Un sistema geotérmico mejorado ( EGS ) genera electricidad geotérmica sin la necesidad de recursos hidrotermales convectivos naturales. Hasta hace poco, los sistemas de energía geotérmica han explotado solo recursos donde el calor natural, el agua y la permeabilidad de las rocas son suficientes para permitir la extracción de energía. [1] Sin embargo, la mayor parte de la energía geotérmica al alcance de las técnicas convencionales se encuentra en roca seca e impermeable . [2] Las tecnologías EGS mejoran y / o crean recursos geotérmicos en esta roca seca caliente (HDR) a través de una variedad de métodos de estimulación, incluida la "estimulación hidráulica".
Descripción general
Cuando las grietas y los poros naturales no permiten tasas de flujo económicas, la permeabilidad se puede mejorar bombeando agua fría a alta presión por un pozo de inyección en la roca. La inyección aumenta la presión del fluido en la roca naturalmente fracturada, provocando eventos de cizallamiento que mejoran la permeabilidad del sistema. Mientras se mantenga la presión de inyección, no se requiere una alta permeabilidad de la matriz, ni se requieren apuntalantes de fracturamiento hidráulico para mantener las fracturas en un estado abierto. Este proceso se denomina hidro-cizallamiento, [3] quizás para diferenciarlo de la fracturación hidráulica por tracción , utilizada en la industria del petróleo y el gas, que puede crear nuevas fracturas a través de la roca además de expandir las fracturas existentes. [4]
El agua viaja a través de fracturas en la roca, capturando el calor de la roca hasta que sale de un segundo pozo como agua muy caliente. El calor del agua se convierte en electricidad mediante una turbina de vapor o un sistema de planta de energía binaria . [5] Toda el agua, ahora enfriada, se inyecta nuevamente en el suelo para calentarse nuevamente en un circuito cerrado .
Las tecnologías EGS pueden funcionar como recursos de carga base que producen energía las 24 horas del día. A diferencia de la hidrotermal, EGS puede ser factible en cualquier parte del mundo, dependiendo de los límites económicos de la profundidad de perforación. Las buenas ubicaciones se encuentran sobre granito profundo cubierto por una capa de sedimentos aislantes de 3 a 5 kilómetros (1,9 a 3,1 millas) que ralentizan la pérdida de calor. [6] Se espera que una planta de EGS tenga una vida útil económica de 20 a 30 años utilizando la tecnología actual. [7]
Los sistemas EGS se están desarrollando y probando actualmente en Francia , Australia , Japón , Alemania , Estados Unidos y Suiza . El proyecto EGS más grande del mundo es una planta de demostración de 25 megavatios que se está desarrollando actualmente en Cooper Basin , Australia. Cooper Basin tiene el potencial de generar entre 5.000 y 10.000 MW.
Investigación y desarrollo
Australia
El gobierno australiano ha proporcionado fondos de investigación para el desarrollo de la tecnología Hot Dry Rock. [8]
El 30 de mayo de 2007, el entonces portavoz ambiental de la oposición australiana y exministro de Medio Ambiente, Patrimonio y Artes, Peter Garrett, anunció que si era elegido en las elecciones federales australianas de 2007 , el Partido Laborista Australiano utilizaría el dinero de los contribuyentes para subvencionar la instalación de las plataformas de perforación necesarias en lugar. En una entrevista, prometió:
"Hay algunas dificultades técnicas y desafíos allí, pero las personas que están interesadas en llevar a Australia a la energía geotérmica dicen que tenemos este gran acceso a los recursos y una de las cosas, curiosamente, que los ha frenado es no tener la capacidad de poner las plantas de perforación en su lugar. Por lo tanto, tenemos la intención de que estos $ 50 millones se destinen a proporcionar dólares uno por uno. Combine $ 1 de nosotros, $ 1 de la industria para que puedan llevar estas plataformas de perforación al sitio y realmente obtener identificar los mejores sitios y poner en marcha la industria ". [9]
Unión Europea
El proyecto de I + D EGS de la UE en Soultz-sous-Forêts , Francia, ha conectado recientemente a la red su planta de demostración de 1,5 MW. El proyecto Soultz ha explorado la conexión de múltiples zonas estimuladas y el desempeño de configuraciones de pozos triples (1 inyector / 2 productores). [10]
La sismicidad inducida en Basilea llevó a la cancelación del proyecto EGS allí.
