Energía geotérmica

Energía geotérmica
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Concepto:Es la energía que obtiene por extracción del calor interno de la Tierra.

La energía geotérmica es aquella energía que puede ser obtenida por el hombre mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra.

El calor del interior de la Tierra se debe a varios factores, entre los que cabe destacar el gradiente geotérmico, el calor radiogénico, etc. Geotérmico viene del griegogeo, Tierra, y thermos, calor; literalmente calor de la Tierra.

Las plantas geotérmicas aprovechan el calor generado por la tierra. A varios kilómetros de profundidad en tierras volcánicas los geólogos han encontrado cámaras magmáticas, con roca a varios cientos de grados centígrados. Además en algunos lugares se dan otras condiciones especiales como son capas rocosas porosas y capas rocosas impermeables que atrapan agua y vapor de agua a altas temperaturas y presión y que impiden que estos salgan a la superficie. Si se combinan estas condiciones se produce un yacimiento geotérmico.

Obtención de la energía geotérmica

Se obtiene energía geotérmica por extracción del calor interno de la Tierra. En áreas de aguas termales muy calientes a poca profundidad, se perfora por fracturas naturales de las rocas basales o dentro de rocas sedimentarios. El agua caliente o el vapor pueden fluir naturalmente, por bombeo o por impulsos de flujos de agua y de vapor (flashing).

El método a elegir depende del que en cada caso sea económicamente rentable. Un ejemplo, en Inglaterra, fue el Proyecto de Piedras Calientes HDR (sigla en inglés: HDR, Hot Dry Rocks), abandonado después de comprobar su inviabilidad económica en 1989. Los programas HDR se están desarrollando en Australia, Francia, Suiza, Alemania. Los recursos de magma (rocas fundidas) ofrecen energía geotérmica de altísima temperatura, pero con la tecnología existente no se pueden aprovechar económicamente esas fuentes.

Explotación de la energía

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En la mayoría de los casos la explotación debe hacerse con dos pozos (o un número par de pozos), de modo que por uno se obtiene el agua caliente y por otro se vuelve a reinyectar en el acuífero, tras haber enfriado el caudal obtenido. Las ventajas de este sistema son múltiples:

  • Hay menos probabilidades de agotar el yacimiento térmico, puesto que el agua reinyectada contiene todavía una importante cantidad de energía térmica.
  • Tampoco se agota el agua del yacimiento, puesto que la cantidad total se mantiene.
  • Las posibles sales o emisiones de gases disueltos en el agua no se manifiestan al circular en circuito cerrado por las conducciones, lo que evita contaminaciones.

Tipos de yacimientos geotérmicos según la temperatura del agua

  • Energía geotérmica de alta temperatura. La energía geotérmica de alta temperatura existe en las zonas activas de la corteza. Esta temperatura está comprendida entre 150 y 400 °C, se produce vapor en la superficie y mediante una turbina, genera electricidad. Se requieren varios condiciones para que se dé la posibilidad de existencia de un campo geotérmico: una capa superior compuesta por una cobertura de rocas impermeables; un acuífero, o depósito, de permeabilidad elevada, entre 0,3 y 2 km de profundidad; suelo fracturado que permite una circulación de fluidos por convección, y por lo tanto la trasferencia de calor de la fuente a la superficie, y una fuente de calor magmático, entre 3 y 15 km de profundidad, a 500-600 °C. La explotación de un campo de estas características se hace por medio de perforaciones según técnicas casi idénticas a las de la extracción del petróleo.
  • Energía geotérmica de temperaturas medias. La energía geotérmica de temperaturas medias es aquella en que los fluidos de los acuíferos están a temperaturas menos elevadas, normalmente entre 70 y 150 °C. Por consiguiente, la conversión vapor-electricidad se realiza con un rendimiento menor, y debe explotarse por medio de un fluido volátil. Estas fuentes permiten explotar pequeñas centrales eléctricas, pero el mejor aprovechamiento puede hacerse mediante sistemas urbanos reparto de calor para su uso en calefacción y en refrigeración (mediante máquinas de absorción).
  • Energía geotérmica de baja temperatura. La energía geotérmica de temperaturas bajas es aprovechable en zonas más amplias que las anteriores; por ejemplo, en todas las cuencas sedimentarias. Es debida al gradiente geotérmico. Los fluidos están a temperaturas de 50 a 70 °C.
  • Energía geotérmica de muy baja temperatura. La energía geotérmica de muy baja temperatura se considera cuando los fluidos se calientan a temperaturas comprendidas entre 20 y 50 °C. Esta energía se utiliza para necesidades domésticas, urbanas o agrícolas.

