Energía geotérmica

Energía geotérmica

Energía geotérmica

La energía geotérmica es un tipo de energía renovable a escala humana que se obtiene a partir del calor del interior de la Tierra. Ecuestre energía térmica se puede obtener sin la combustión de ningún material, es por tanto, una forma de energía limpia sin emisiones de dióxido de carbono.

La temperatura en las capas interiores de la Tierra se mantiene constante durante las diferentes estaciones del año. Generalmente las capas interiores están más calientes que la superficie en invierno y más frías en verano. Esto se debe a que las capas superficiales se calientan y se enfrían con mayor facilidad según las leyes de la termodinámica.

A veces esta energía va ligada a otros fenómenos geológicos como la presencia de géiseres, volcanes o aguas termales. Estos fenómenos facilitan mucho la posibilidad de extraer calor en instalaciones cerca de estas zonas.

Para aprovecharla se pasó un fluido por la zona caliente, que la calentará suficientemente para convertirlo en vapor. Este vapor se puede aprovechar para transformarlo en energía mecánica mediante una turbina y poseriorment en energía eléctrica.

Aplicaciones de la energía geotérmica

  • Aire acondicionado en verano. En una vivienda con calefacción por suelo se puede hacer circular el fluido de la calefacción por el subsuelo. Esta agua adquirirá aproximadamente una temperatura de 15ºC que facilitarán la refrigeración de la vivienda.
  • Calefacción en invierno. Por el mismo motivo que en el caso del aire acondicionado. En este caso, utilizaremos una bomba de calor para pasar los 15ºC a los 19 o 20ºC en la que queremos poner la calefacción. Este modelo también es aplicable a invernaderos, granjas de animales, etc.
  • Producción de agua caliente sanitaria para ducharse, lavar ropa, platos, etc.
  • Producción de electricidad en centrales eléctricas.
  • Producción de calor que puede aplicarse a procesos industriales como los de calefacción, de secado, de evaporación, de destilación, de esterilización, de deshielo, de lavado y de extracción de sales

Ventajas de la energía geotérmica

  • Es la energía más eficiente de todas las energías renovables.
  • Se mantiene estable a lo largo de las diferentes estaciones del año.
  • Es una fuente que se encuentra en cualquier lugar de la Tierra, al contrario de las que dependen de yacimientos.
  • Es independiente de las variaciones meteorológicas como las lluvias, y por tanto el caudal del río, o el viento.
  • Se puede utilizar de manera particular, por ejemplo en viviendas aisladas donde no llega la electricidad.
  • No requiere combustión de ningún material (uranio, petróleo, etc), por lo tanto no se agota con las reservas de este.
  • Los residuos que produce son mínimos y provocan menor impacto ambiental que los originados por energías de combustión, nuclear o de hidrocarburos. Una vivienda unifamiliar típica deja de emitir dos toneladas anuales de dióxido de carbono si usa energía geotérmica.
  • Es económico y fácil de mantener.
  • Tiene un alto rendimiento y un bajo consumo.
  • Ahorro económico. Por ejemplo, en una vivienda de unos 150 a 180 metros cuadrados, el ahorro económico que supone es del 70%.
  • El tiempo de retorno es muy bajo. Una instalación de energía geotérmica se amortiza entre cuatro y seis años, esto quiere decir que en este tiempo, todo el dinero ahorrado en energía son iguales al precio que ha sido necesario instalar la tecnología.
  • El impacto visual es mínimo, por ser una instalación sotaterrada. En el caso de climatización se suele hacer con suelo radiante. No hacen falta ventiladores ni aparatos interiores en las habitaciones ni exteriores, sólo una bomba.

Inconvenientes de la energía geotérmica

Es una nueva tecnología y menos conocida que las otras fuentes de energía. Además es difícil calcular cuántos proyectos hay.

Es más difícil de instalar de manera particular en grandes ciudades, donde el subsuelo pertenece al ayuntamiento y está ocupado por otros servicios.

Producción de energía geotérmica

El sistema se basa en la diferencia de temperaturas entre el subsuelo y la superficie. La energía se canjea en forma de calor a través de dos circuitos cerrados de agua que los conectan. Para obtener calor en invierno, el agua dentro del circuito captador geotérmico, que es un circuito de plástico dispuesto en perforaciones verticales que alcanzan entre 80 y 200 metros de profundidad, recurre, impulsada por una bomba, el subsuelo hasta calentarse, calienta el agua en el circuito emisor radiante, un circuito cerrado que cede el calor en el edificio. En verano el funcionamiento es análogo, pero el calor se desplaza en sentido contrario. La eficiencia es mayor cuanto más profundo esté el circuito del subsuelo, ya que la diferencia de temperaturas es mayor.