El gobierno portugués otorgó, en diciembre de 2008, una licencia exclusiva a Geovita Ltd para prospectar y explorar la energía geotérmica en una de las mejores áreas de Portugal continental. Geovita está estudiando un área de unos 500 kilómetros cuadrados junto con el departamento de Ciencias de la Tierra de la Facultad de Ciencia y Tecnología de la Universidad de Coimbra, y se prevé la instalación de un Sistema Geotérmico Mejorado (EGS).
Reino Unido
Cornwall está programado para albergar un proyecto de demostración de 3MW, basado en el Proyecto Eden, que podría allanar el camino para una serie de centrales geotérmicas a escala comercial de 50 MW en áreas adecuadas en todo el país. [11]
También se planea un proyecto a escala comercial cerca de Redruth. La planta, a la que se le otorgó el permiso de planificación, [12] generaría 10 MW de electricidad y 55 MW de energía térmica y está programado para entrar en funcionamiento en 2013-2014. [13]
Estados Unidos
Primeros días - Fenton Hill
El primer esfuerzo de EGS, entonces denominado Hot Dry Rock, se llevó a cabo en Fenton Hill, Nuevo México, con un proyecto dirigido por el Laboratorio federal de Los Alamos. [14] Fue el primer intento de hacer un depósito de EGS profundo a gran escala.
El depósito de EGS en Fenton Hill se completó por primera vez en 1977 a una profundidad de aproximadamente 2,6 km, con temperaturas de las rocas de 185 ° C. En 1979, el embalse se amplió con estimulación hidráulica adicional y se operó durante aproximadamente 1 año. Los resultados demostraron que se podía extraer calor a tasas razonables de una región de roca cristalina caliente de baja permeabilidad estimulada hidráulicamente. En 1986, se preparó un segundo depósito para las pruebas iniciales de circulación hidráulica y extracción de calor. En una prueba de flujo de 30 días con una temperatura de reinyección constante de 20 ° C, la temperatura de producción aumentó constantemente hasta aproximadamente 190 ° C, lo que corresponde a un nivel de potencia térmica de aproximadamente 10 MW. Debido a los recortes presupuestarios, se suspendieron los estudios adicionales en Fenton Hill.
Trabajando en los bordes: utilizando la tecnología EGS para mejorar los recursos hidrotermales
La financiación de EGS languideció durante los próximos años, y para la próxima década, los esfuerzos de Estados Unidos se centraron en el objetivo menos ambicioso de mejorar la productividad de los recursos hidrotermales existentes. Según la Solicitud de presupuesto del año fiscal 2004 al Congreso de la Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable del DOE, [15]
Los EGS son depósitos de ingeniería que se han creado para extraer calor de recursos geotérmicos económicamente improductivos. La tecnología EGS incluye aquellos métodos y equipos que mejoran la extracción de energía de un recurso al aumentar la productividad del reservorio. Una mejor productividad puede resultar de mejorar la permeabilidad natural del reservorio y / o proporcionar fluidos adicionales para transportar el calor. [dieciséis]
En el año fiscal 2002, se completaron los diseños preliminares de cinco proyectos que empleaban tecnología EGS y se seleccionó el campo geotérmico Coso Hot Springs en la Estación Aérea de Armas Navales de EE. UU. En China Lake, California para su desarrollo a gran escala. Se seleccionaron dos proyectos adicionales para su análisis preliminar en Desert Peak en Nevada y Glass Mountain en California. El financiamiento para este esfuerzo ascendió a $ 1.5 millones. El esfuerzo continuó en 2003 con $ 3,5 millones adicionales. [17]
En 2009, el Departamento de Energía de EE. UU. ( USDOE ) emitió dos Anuncios de Oportunidades de Financiamiento (FOA) relacionados con sistemas geotérmicos mejorados. Juntos, los dos FOA ofrecieron hasta $ 84 millones durante seis años. [18]
El DOE siguió con otro FOA en 2009, de financiación de estímulo de la Ley de Recuperación y Reinversión Estadounidense por $ 350 millones, incluidos $ 80 millones destinados específicamente a proyectos de EGS, [19]
FRAGUA
