Energía geotérmica. Una energía limpia con un siglo de historia
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Los recursos geotérmicos constituyen la parte de la energía geotérmica o calor interno de la Tierra, que puede ser aprovechada en términos económicos por el hombre. Se clasifican habitualmente en dos tipos:
- Recursos geotérmicos de alta temperatura en los que ésta supera los 150ºC
- Recursos geotérmicos de baja y media temperatura, cuando ésta no alcanza los 150ºC.
Las condiciones para la existencia en una zona determinada de recursos de alta temperatura o baja temperatura son diferentes, primando en el primer caso las condiciones de tipo geológico y en el segundo las condiciones de tipo económico.
Uno de los mayores desafíos de la gestión de la energía geotérmica es su variabilidad. La cantidad de energía geotérmica disponible puede variar dependiendo de factores como la actividad volcánica y la estación del año. La previsión meteorológica puede desempeñar un papel clave en ayudar a gestionar esta variabilidad.
- La geotermia hoy en dia
- ¿Qué es la energía geotérmica?
- Yacimientos geotérmicos
- La geotermia en el mundo
- El caso de Islandia
- La geotermia en España
La geotermia hoy en dia
Hoy en día existen instalaciones para producir electricidad a partir de fluidos geotérmicos, con una potencia total instalada en el mundo de más de 8.300 MWe. Las explotaciones de baja temperatura con aprovechamiento directo de calor alcanzan una potencia instalada superior a 15.000 MWt, ello sin contar los aprovechamientos en baños termales que superan los 6.500 MWt.
Las tecnologías de aprovechamiento de los recursos geotérmicos dependen del nivel térmico disponible y del tipo de fluido existente en el yacimiento. En los yacimientos de alta temperatura se produce electricidad mediante una diversidad de tipos de ciclos termodinámicos en función de las características del fluido: ciclo directo con o sin condensación, ciclo semidirecto con flash en una o varias etapas y condensación, ciclos binarios utilizando agua o algún fluido de bajo punto de ebullición, etc.
Al aprovechamiento de los recursos existentes en yacimientos de baja temperatura se realiza con el empleo de un intercambiador que separa el circuito del fluido geotérmico habitualmente cargado en sales, del circuito de distribución y uso de calor.
Los datos económicos disponibles, de carácter y rango muy disperso, permiten fijar para las centrales geotermoeléctricas una inversión por kW instalado del orden de 600 a 900 euros, mientras que el costo del kW.h producido es de 0,03-0,06 euros. Para las explotaciones de baja temperatura la homogeneización de datos es bastante más difícil. No obstante, se aceptan cifras de 1.500-2.500€ por TEP/año sustituida y costos de producción de la kilotermia del orden de 15-25€.
¿Qué es la energía geotérmica?
En su sentido más amplio y literal, la energía geotérmica es el calor interno de la Tierra. Es un hecho conocido que en el subsuelo, bajo la tierra que pisamos, la temperatura aumenta con la profundidad, es decir, existe un gradiente térmico y, por lo tanto un flujo de calor desde el interior de la Tierra hacia el exterior. Ello es consecuencia de su estructura interna.
En su sentido más amplio y literal, la energía geotérmica es el calor interno de la Tierra. Es un hecho conocido que en el subsuelo, bajo la tierra que pisamos, la temperatura aumenta con la profundidad
La Tierra está constituida básicamente por tres capas concéntricas
- El núcleo:
La capa más interna tiene una composición de hierro fundido a una temperatura superior de los 4.000ºC - El manto:
La capa intermedia formada por silicatos de hierro y magnesio tiene un espesor de 2.900 km y su temperatura varía desde los 4.000 ºC en su contacto con el núcleo hasta los 800-1000ºC de su superficie exterior - La corteza:
La capa más superficial y visible por el hombre. Esta corteza tiene un espesor variable de 5 a 35 km y está formada por silicatos de aluminio y magnesio, variando su temperatura entre los 800-1000 ºC del contacto con el manto y los 15-20ºC de la superficie que conocemos. El flujo medio de calor registrado en la corteza terrestre es del orden de 1,5 µcal.cm-2.seg-1.
En determinados puntos de la Tierra el flujo de calor es, sin embargo, anormalmente elevado, llegando a alcanzar valores de hasta diez y veinte veces el flujo medio citado. Estas áreas con flujo elevado coinciden siempre con zonas de existencia de fenómenos geológicos singulares, como son una actividad sísmica elevada, la formación de cordilleras en épocas geológicas recientes y una actividad volcánica actual o muy reciente. Estos fenómenos geológicos representan distintas formas de liberación de la energía interna de la Tierra, cuya explicación puede darse a la luz de la tectónica de placas que rige la estructura de la corteza de la Tierra y su relación con el manto.