Para obtener agua caliente, el circuito captador calienta agua caliente de un circuito abierto, que viene de la red de agua y se puede almacenar en uno o más depósitos. El agua caliente se puede utilizar también para mover una turbina, transformando así la energía térmica (geotérmica, térmica proveniente del subsuelo) en energía mecánica. La energía mecánica se puede utilizar tal cual, para mover máquinas, o quizás a su vez transformada en energía eléctrica: electricidad.

Para potencias pequeñas de energía (producción de hasta 30 kW) y usos particulares es posible disponer los tubos de agua captadores de calor horizontalmente ya poca profundidad, es decir a entre uno y cinco metros, usualmente entre uno y medio y dos, por ejemplo bajo un jardín. La bomba tiene el tamaño de una nevera pero es muy silenciosa, y se puede ubicar en el garaje, por ejemplo.

Generación de electricidad mediante la geotérmica

La generación de electricidad a partir de energía geotérmica es un buen complemento para las plantas hidroeléctricas que, además, tiene la ventaja de que es constante a lo largo del año. Se pueden distinguir tres tipos de plantas de generación de electricidad dependiendo de la temperatura, la profundidad y la calidad del agua y del vapor extraídos.

  • Plantas de vapor seco: Estas plantas aprovechan directamente el vapor que sale de las fracturas del suelo y para mover una turbina que genera electricidad.
  • Plantas de vapor flash: Estas plantas utilizan agua de las profundidades de la tierra, que es calentada por el magma hasta unos 200 ° C. Como el centro de la tierra se encuentra a alta presión, ésta se mantiene en estado líquido, pero cuando es bombeada hacia el exterior, donde la presión es atmosférica, se convierte en vapor. Este vapor es aprovechado para mover la turbina que genera la electricidad. El resto de agua que no ha vaporizado se devuelve a la reserva.
  • Ciclo binario: Este tipo de plantas utilizan agua entre 170 y 182 ° C, la cual pasa a través de un intercambiador de calor con el objetivo de vaporizar fluidos de temperatura de ebullición inferior (como el isobutano o el isopen-). El vapor generado se utiliza para mover la turbina. La ventaja de este tipo de plantas es el bajo coste y la alta eficiencia que logran.
  • Energía a partir de las rocas secas y calientes: Este sistema consiste en bombear agua a través de las rocas calientes del centro de la tierra, en vez de aprovechar el agua caliente del interior de la tierra, por vaporitzar- y hacer mover una turbina. La ventaja de este tipo de aprovechamiento de energía es que puede ser utilizar en cualquier lugar, no sólo en zonas tectónicas activas.

En todos los casos, el vapor condensado y los restos de fluido geotérmico son devueltas al yacimiento.

Tipo de plantas eléctricas

Esta fuente de energía se puede usar tanto para suministrar calor como para generar electricidad. Normalmente estas tecnologías disponibles se pueden dividir en tres categorías: las centrales geotérmicas, las aplicaciones de uso directo y las bombas de calor geotérmicas. Las centrales geotérmicas generan electricidad a partir de la perforación de pozos, de un kilómetro o más de profundidad, para explotar depósitos subterráneos geotérmicos, de vapor de agua y agua muy caliente. En la actualidad, funcionan tres tipos de centrales de generación eléctrica:

  • Centrales de vapor: utilizan el vapor geotérmico directamente para hacer girar las turbinas que producirán la energía al generador.
  • Centrales de transmisión de vapor: aprovechan el calor generado en las reservas geotérmicas mediante un fluido que transmitirá el vapor y el calor.
  • Centrales de ciclo binario: utilizan el agua subterránea para transferir el calor a un segundo líquido que tiene una temperatura de evaporación más baja. Cuando este líquido se evapora mueve las turbinas. Posteriormente este vapor se condensa y se reutiliza el líquido de nuevo.

Este último sistema, en comparación con los demás, es el que tiene más perspectivas de futuro. No emite ningún tipo de gas dado que es un ciclo cerrado, y funciona a temperaturas interiores de 110 a 160 ° C.