En febrero de 2014, el Departamento de Energía anunció la intención de establecer "un laboratorio subterráneo dedicado llamado Observatorio Fronterizo para la Investigación en Energía Geotérmica (FORGE)" [20] con el fin de investigar y desarrollar tecnología geotérmica mejorada. En agosto de 2016, se anunció que los sitios propuestos se habían reducido a dos (en Utah y Nevada), y se esperaba que se redujeran a uno el año siguiente. [21] En junio de 2018, el Departamento de Energía anunció que se había seleccionado una ubicación fuera de Milford, Utah para albergar el laboratorio FORGE. Durante un período de cinco años, la Universidad de Utah recibirá hasta $ 140 millones para investigación y desarrollo geotérmico de vanguardia. [22]
Universidad de Cornell - Ithaca, NY
El desarrollo de EGS junto con un sistema de calefacción de distrito es parte del Plan de Acción Climática de la Universidad de Cornell para su campus de Ithaca. [23] El proyecto comenzó en 2018 con la fase preparatoria para determinar la viabilidad, obtener financiamiento y monitorear la sismicidad de referencia. [24] El proyecto recibió $ 7.2 millones en financiamiento del USDOE . [25] Se perforará un pozo de prueba en la primavera de 2021, a una profundidad de 2,5 a 5 km de roca objetivo con una temperatura> 85 ° C. Está previsto que el sitio suministre el 20% de la carga de calefacción anual del campus. Se han propuesto ubicaciones geológicas prometedoras para el reservorio en la formación Trenton - Black River (2,2 km) o en la roca cristalina del basamento (3,5 km). [26]
Corea del Sur
El proyecto Pohang EGS se inició en diciembre de 2010, con el objetivo de producir 1 MW. [27]
La experiencia de perforación profunda obtenida durante la perforación del primero de los dos pozos del proyecto se compartió en una conferencia en 2015. [28]
El terremoto de Pohang de 2017 puede haber estado relacionado con la actividad del proyecto Pohang EGS. Todas las actividades de investigación en el sitio se detuvieron en 2018.
Resumen de los proyectos de EGS en todo el mundo
Las tecnologías EGS utilizan una variedad de métodos para crear rutas de flujo adicionales dentro de las rocas del yacimiento. Proyectos anteriores de EGS en todo el mundo han utilizado combinaciones de métodos de estimulación hidráulica, química, térmica y explosiva. Los proyectos de EGS también incluyen aquellos en los bordes de los sitios geotérmicos hidrotermales actuales donde los pozos perforados se cruzaban con rocas de yacimiento calientes, pero impermeables, y se utilizaron métodos de estimulación para mejorar esa permeabilidad. La siguiente tabla muestra proyectos EGS tanto grandes como pequeños en todo el mundo. [29] [30]
Nombre | País | Estado / región | Año de inicio | Método de estimulación | Referencias |
---|---|---|---|---|---|
Mosfellssveit | Islandia | 1970 | Térmica e Hidráulica | [31] | |
Fenton Hill | EE.UU | Nuevo Mexico | 1973 | Hidráulica y química | [32] |
Bad Urach | Alemania | 1977 | Hidráulico | [33] | |
Falkenberg | Alemania | 1977 | Hidráulico | [34] | |
Rosemanowes | Reino Unido | 1977 | Hidráulica y explosiva | [35] | |
Le Mayet | Francia | 1978 | Hidráulico | , [36] [37] | |
East Mesa | EE.UU | California | 1980 | Hidráulico | [38] |
Krafla | Islandia | 1980 | Térmico | [39] | |
Baca | EE.UU | Nuevo Mexico | 1981 | Hidráulico | [38] |
Géiseres Unocal | EE.UU | California | 1981 | Explosivo | [38] |
Beowawe | EE.UU | Nevada | 1983 | Hidráulico | [38] |
Bruchal | Alemania | 1983 | Hidráulico | [40] | |
Fjällbacka | Suecia | 1984 | Hidráulica y química | [41] | |
Neustadt-Glewe | Alemania | 1984 | [40] | ||
Hijiori | Japón | 1985 | Hidráulico | [42] | |
Soultz | Francia | 1986 | Hidráulica y química | [43] | |
Altheim | Austria | 1989 | Químico | [44] | |
Hachimantai | Japón | 1989 | Hidráulico | [45] | |
Ogachi | Japón | 1989 | Hidráulico | [46] | |
Sumikawa | Japón | 1989 | Térmico | [47] | |
Tyrnyauz | URSS | Kabardino-Balkaria | 1991 | Hidráulico | , [48] [49] |
Bacman | Filipinas | 1993 | Químico | [50] | |
Seltjarnarnes | Islandia | 1994 | Hidráulico | [51] | |