El flujo de calor anómalo ocasionado en estas áreas singulares da lugar a gradientes geotérmicos con valor de 15-30ºC cada 100 metros, por lo que a profundidades de 1,5 a 2 km se pueden encontrar temperaturas de 200-300ºC. Por el contrario, en las demás zonas de la superficie terrestre el flujo calorífico antes mencionado da lugar a gradientes geotérmicos con valor medio de 3ºC cada 100 metros, por lo que a profundidades entre 2 y 3 km se encuentran temperaturas de 60-90ºC.
Esta diferencia de la corteza terrestre en áreas estables con flujo calorífico bajo y áreas inestables con flujo calorífico muy elevado sirve para marcar los dos grandes tipos de energía geotérmica conocidas: la energía geotérmica de baja temperatura y la energía geotérmica de alta temperatura.
Yacimientos geotérmicos
Cuando en un área geográfica concreta se cumplen las condiciones geológicas y económicas necesarias para que se puedan explotar los recursos geotérmicos del subsuelo, se dice que en ese punto existe un yacimiento geotérmico. Estos suelen estar clasificados en los siguientes tipos.
De alta temperatura
Las condiciones geológicas necesarias para la existencia de un yacimiento geotérmico de alta temperatura son:
- Estar presente en una de las áreas o zonas inestables antes mencionada, con lo cual está asegurada la existencia de un foco de calor activo que proporcione un flujo calorífico anómalo.
- Existencia a profundidad adecuada (1,5-2 km), de capas de materiales permeables o almacén que permiten la circulación de los fluidos capaces de extraer el calor de la roca.
- Estos fluidos han de permanecer en profundidad, de manera que se evite la disipación continua de la energía de la roca. Para que ello ocurra es necesaria la presencia de materiales impermeables que actúen de sello de los almacenes.
De baja temperatura
Para la existencia de yacimientos de baja temperatura no son necesarias estas estrictas condiciones geológicas. Estos yacimientos se encuentran en zonas estables de la corteza terrestre, en las que el gradiente geotérmico no es anómalo. La única condición geológica requerida en estos casos es la existencia, a la profundidad adecuada (1,5-2,5 km), de materiales geológicos permeables capaces de contener y dejar circular fluidos que extraigan el calor a la roca.
Existe, no obstante, una segunda condición muy importante no geológica, sino económica. Debido al bajo nivel térmico del fluido (60-90ºC), este ha de ser utilizado en aplicaciones directa del calor, lo que requiere la existencia en sus proximidades de un centro de consumo adecuado e importante.
De roca caliente seca y sistemas geotérmicos estimulados
Las limitaciones o condiciones geológico-económicas del concepto de yacimiento geotérmico, dependen mucho del estado de desarrollo de la tecnología de extracción de los fluidos geotérmicos y de transformación del calor contenido en ellos en una forma de energía útil para el hombre.
Así, nos encontramos con que, si la tecnología sigue progresando en el sentido actual, pronto habrá que definir un tercer tipo de yacimiento geotérmico: el de roca caliente seca (HDR), en el que no existe fluido portador de calor ni materiales permeables. Ambos factores son introducidos artificialmente por el hombre. Las experiencias pilotos en este sentido progresan día a día, habiéndose llegado ya a producir electricidad en campos de este tipo.
Los resultados obtenidos en la creación de este tipo de yacimientos geotérmicos “artificiales” ha conducido a la denominación de sistemas geotérmicos estimulados (EGS) en los que se engloba a todos los yacimientos creados o desarrollados por el hombre y en los que se utilizan las técnicas desarrolladas en los campos de roca caliente seca para la creación y/o estimulación del yacimiento.
Se incluyen, por tanto, en esta denominación, tanto los yacimientos de roca caliente seca como aquellos yacimientos convencionales que, por su baja productividad, requieren para su aprovechamiento el empleo de las técnicas de estimulación de yacimientos.
Tecnología de aprovechamiento
Tal y como se encuentran en la Tierra los recursos geotérmicos no pueden ser aprovechados por el hombre. Para ello es necesario convertirlo en una forma de energía directamente utilizable. Esta conversión dependerá, sobre todo, del nivel térmico del recurso.
El primer paso en esta conversión es trasladar el recurso, que se encuentra a profundidades de 1,5-3 km, hasta la superficie. Esto se consigue por la presencia de un fluido que actúa de vehículo transportador de la energía. Este fluido accede a la superficie mediante los sondeos perforados por el hombre. Para cumplir su objetivo, los sondeos han de reunir las condiciones de dimensión y acabado adecuadas, de manera que duren el mayor tiempo posible, produciendo la máxima cantidad de fluido, con el menor coste de mantenimiento.
