC), ambos acoplados a un ciclo orgánico Rankine de doble presión (DORC) como sistema de recuperación de calor residual, empleando Matlab® 2018b para el modelado. Se consideraron dos escenarios como fuente térmica: una torre de concentración solar (CSP) y un sistema híbrido solar-biomasa basado en biomasa de cáscara de coco. Asimismo, se evaluó el efecto de la temperatura de entrada a la turbina sobre los indica dores de desempeño. Los resultados muestran que la configuración SMC-DORC presenta mayor eficiencia térmica (53.38%) frente a la SRC-DORC (52.24%). En términos exergéticos, con fuente híbrida se alcanzaron eficiencias de 28.24 y 27.52%, respectivamente, superiores a las obtenidas con fuente solar. La integración del ciclo DORC incrementa la eficiencia energética y exergética en 7.56 y 3.66%. El análisis de ciclo de vida evidenció mayores emisiones absolutas en SMC-DORC, aunque al normalizar por kWh el híbrido redujo las emisiones en un 9%. Económicamente, el sistema híbrido redujo el LCOE a 99.85 USD/MWh para SMC-DORC y 115.76 USD/MWh para SRC-DORC, frente a valores superiores en el escenario solar. Se concluye que estas configuraciones representan una alternativa prometedora para diversificar la matriz energética, reducir emisiones y potenciar el desarrollo regional en el Caribe colombiano.