Mindanao | Filipinas | 1995 | Químico | [52] | |
Bouillante | Francia | 1996 | Térmico | [53] | |
Leyte | Filipinas | 1996 | Químico | [54] | |
Hunter Valley | Australia | 1999 | [7] | ||
Groß Schönebeck | Alemania | 2000 | Hidráulica y química | [55] | |
Tiwi | Filipinas | 2000 | Químico | [56] | |
Berlina | El Salvador | 2001 | Químico | [57] | |
Cuenca Cooper: Habanero | Australia | 2002 | Hidráulico | [58] | |
Cuenca Cooper: Jolokia 1 | Australia | 2002 | Hidráulico | [58] | |
Coso | EE.UU | California | 1993, 2005 | Hidráulica y química | [59] |
Hellisheidi | Islandia | 1993 | Térmico | [60] | |
Genesys: Horstberg | Alemania | 2003 | Hidráulico | [61] | |
Landau | Alemania | 2003 | Hidráulico | [62] | |
Unterhaching | Alemania | 2004 | Químico | [63] | |
Salak | Indonesia | 2004 | Carga de presión química, térmica, hidráulica y cíclica | [64] | |
Presa olímpica | Australia | 2005 | Hidráulico | [sesenta y cinco] | |
Paralana | Australia | 2005 | Hidráulica y química | [66] | |
Los Azufres | México | 2005 | Químico | [67] | |
Basilea | Suiza | 2006 | Hidráulico | [68] | |
Lardarello | Italia | 1983, 2006 | Hidráulica y química | [69] | |
Insheim | Alemania | 2007 | Hidráulico | [70] | |
Pico del desierto | EE.UU | Nevada | 2008 | Hidráulica y química | [71] |
Aguas termales de Brady | EE.UU | Nevada | 2008 | Hidráulico | [72] |
Géiseres del sudeste | EE.UU | California | 2008 | Hidráulico | [73] |
Genesys: Hannover | Alemania | 2009 | Hidráulico | [74] | |
San Galo | Suiza | 2009 | Hidráulica y química | [75] | |
Cañón de Nueva York | EE.UU | Nevada | 2009 | Hidráulico | [76] |
Géiseres del noroeste | EE.UU | California | 2009 | Térmico | [77] |
Newberry | EE.UU | Oregón | 2010 | Hidráulico | [78] |
Mauerstetten | Alemania | 2011 | Hidráulica y química | [79] | |
Lago de soda | EE.UU | Nevada | 2011 | Explosivo | [80] |
Río balsa | EE.UU | Idaho | 1979, 2012 | Hidráulica y Térmica | [81] |
Montaña azul | EE.UU | Nevada | 2012 | Hidráulico | [82] |
Rittershoffen | Francia | 2013 | Térmica, hidráulica y química | [83] | |
Klaipėda | Lituania | 2015 | Jetting | [84] | |
Otaniemi | Finlandia | 2016 | Hidráulico | [85] | |
Demostración de EGS de Hungría del Sur | Hungría | 2016 | Hidráulico | [86] | |
Pohang | Corea del Sur | 2016 | Hidráulico | [87] | |
FORGE Utah | EE.UU | Utah | 2016 | Hidráulico | [88] |
Reykjanes | Islandia | 2006, 2017 | Térmico | [89] | |
Roter Kamm (Schneeberg) | Alemania | 2018 | Hidráulico | [90] | |
United Downs Deep Geothermal Power (Redruth) | Reino Unido | 2018 | Hidráulico | [91] | |
Edén (St Austell) | Reino Unido | 2018 | Hidráulico | [92] | |
Qiabuqia | porcelana | 2018 | Térmica e Hidráulica | [93] | |
Vendenheim | Francia | 2019 | [94] |
Sismicidad inducida
Cierta sismicidad inducida es inevitable y esperada en EGS, que implica bombear fluidos a presión para mejorar o crear permeabilidad mediante el uso de técnicas de hidro-cizallamiento y fracturación hidráulica. Los métodos de estimulación de hidro-cizallamiento buscan expandir y extender la conectividad de las fracturas existentes de la roca para crear una mejor red de fluidos para la transferencia de calor de la roca al fluido. [95] [96] Los eventos de sismicidad en el campo geotérmico Geysers en California se han correlacionado fuertemente con los datos de inyección. [97]
El caso de la sismicidad inducida en Basilea merece una mención especial; llevó a la ciudad (que es un socio) a suspender el proyecto y realizar una evaluación de peligro sísmico, que resultó en la cancelación del proyecto en diciembre de 2009. [98]
Según el gobierno australiano, los riesgos asociados con "la sismicidad inducida por la hidrofractura son bajos en comparación con los de los terremotos naturales, y pueden reducirse mediante una gestión y un seguimiento cuidadosos" y "no deben considerarse un impedimento para un mayor desarrollo de la energía geotérmica de Hot Rock. recurso". [99] Sin embargo, los riesgos de sismicidad inducida varían de un sitio a otro y deben considerarse antes de comenzar la inyección de fluido a gran escala.