Fronteras entre los diferentes tipos de energía

Las fronteras entre los diferentes tipos de energías geotérmicas es arbitraria; si se trata de producir electricidad con un rendimiento aceptable la temperatura mínima está entre 120 y 180 °C, pero las fuentes de temperatura más baja son muy apropiadas para los sistemas de calefacción urbana.

Ventajas e inconvenientes

Planta geotérmica de Nesjavellir en Islandia. Esta central energética da servicio a las necesidades de agua caliente del área metropolitana del Gran Reykjavík.

Ventajas

  • Es una fuente que evitaría la dependencia energética del exterior.
  • Los residuos que produce son mínimos y ocasionan menor impacto ambiental que los originados por el petróleo o el carbón.

Inconvenientes

  • En ciertos casos emisión de ácido sulfhídrico que se detecta por su olor a huevo podrido, pero que en grandes cantidades no se percibe y es letal.
  • En ciertos casos, emisión de CO2, con aumento de efecto invernadero; es inferior al que se emitiría para obtener la misma energía por combustión.
  • Contaminación de aguas próximas con sustancias como arsénico, amoníaco, etc.
  • Contaminación térmica.
  • Deterioro del paisaje.
  • No se puede transportar como energía primaria.
  • No está disponible más que en determinados lugares.

Usos

  • Generación de electricidad
  • Aprovechamiento directo del calor
  • Calefacción y ACS
  • Refrigeración por absorción

Generación de electricidad

Se produjo energía eléctrica geotérmica por vez primera en Larderello (Italia), en 1904. Desde ese tiempo, el uso de la energía geotérmica para electricidad ha crecido mundialmente a cerca de 8.000 megawatt de los cuales Estados Unidos genera 2700 MW.

Tipos de plantas eléctricas

Tres tipos se usan para generar potencia de la energía geotérmica:

  • Vapor seco
  • Flash
  • Binario.

Vapor seco

En las plantas a vapor seco se toma el vapor de las fracturas en el suelo y se pasa directamente por una turbina, para mover un generador. En las plantas flash se obtiene agua muy caliente, generalmente a más de 200 °C, y se separa la fase vapor en separadores vapor/agua, y se mueve una turbina con el vapor.

Géiseres

Los Géiseres (The Geysers), a 145 km al norte de San Francisco es la planta más grande de las que funcionan con vapor seco. La planta comenzó a funcionar en 1960 con 1360 MW de capacidad instalada y genera 1000 MW netos. La Calpine Corporation es dueña de 19 de las 21 plantas en The Geysers, y en Estados Unidos es el productor de energía renovable geotérmica más grande. Las otras dos plantas son propiedad de la Northern California Power Agency y Santa Clara Electric.

Cada actividad de una planta geotérmica afecta a todas las vecinas, por lo que la propiedad consolidada de The Geysers ha sido beneficiosa debido a la operación sincrónica y cooperativa, dejando de lado cualquier ventaja unitaria de corto término. Los Geiseres se recargan por inyección de los efluentes cloacales de las ciudades de Santa Rosa y de Lake County, California con plantas depuradoras del agua residual. Anteriormente, esos efluentes cloacales se arrojaban a ríos y arroyos.

Ahora se introducen en el yacimiento geotérmico, recargándolo para producir vapor. Otra gran cuenca geotérmica es el centro sur de California, en la orilla sudeste del Mar Salton Sea, cerca de las ciudades de Niland y de Calipatria. Desde 2001, hay 15 plantas geotérmicas produciendo electricidad. CalEnergy es dueña de 8 plantas y el resto son de varias compañías.