Tipo de fuentes geotérmicas

La energía geotérmica se obtiene a través de la extracción del calor interno de la Tierra. Se encuentran varias zonas con aguas termales, estas pueden ser las que se utilizan en balnearios o de otros centros, estas aguas están calentadas por la temperatura del interior de la Tierra, en las zonas donde las aguas termales son muy calientes en poco profundidad se hacen perforaciones, a través de fracturas naturales. El agua caliente y / o el vapor pueden fluir de manera natural, por los impulsos de los flujos de agua y vapor, pero también por bombeo. Hay que seleccionar el método a utilizar en función del método que sea más rentable económicamente. No hay un solo método a la hora de aprovechar este tipo de energía, ya que ha habido proyectos que en algunos países se han tenido que desestimar por su inviabilidad económica, como es el caso del "Hot Dry Rocks HDR "en Inglaterra, en cambio en países como Francia, Australia, Alemania o Suiza están llevando adelante.

El magma (rocas fundidas) es una gran fuente de energía, ya que las rocas sólo se encuentran en estado líquido a temperaturas extremadamente altas, pero con la tecnología que está disponible en estos momentos no es posible aprovechar este tipo de fuente, es económicamente inviable.

Las explotaciones para extraer agua caliente, suelen disponer de un número par de pozos, ya que por un extrae el agua caliente y por el otro se vuelve a inyectar agua en el acuífero, cuando ya está enfriada. Este sistema tiene varias ventajas:

  • Pocas probabilidades de agotar el agua del yacimiento, ya que como que continuamente se inyecta el agua, el volumen se mantiene costando.
  • No hay emisiones de gases disueltos, ya que el circuito de agua es cerrado, este hecho evita posibles contaminaciones en el exterior.
  • Perforación de extracción de vapor
  • Inyección de agua fría hasta la roca caliente
  • Perforación de extracción de vapor
  • Intercambiador de calor
  • Edificio de la turbina
  • Enfriamiento
  • Depósito de calor subterránea, por el exceso de temperatura
  • Medida de la perforación
  • Conexión a la red eléctrica
  • Tipo de yacimientos según la temperatura del agua

    Energía geotérmica de alta temperatura

    Se encuentra en zonas donde la capa de la corteza aún es activa y la temperatura oscila entre los 150 ° C y los 400 ° C. En estos casos el vapor sale a la superficie mediante una turbina que genera electricidad al ser movida por la fuerza del vapor. Para encontrar una zona de donde extraer agua caliente, una zona geotérmica, hay que encontrar una capa superior compuesta de:

    • Cobertura de rocas impermeables, que permiten la filtración de agua.
    • Acuífero o depósito de permeabilidad elevada, entre 300m y 2 km de profundidad.
    • Suelo fracturado, permite la circulación de fluidos por convección, así la transferencia de calor llega hasta la superficie.
    • Fuente de calor magmático, a una profundidad entre 3 km y 15 km y a una temperatura entre 500 ° C y 600 ° C.

    Las perforaciones que hay que hacer para extraer el agua caliente son casi iguales a las que se hacen para extraer petróleo de los pozos.

    Energía geotérmica de media temperatura

    La temperatura de los fluidos de los acuíferos está a temperaturas bastante menos elevadas, a temperaturas que oscilan entre los 70 ° C y los 150 ° C, para lo cual el rendimiento de conversión vapor-electricidad es bastante menor, en este caso hay que añadir un componente volátil. Este tipo de energía geotérmica se puede transformar en centrales eléctricas pequeñas, pero es en la distribución a través de la red urbana donde el aprovechamiento es máximo, se utiliza para calefacción y refrigeración, con máquinas de absorción. Esta se utiliza para la producción de electricidad, es necesario que el fluido esté entre 120 ° C y 180 ° C.

    Energía geotérmica de baja temperatura

    Se aprovecha en amplias zonas, en zonas más amplias que la que trabaja a temperaturas altas o medias. Se puede encontrar en las cuencas sedimentarias, el fluido de estas cuencas se encuentra a una temperatura entre 50 ° C y 70 ° C.

    Energía geotérmica de muy baja temperatura

    Se utiliza para dar servicio a las necesidades domésticas, urbanas y agrícolas. Los fluidos que se pueden encontrar están a unas temperaturas entre 20 ° C y 50 ° C.

    Tanto la energía geotérmica a baja temperatura como la energía geotérmica a muy baja temperatura son muy útiles para los sistemas de calefacción urbanos, a través de circuitos cerrados.

    Centrales geotérmicas de producción de energía

    La principal planta geotérmica se encuentra en la Toscana, cerca de la ciudad de Pisa y es llamada Central Geotérmica de Larderello. Una imagen de la central en la parte central de un valle y la visión de kilómetros de tuberías de un metro de diámetro que van hacia la central térmica muestran el impacto paisajístico que genera.

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    Última revisión: 12 de noviembre de 2016