CO 2 EGS
El Centro de Excelencia en Energía Geotérmica de la Universidad de Queensland ha recibido AUD 18,3 millones para la investigación de EGS, una gran parte del cual se utilizará para desarrollar tecnologías de CO 2 EGS.
La investigación realizada en Los Alamos National Laboratories y Lawrence Berkeley National Laboratories examinó el uso de CO 2 supercrítico , en lugar de agua, como fluido de trabajo geotérmico, con resultados favorables. El CO 2 tiene numerosas ventajas para EGS:
- Mayor potencia de salida
- Pérdidas parasitarias minimizadas por bombeo y enfriamiento
- Secuestro de carbón
- Uso de agua minimizado
- El CO 2 tiene una tendencia mucho menor a disolver minerales y otras sustancias que el agua, lo que reduce en gran medida la formación de incrustaciones y la corrosión de los componentes del sistema.
Sin embargo, el CO 2 es mucho más caro y algo más difícil de trabajar que el agua.
Potencial de EGS en los Estados Unidos
Un informe de 2006 del MIT , [7] y financiado por el Departamento de Energía de EE. UU. , Realizó el análisis más completo hasta la fecha sobre el estado potencial y técnico de EGS. El panel de 18 miembros, presidido por el profesor Jefferson Tester del MIT, llegó a varias conclusiones importantes:
- Tamaño del recurso: El informe calculó que los recursos totales de EGS de los Estados Unidos de 3 a 10 km de profundidad superan los 13.000 zettajulios , de los cuales más de 200 ZJ serían extraíbles, con el potencial de aumentar esto a más de 2.000 ZJ con mejoras tecnológicas, suficiente para proporcionar todas las necesidades energéticas actuales del mundo durante varios milenios . [7] El informe encontró que los recursos geotérmicos totales, incluidos los recursos hidrotermales y geotérmicos, equivalen a 14.000 ZJ, o aproximadamente 140.000 veces el uso total anual de energía primaria de EE. UU. En 2005.
- Potencial de desarrollo: con una inversión en I + D de mil millones de dólares durante 15 años, el informe estimó que se podrían instalar 100 GWe (gigavatios de electricidad) o más para 2050 en los Estados Unidos. El informe encontró además que los recursos "recuperables" (accesibles con la tecnología actual) estaban entre 1,2 y 12,2 TW para los escenarios de recuperación conservadora y moderada, respectivamente.
- Costo: El informe encontró que EGS podría producir electricidad por tan solo 3.9 centavos / kWh. Se encontró que los costos de EGS son sensibles a cuatro factores principales:
- Temperatura del recurso
- Flujo de fluido a través del sistema medido en litros / segundo
- Costos de perforación
- Eficiencia de conversión de energía
Ver también
- Caprock
- La plataforma de perforación
- Exploración de energía geotérmica en Australia Central
- Energía geotérmica en los Estados Unidos
- Exploración geotermal
- Proyecto de perforación profunda de Islandia
- Cantera de Rosemanowes
Referencias
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enlaces externos
- EERE :
- Conceptos básicos de geotermia
- Roca seca caliente (HDR)
- Cómo funciona un sistema geotérmico mejorado
- NREL : Mapa de datos interactivo - Herramienta de prospección geotérmica (ver Geotermia - Potencial geotérmico mejorado profundo)
- Rocas de inversión geotérmica, dice DLA Phillips Fox
- Presentación de 20 diapositivas con mapas geotérmicos de Australia [ enlace muerto permanente ]
- MEGSorg
- EGS en Google.org