La producción total de las plantas es de 570 MW. En las provincias geológicas Basin y Range en Nevada, sudeste de Oregón, sudoeste de Idaho, Arizona y oeste de Utah se está produciendo un rápido desarrollo geotermal. En los 1980 había varias plantas pequeñas, cuando los precios de la energía eran altos. En los 1990s bajó el costo de la energía, no haciéndose desde entonces nuevas instalaciones.

En los 2000 resurge la industria geotérmica por las nuevas subidas del precio de la energía: plantas en Nevada Steamboat, Brady/Desert Peak, Dixie Valley, Soda Lake, Stillwater y Beowaw que producen conjuntamente 235 MW. Y más empresas están preparando nuevos proyectos. La energía geotérmica es muy eficiente en costos en la zona del Rift, África. KenGen de Kenya ha hecho dos plantas: Olkaria I (45 MW) y Olkaria II (65 MW), y se prevé una tercera planta privada, Olkaria III (48 MW), explotada por la Cía. israelí, especializada en geotermia, Ormat.

Incrementos de la producción

Hay planes para incrementar la capacidad de producción en otros 576 MW para 2017, cubriendo el 25 % de las necesidades eléctricas de Kenya, y reduciendo la dependencia del combustible importado. Se genera electricidad geotérmica en más de 20 países. Islandia produce el 17% de sus necesidades de la energía geotérmica, EE. UU., Italia, Francia, Nueva Zelandia, México, Nicaragua, Costa Rica, Rusia, Filipinas (1.931 MW (2º tras EE.UU., 27 % de su electricidad), Indonesia y Japón. Canadá que tiene 30.000 instalaciones de energía geotérmica para dar calefacción domiciliaria y a comercios) tiene una planta experimental geotérmico-eléctrica en la Montaña Meager Mountain, área de Pebble Creek en la Columbia Británica, con 100 MW en futuro próximo.

Binarias

En las plantas binarias, el agua caliente fluye a través de intercambiadores de calor, haciendo hervir un fluido orgánico que luego hace girar la turbina. El vapor condensado y el fluido remanente geotérmico de los tres tipos de plantas se vuelven a inyectar en la roca caliente para hacer más vapor. El calor de la tierra es considerado como una energía sostenible. El calor de la Tierra es tan vasto que solo se puede extraer una fracción, por lo que el futuro es relevante para las necesidades de energía mundial.

Desalinización

Douglas Firestone comenzó en la desalinización con el sistema evaporación condensación con aire caliente en 1998, probando que el agua geotermal se puede usar económicamente para producir agua desalinizada, en 2001.

En 2003, el profesor Ronald A. Newcomb (Universidad de San Diego State: Centro para Tecnologías Avanzadas de Agua) trabajó con Firestone para mejorar el proceso de la energía geotermal para desalinización.

En 2005 se ajusta el 5º prototipo desalinizador «Delta T» que usa un ciclo de aire forzado caliente, presión atmosférica, ciclo geotermal de evaporación condensación. EL aparato se surte de agua de mar filtrada en el Instituto Scripps de Oceanografía, reduciendo la concentración de sal de 35.000 ppm a 51 ppm a/a.

Inyección de agua

En varios sitios, ha ocurrido que los depósitos de magma se agotaron, cesando de dar energía geotérmica, quizás ayudado por la inyección del agua residual fría, en la recarga del acuífero caliente. O sea que la recarga por reinyección, puede enfriar el recurso, a menos que se haga un cuidadoso manejo. En al menos una localidad, el enfriamiento fue resultado de pequeños pero frecuentes terremotos. Esto ha traído una discusión si los dueños de una planta son responsables del daño que un temblor causa.

Extinción del calor

Así como hay yacimientos geotérmicos capaces de proporcionar energía durante muchas décadas, otros pueden agotarse y enfriarse. En un informe, el gobierno de Islandia dice: debe entenderse que la energía geotérmica no es estrictamente renovable en el mismo sentido que la hidráulica.

Utilización del agua geotérmica

El agua geotérmica es utilizada en todo el mundo, aunque no sea suficiente para generar electricidad. En cualquier momento en el que el agua geotérmica o el calor son utilizados directamente, menos electricidad es utilizada. Utilizando directamente agua geotérmica se conserva la energía y se reemplaza a los recursos de energía contaminante por otros más limpios. Las principales formas de uso no eléctrico de la energía geotérmica son los usos directos y las bombas de calor geotérmico.