Tecnología de aprovechamientoEl fluido geotérmico, una vez alcanzada la superficie, se ha de someter a las transformaciones necesarias para que su energía térmica potencial pueda ser aprovechada. Los procesos empleados en la transformación dependen del nivel térmico del fluido.
Los de alta temperatura (T > 150ºC) se emplean para la producción directa de electricidad; los de media temperatura (100ºC < T < 150ºC) se pueden emplear para producir electricidad mediante el uso de ciclos binarios, que hoy en día presentan todavía rendimientos termodinámicos muy bajos, siendo su mejor utilización la aplicación en procesos industriales; y, por último, los de baja temperatura (T < 100ºC) se emplean en usos directo del calor, como calefacción de viviendas, procesos industriales, usos agrícolas, y cuando la temperatura es muy baja (20-30ºC), agua caliente sanitaria y aire acondicionado con el empleo de bomba de calor.
La geotermia en el mundo
Producción de electricidad
Los primeros intentos de producción de electricidad con energía geotérmica comienzan con los experimentos en Italia, del Príncipe Gionori Conti entre 1904 y 1905. La primera planta (250 kWe) se construye en 1913. En 1950 se alcanzan los 300 MWe en Italia, en el yacimiento de Landarello. En 1958 comienza la producción geotermoeléctrica en Nueva Zelanda, con el yacimiento de Wairakei, en 1959 en Méjico, yacimiento de Pathe y en 1960 en Estados Unidos con el yacimiento de The Geysers.
Los primeros intentos de producción de electricidad con energía geotérmica comienzan con los experimentos en Italia, del Príncipe Gionori Conti entre 1904 y 1905
A partir de 1973, año de la primera crisis del petróleo se produce la gran expansión en la generación de electricidad con energía geotérmica, incorporándose sucesivamente Japón, Islandia y El Salvador (1975), Indonesia, Kenia, Turquía y Filipinas (1980), Nicaragua (1985), Costa Rica (1995), Guatemala (2000), etc.
Para algunos de estos países, la producción geotermoeléctrica representa una fracción importante de su producción eléctrica total:
País productor | Porcentaje de energía geotérmica producida |
---|---|
Filipinas |
16,2%
|
Nicaragua |
17,0%
|
El Salvador |
15,4%
|
Islandia |
13,0%
|
Costa Rica |
7,8%
|
Kenia |
5,3%
|
Nueva Zelanda |
5,1%
|
Indonesia |
3,0%
|
País productor | Potencia instalada (MWe) |
---|---|
EEUU |
2.228
|
Filipinas | 1.909 |
Italia | 785 |
Méjico | 755 |
Indonesia | 590 |
Japón | 547 |
Nueva Zelanda | 437 |
Total en el mundo | 7.974 |
Utilización directa del calor
Existen pruebas de que el uso directo del calor de la Tierra es tan antiguo como el hombre. Todas las civilizaciones antiguas conocían y usaban la balneoterapia. Pero el uso industrial y a mayor escala de esta energía se produce también en el siglo XX, siendo en este caso Islandia el país pionero, donde ya en la década de los 20 se comienza a calefactar invernaderos con energía geotérmica. En 1930 se establece el primer sistema de destrict-heating en Reykiavik para suministrar calor a 70 casas.
Es en la década de los 50 cuando comienza a desarrollarse a mayor escala el aprovechamiento de la energía geotérmica de baja temperatura en Islandia, Italia, Nueva Zelanda y Japón. A principio de los setenta ya se habían incorporado Hungría, Kenya, la URSS y Francia. En el 1975 tenían también producción de calor Filipinas, Turquía y EEUU. A partir de entonces, como ocurrió con la generación de electricidad se produce la gran expansión. Austria y Alemania (1980), Australia, Canadá, China, Polonia, Rumania, Suiza, Yugoslavia en 1985, etc., alcanzando en el año 2000, el número de 58 los países con aprovechamientos, declarados y de cierta entidad, del calor geotérmico.
País productor | Potencia instalada (MWt) |
---|---|
EEUU |
3.766
|
China |
2.282
|
Islandia |
1.469
|
Japón |
1.167
|
Turquía |
820
|
Suiza |
547
|
Hungría |
473
|
Alemania |
397
|
Total en el mundo | 15.145 |
Geotermia de muy baja temperatura. Energía de los acuíferos
Asociada al desarrollo de los usos directos del calor se produce la evolución de las aplicaciones de la bomba de calor para aprovechamiento del calor contenido en el subsuelo más superficial y en las aguas subterráneas poco profundas. Dada la pequeña envergadura individual de estas operaciones se dispone de menos referencias históricas. Es bien conocido el desarrollo en la década de los 70 y 80 en Francia con la implantación de un sistema de cobertura de riesgo geológico, para casos de sondeos improductivos. Actualmente en Europa existe un incremento continuo del número de instalaciones que alcanzó el 16% en 2002 respecto a 2001.
