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Vapor de la estación de energía geotérmica de Nesjavellir en Islandia
Una planta de energía geotérmica cerca del Mar de Salton, California.
Parte de una serie sobre
Energía renovable
Logotipo de energía renovable por Melanie Maecker-Tursun V1 bgGreen.svg

La energía geotérmica es la energía térmica generada y almacenada en la Tierra. La energía térmica es la energía que determina la temperatura de la materia. La energía geotérmica de la corteza terrestre se origina a partir de la formación original del planeta y de la desintegración radiactiva de los materiales (en proporciones actualmente inciertas [1] pero posiblemente aproximadamente iguales [2] ). El adjetivo geotermal se origina en las raíces griegas γῆ ( gê ), que significa Tierra, y θερμός ( thermós ), que significa caliente.

El calor interno de la Tierra es energía térmica generada a partir de la desintegración radiactiva y la pérdida continua de calor de la formación de la Tierra. [3] Las temperaturas en el límite entre el núcleo y el manto pueden superar los 4000 ° C (7200 ° F). [4] La alta temperatura y presión en el interior de la Tierra hacen que algunas rocas se derritan y el manto sólido se comporte plásticamente, lo que resulta en partes del manto que se convencen hacia arriba ya que es más liviano que la roca circundante. La roca y el agua se calientan en la corteza, a veces hasta 370 ° C (700 ° F). [5]

Con agua de fuentes termales , la energía geotérmica se ha utilizado para bañarse desde el Paleolítico y para la calefacción de espacios desde la época romana antigua, pero ahora es más conocida por la generación de electricidad . En todo el mundo, 13.900 megavatios (MW) de energía geotérmica estaban disponibles en 2019. [6] Se instalaron 28 gigavatios adicionales de capacidad de calefacción geotérmica directa para calefacción de distrito, calefacción de espacios, spas, procesos industriales, desalinización y aplicaciones agrícolas a partir de 2010. [ 7]

La energía geotérmica es rentable, confiable, sostenible y respetuosa con el medio ambiente, [8] pero históricamente se ha limitado a áreas cercanas a los límites de las placas tectónicas . Los avances tecnológicos recientes han ampliado drásticamente la gama y el tamaño de los recursos viables, especialmente para aplicaciones como la calefacción doméstica, lo que abre un potencial de explotación generalizada. Los pozos geotérmicos liberan gases de efecto invernadero atrapados en las profundidades de la Tierra, pero estas emisiones son mucho más bajas por unidad de energía que las de los combustibles fósiles.

Los recursos geotérmicos de la Tierra son, en teoría, más que adecuados para satisfacer las necesidades energéticas de la humanidad, pero solo una fracción muy pequeña puede explotarse de manera rentable. La perforación y exploración de recursos profundos es muy costosa. Los pronósticos para el futuro de la energía geotérmica dependen de supuestos sobre tecnología, precios de la energía, subsidios, movimiento de los límites de las placas y tasas de interés. Los programas piloto como el cliente de EWEB que optan por el programa Green Power [9] muestran que los clientes estarían dispuestos a pagar un poco más por una fuente de energía renovable como la geotermia. Pero como resultado de la investigación asistida por el gobierno y la experiencia de la industria, el costo de generar energía geotérmica disminuyó en un 25% durante las décadas de 1980 y 1990. [10]El Departamento de Energía de EE. UU. Estima que la energía geotérmica de una planta de energía "construida hoy" cuesta alrededor de $ 0.05 / kWh. [11] Aproximadamente 100 mil personas están empleadas en la industria. [12]

Historia [ editar ]

La piscina más antigua conocida alimentada por una fuente termal, construida en la dinastía Qin en el siglo III a. C.

