Las centrales geotérmicas son las plantas encargadas de convertir la energía geotérmica en electricidad. Una central geotérmica es una instalación donde se genera electricidad mediante el calor de la Tierra.
La energía geotérmica es la energía térmica contenida en el interior de la Tierra. Estas instalaciones realizan un intercambio termodinámico a una determinada profundidad de las capas terrestres para calentar un fluido y generar electricidad.
La temperatura en el interior de la Tierra aumenta aproximadamente entre 25 y 30 grados Celsius por kilómetro de profundidad. Esta variación de temperatura se llama gradiente geotérmico.
Debido a que la energía calorífica en el interior de la Tierra es inagotable, se puede afirmar que esta forma de generación de electricidad es una fuente de energía renovable. Además, es una energía limpia que no favorece el calentamiento global.
¿Cómo funciona una planta geotérmica?
Las centrales geotérmicas son similares a otras centrales termoeléctricas de turbinas de vapor.
En todas las plantas termoeléctricas se genera calor de una forma u otra para calentar un fluido y generar vapor. Con el vapor generado se acciona una turbina de vapor conectada a un generador eléctrico. De esta forma se genera electricidad. Posteriormente, el fluido se enfría y es devuelto a la fuente de calor.
La diferencia entre las diferentes centrales termoeléctricas se basa en la forma en que se obtiene el calor inicial. En las centrales térmicas convencionales el calor se obtiene mediante la combustión de combustibles fósiles, normalmente carbón o gas natural. En las centrales nucleares, el calor se obtiene mediante reacciones de fisión nuclear de los átomos.
En el caso de las centrales geotérmicas, el calor se obtiene en los yacimientos geotérmicos de las capas internas de la Tierra.
Tipos de centrales geotérmicas
Se pueden distinguir tres tipos de centrales geotérmicas de generación de electricidad dependiendo de la temperatura, la profundidad y la calidad del agua y del vapor extraídos.
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Centrales geotérmicas de ciclo binario
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Plantas geotérmicas de vapor seco.
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Centrales geotérmicas de vapor flash o centrales de vapor de destello.
Plantas geotérmicas de ciclo binario
Este tipo de centrales termoeléctricas pueden funcionar con temperaturas no muy elevadas, de sólo 57 grados Celsius.
La característica principal de este tipo de central es que el agua moderadamente caliente se hace pasar junto a otro fluido con un punto de ebullición muy inferior al del agua. Debido a que el fluido secundario tiene un punto de ebullición tan bajo, enseguida se vaporiza y se puede utilizar para accionar las turbinas de vapor.
Las centrales geotérmicas de ciclo binario son las de desarrollo más reciente.
Este es el tipo de central geotérmica más común dentro de los proyectos en construcción actualmente. Se utilizan tanto el ciclo Rankine como el ciclo Kalina.
La eficiencia térmica de las plantas geotérmicas de ciclo binario es de aproximadamente el 10-13 %.
Centrales geotérmicas de vapor seco
Las centrales geotérmicas de vapor seco son las plantas geotérmicas de diseño más simple y antiguo. Utilizan directamente el vapor geotérmico a 150 grados Celsius o más para mover las turbinas de vapor.
Las centrales geotérmicas de vapor seco aprovechan directamente el vapor que sale de las fracturas del suelo y para mover una turbina que genera electricidad.
Centrales geotérmicas de vapor flash o de destello
Las plantas geotérmicas de vapor flash o de destello utilizan agua de las profundidades de la Tierra. Esta agua se encuentra a una temperatura alrededor de los 200 grados Celsius o 473 grados Kelvin debido a la energía térmica transmitida por el magma.
Las centrales de vapor de destello hacen ascender agua caliente a alta presión a través de pozos y la introducen en depósitos de baja presión. Debido a este cambio de presión se produce el proceso termodinámico por el cual el agua líquida se convierte en vapor.
Debido a que el centro de la Tierra se encuentra a alta presión, el agua a esta temperatura se mantiene en estado líquido gracias a la presión y a las leyes termodinámicas. En el momento en que el agua líquida se bombea hacia el exterior, donde la presión es la presión atmosférica, ésta se convierte en vapor.
El vapor generado en la salida se aprovecha para mover la turbina de vapor conectada a un generador eléctrico. De esta forma, se genera energía eléctrica.
El resto de agua que no ha vaporizado se devuelve a la reserva. El agua líquida sobrante y el vapor condensado pueden ser inyectados en los depósitos geotérmicos nuevamente. Esta acción contribuye a convertir el proceso en un proceso más sostenible.
¿Cuál es la eficiencia energética de las centrales geotérmicas?
La eficiencia energética de las plantas geotérmicas es baja, aproximadamente del 10 al 23%, debido a que los fluidos geotérmicos se encuentran a bajas temperaturas en comparación con las calderas de vapor. Por las leyes de la termodinámica, esta baja temperatura limita la eficiencia de las máquinas térmicas.
En la extracción de energía útil durante la producción de electricidad, el calor residual se pierde a menos que se pueda utilizar de forma directa y local, por ejemplo, en invernaderos, aserraderos o en la calefacción urbana.
La pobre eficiencia energética del sistema no afecta los costos operacionales tanto como para una planta de carbón u otro combustible fósil, pero pesa sobre la viabilidad de la planta.
Para producir más energía que la que consumen las bombas de calor, la generación de electricidad requiere campos geotérmicos de alta temperatura y ciclos térmicos especializados.
Como la energía geotérmica no se basa en fuentes de energía intermitentes, como otras fuentes de energía renovable como la energía eólica o la energía solar, su factor de carga puede ser muy alto.