Usos directos de las aguas

Los usos directos de las aguas geotérmicas van en un rango de 10 a 130 °C y son utilizadas directamente de la tierra:

  • Para uso sanitario.
  • Balnearios.
  • Para cultivos en invernaderos durante el periodo de nevadas.
  • Para reducir el tiempo de crecimiento de pescados, crustáceos, etc.
  • Para varios usos industriales como la pasteurización de la leche.
  • Para la implantación de calefacción en distritos enteros y viviendas individuales.

Sistemas de calefacción

Los sistemas de calefacción de distritos geotérmicos bombean agua geotérmica hacia un intercambiador de calor, donde este transfiere su calor a agua de ciudad limpia que es conducida por tuberías a los edificios del distrito. Luego, un segundo intercambiador de calor transfiere el calor al sistema de calefacción del edificio. El agua geotérmica es inyectada de nuevo al pozo de reserva para ser recalentada y utilizada de nuevo.

Sistema moderno

El primer sistema moderno de distrito fue desarrollado en la ciudad de Boise, Idaho. En el oeste de Estados Unidos, hay 271 comunidades con recursos geotérmicos disponibles para este uso. Modernos sistemas de calefacción de distritos también sirven a los hogares en Rusia, China, Francia, Suecia, Hungría, Rumanía y Japón. El sistema de calefacción de distrito más grande del mundo está en Reikiavik (capital de Islandia). Desde que comenzaron a utilizar la energía geotérmica como primer recursos de calor en Reykjavik, de por sí ya muy contaminada, ha empezado a ser una de las ciudades más limpias del mundo.

Uso creativo del calor geotérmico

El calor geotérmico está siendo usado de algunas formas muy creativas; su uso está limitado solo por nuestra ingenuidad. Por ejemplo, en las cataratas Klamath (en el estado de Oregón, donde existe un de los sistemas de calefacción de distrito más grandes de Estados Unidos, el agua geotérmica es también conducida bajo las carreteras y caminos vecinales para mantenerlos libres del agua helada.

El interés industrial por el desarrollo de la geotérmica

La industria, que es responsable de más del 30 % del consumo mundial de energía, también está comenzando a acercarse a la energía geotérmica fiable y barata. En Papua Nueva Guinea, una central eléctrica geotérmica de 56 megavatios propiedad de Lihir Gold Limited, una compañía global líder de oro, da respuesta al 75 % de la demanda de energía corporativa a un coste notablemente más barato que la producción de energía con combustible fósil.

En Islandia, cinco centrales eléctricas geotérmicas planeadas cerca de Reykjavik, que se calcula que tendrán una capacidad total de 225 megavatios cuando están terminadas en 2012, proporcionarán electricidad a las nuevas refinerías de aluminio. A pesar del potencial de desarrollo medido en centenares de millares de megavatios, la explotación de esta fuente renovable de energía todavía está en su infancia. Pero a medida que más y más líderes nacionales comienzan a ver la energía renovable como una alternativa rentable y con poco carbono a los combustibles fósiles tan volátiles en su precio e intensivos en carbono, se espera que la producción de energía geotérmica se mueva rápidamente desde un afluente marginal a la corriente principal.

Áreas geológicas y países productores

Las áreas geológicas de gran actividad tectónica son las zonas de subducción (donde la placa oceánica de la tierra y la de la corteza colisionan y se monta una sobre la otra). Estas regiones son las áreas que bordean el Océano Pacífico: la cordillera de Los Andes (América del Sur), los volcanes de América Central y México, la Cordillera Cascade de USA y Canadá, la cordillera Aleutian de Alaska, la Península de Kamchatka en Rusia, Japón, las Filipinas, Indonesia y Nueva Zelanda.

Otra zona energética activa es donde las placas tectónicas se están fragmentando (Islandia, los valles de África, la zona del Atlántico medio y las Provincia de Cordilleras y bases de USA); y los lugares llamados puntos calientes, que son puntos fijos en la Tierra que producen magma continuamente y forman manantiales y volcanes, como la cadena de las Islas Hawaii.

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Fuentes