Las aguas termales se han utilizado para bañarse al menos desde el Paleolítico . [13] El balneario más antiguo conocido es una piscina de piedra en la montaña Lisan de China construida durante la dinastía Qin en el siglo III a. C., en el mismo sitio donde se construyó más tarde el palacio Huaqing Chi. En el siglo I d.C., los romanos conquistaron Aquae Sulis , ahora Bath, Somerset , Inglaterra, y utilizaron las aguas termales para alimentar baños públicos y calefacción por suelo radiante . Las tarifas de admisión para estos baños probablemente representan el primer uso comercial de energía geotérmica. El sistema de calefacción urbana geotérmica más antiguo del mundo en Chaudes-Aigues, Francia, funciona desde el siglo XV. [14] La primera explotación industrial comenzó en 1827 con el uso de vapor de géiser para extraer ácido bórico del lodo volcánico en Larderello , Italia.

En 1892, el primer sistema de calefacción de distrito de Estados Unidos en Boise, Idaho, fue alimentado directamente por energía geotérmica y fue copiado en Klamath Falls, Oregon en 1900. El primer edificio conocido en el mundo en utilizar energía geotérmica como su principal fuente de calor fue Hot Lake Hotel en Union County, Oregon , cuya construcción se completó en 1907. [15] Se utilizó un pozo geotérmico profundo para calentar invernaderos en Boise en 1926, y se utilizaron géiseres para calentar invernaderos en Islandia y Toscana aproximadamente al mismo tiempo. [16] Charlie Lieb desarrolló el primer intercambiador de calor de fondo de pozoen 1930 para calentar su casa. El vapor y el agua caliente de los géiseres comenzaron a calentar hogares en Islandia a partir de 1943.

Capacidad eléctrica geotérmica global. La línea roja superior es la capacidad instalada; [17] la línea verde inferior es la producción realizada. [7]

En el siglo XX, la demanda de electricidad llevó a considerar la energía geotérmica como fuente generadora. El príncipe Piero Ginori Conti probó el primer generador de energía geotérmica el 4 de julio de 1904, en el mismo campo de vapor seco de Larderello donde comenzó la extracción de ácido geotérmico. Encendió con éxito cuatro bombillas. [18] Más tarde, en 1911, se construyó allí la primera planta de energía geotérmica comercial del mundo. Fue el único productor industrial de electricidad geotérmica del mundo hasta que Nueva Zelanda construyó una planta en 1958. En 2012, produjo unos 594 megavatios. [19]

Lord Kelvin inventó la bomba de calor en 1852, y Heinrich Zoelly había patentado la idea de usarla para extraer calor del suelo en 1912. [20] Pero no fue hasta finales de la década de 1940 que la bomba de calor geotérmica se implementó con éxito. El más antiguo fue probablemente el sistema de intercambio directo de 2,2 kW hecho en casa de Robert C. Webber, pero las fuentes no están de acuerdo en cuanto a la línea de tiempo exacta de su invención. [20] J. Donald Kroeker diseñó la primera bomba de calor geotérmica comercial para calentar el edificio Commonwealth (Portland, Oregón) y lo demostró en 1946. [21] [22] Profesor Carl Nielsen de la Universidad Estatal de Ohioconstruyó la primera versión residencial de circuito abierto en su casa en 1948. [23] La tecnología se hizo popular en Suecia como resultado de la crisis del petróleo de 1973 , y ha ido creciendo lentamente en aceptación mundial desde entonces. El desarrollo de la tubería de polibutileno en 1979 aumentó enormemente la viabilidad económica de la bomba de calor. [21]

En 1960, Pacific Gas and Electric comenzó a operar la primera planta de energía eléctrica geotérmica exitosa en los Estados Unidos en The Geysers en California. [24] La turbina original duró más de 30 años y produjo una potencia neta de 11  MW . [25]

La planta de energía de ciclo binario se demostró por primera vez en 1967 en la URSS y luego se introdujo en los EE. UU. En 1981. [24] Esta tecnología permite la generación de electricidad a partir de recursos de temperatura mucho más bajos que antes. En 2006, una planta de ciclo binario en Chena Hot Springs, Alaska , entró en funcionamiento, produciendo electricidad a partir de una temperatura de fluido récord de 57 ° C (135 ° F). [26]

Electricidad [ editar ]