País productor | Potencia instalada (MWt) |
---|---|
Suecia | 176.000 ud 1.056 MWt |
Alemania | 73.455 ud 587 MWt |
Francia | 36.500 ud 541 MWt |
Austria | 34.000 ud 590 MWt |
Finlandia | 19.833 ud 320 MWt |
Dinamarca | 7.200 ud 86 MWt |
Holanda | 5.200 ud 62 MWt |
Total Unión Europa | 355.837 ud 3.281 MWt |
El caso de Islandia
En Islandia hay cinco plantas de energía geotérmica que suministran aproximadamente una cuarta parte del uso de electricidad y dos tercios de su calefacción doméstica. Con más de 200 volcanes, Islandia utiliza energía geotérmica para calentar sus numerosos invernaderos, lo que contribuye a los altos niveles de producción local de alimentos del país.
Cuenta con una variedad de recursos geotérmicos, incluyendo: aguas termales, ollas de barro, fumarolas y géiseres, que aprovecha para una amplia variedad de aplicaciones, incluyendo la generación de electricidad y la calefacción. La abundante actividad volcánica de la isla y los límites de las placas tectónicas han proporcionado este entorno ideal para el desarrollo de recursos geotérmicos.
Una de las reservas geotérmicas más famosos del país es el Campo Geotérmico de Hellisheidi. Ubicado a unos 30 kilómetros de Reikiavik, se utiliza para generar electricidad para más de 100,000 hogares y para proporcionar calor a más de 50,000 hogares y negocios. La planta de energía geotérmica de Hellisheidi genera unos impresionantes 303 MW de electricidad y 400 MW de energía térmica.
El potencial de energía geotérmica del país se estima en 35 gigavatios térmicos (GWhth), lo que lo convierte en uno de los países con más recursos geotérmicos del mundo.
La geotermia en España
La investigación de los recursos geotérmicos en España por parte del Instituto Geológico y Minero de España (IGME), se inició en la década de los setenta, mediante la realización del Inventario General de Manifestaciones Geotérmicas en el que se llevó a cabo un reconocimiento general, geológico y geoquímico, de los indicios termales existentes en todo su territorio.
Posteriormente, se realizó una selección de las áreas de mayor interés geotérmico, basada en criterios geológicos y en el resultado del reconocimiento antes citado. Cada una de las áreas seleccionadas han sido investigadas, en mayor o menor intensidad dependiendo de su potencial geotérmico, a lo largo de las décadas posteriores mediante la realización de Estudios de detalle, utilizando para ello técnicas geológicas, geofísicas, geoquímicas, etc.
Finalmente, mediante perforaciones profundas, ha sido posible evaluar el potencial geotérmico de las áreas más importantes que se sitúan en el sureste (Granada, Almería y Murcia), en el nordeste (Barcelona, Gerona y Tarragona), en el noroeste (Orense, Pontevedra y Lugo) y en el centro de la península ibérica (Madrid). Otras áreas de menor entidad situadas en Albacete, Lérida, León, Burgos y Mallorca también han sido investigadas.
El único área con posibilidades de existencia de yacimientos de alta temperatura se localiza en el archipiélago volcánico de las Islas Canarias
En todos estos casos los recursos geotérmicos evaluados son de baja temperatura, 50-90ºC. El único área con posibilidades de existencia de yacimientos de alta temperatura se localiza en el archipiélago volcánico de las Islas Canarias. Recursos de roca caliente seca muy superficial han sido evaluados en las islas de Lanzarote y La Palma. En la isla de Tenerife se ha investigado la existencia de posibles yacimientos de alta temperatura, no habiéndose encontrado almacenes geotérmicos explotables comercialmente.
Los yacimientos geotérmicos de baja temperatura son actualmente explotados de forma sólo parcial y en pequeña intensidad. Así, se utiliza energía geotérmica para calefacción y suministro de agua caliente en edificios de balnearios en Lugo, Arnedillo (Rioja), Fitero (Navarra), Montbrió del Camp (Tarragona), Archena (Murcia) y Sierra Alhamilla (Almería). En Orense y Lérida se utiliza energía geotérmica para calefacción de otros tipos de edificios (viviendas, colegios). La aplicación para calefacción de recintos agrícolas (invernaderos) se ha desarrollado también en puntos de Montbrió del Camp (Tarragona), Cartagena y Mazarrón (Murcia) y Zújar (Granada) con una superficie total superior a 100.000 m2.