Artículo principal: energía geotérmica
Capacidad instalada de energía geotérmica, 2019
Datos de uso directo 2015
PaísCapacidad (MW) 2015 [27]
Estados Unidos17.415,91
Filipinas3.30
Indonesia2.30
México155,82
Italia1.014,00
Nueva Zelanda487,45
Islandia2.040,00
Japón2.186,17
Iran81,50
El Salvador3.36
Kenia22.40
Costa Rica1,00
Rusia308.20
pavo2.886,30
Papúa Nueva Guinea0,10
Guatemala2,31
Portugal35,20
porcelana17.870,00
Francia2.346,90
Etiopía2,20
Alemania2.848,60
Austria903.40
Australia16.09
Tailandia128,51

La Asociación Internacional de Geotermia (IGA) ha informado que hay 10.715 megavatios (MW) de energía geotérmica en línea en 24 países, que se esperaba que generaran 67.246 GWh de electricidad en 2010. [28] Esto representa un aumento del 20% en la capacidad en línea desde 2005 IGA proyecta un crecimiento a 18.500 MW para 2015, debido a los proyectos actualmente en consideración, a menudo en áreas que antes se suponía que tenían pocos recursos explotables. [28]

En 2010, Estados Unidos lideró el mundo en producción de electricidad geotérmica con 3.086 MW de capacidad instalada de 77 plantas de energía. [29] El grupo más grande de plantas de energía geotérmica del mundo se encuentra en The Geysers , un campo geotérmico en California . [30] El Filipinas es el segundo productor más alto, con 1.904 MW de capacidad en línea. La energía geotérmica representa aproximadamente el 13% de la generación de electricidad de Filipinas. [31]

En 2016, Indonesia ocupó el tercer lugar con 1.647 MW en línea detrás de EE. UU. Con 3.450 MW y Filipinas con 1.870 MW, pero Indonesia ocupará el segundo lugar debido a 130 MW adicionales en línea a fines de 2016 y 255 MW en 2017. Los 28.994 MW de Indonesia son las mayores reservas geotérmicas del mundo, y se prevé que supere a los EE. UU. en la próxima década. [32]

Capacidad eléctrica geotérmica instalada
PaísCapacidad (MW)
2007 [17]		Capacidad (MW)
2010 [33]		% de producción
eléctrica nacional
% de
la
producción geotérmica mundial
Estados Unidos268730860,329
Filipinas1969,719042718
Indonesia99211973,711
México95395839
Italia810,58431,58
Nueva Zelanda471,6628106
Islandia421,2575305
Japón535,25360,15
Iran250250
El Salvador204,220425
Kenia128,816711,2
Costa Rica162,516614
Nicaragua87,48810
Rusia7982
pavo3882
Papúa Nueva Guinea5656
Guatemala5352
Portugal2329
porcelana27,824
Francia14,7dieciséis
Etiopía7.37.3
Alemania8.46.6
Austria1.11.4
Australia0,21.1
Tailandia0,30,3
Total9.981,910.959,7

Las plantas eléctricas geotérmicas se construyeron tradicionalmente exclusivamente en los bordes de las placas tectónicas donde los recursos geotérmicos de alta temperatura están disponibles cerca de la superficie. El desarrollo de plantas de energía de ciclo binario y las mejoras en la tecnología de perforación y extracción permiten sistemas geotérmicos mejorados en un rango geográfico mucho mayor. [34] Los proyectos de demostración están operativos en Landau-Pfalz , Alemania, y Soultz-sous-Forêts , Francia, mientras que un esfuerzo anterior en Basilea , Suiza, se cerró después de que provocó terremotos . Otros proyectos de demostración están en construcción en Australia , Reino Unido.y los Estados Unidos de América . [35]

La eficiencia térmica de las plantas eléctricas geotérmicas es baja, alrededor del 10 al 23%, porque los fluidos geotérmicos no alcanzan las altas temperaturas del vapor de las calderas. Las leyes de la termodinámica limitan la eficiencia de los motores térmicos en la extracción de energía útil. El calor de escape se desperdicia, a menos que pueda usarse directa y localmente, por ejemplo, en invernaderos, aserraderos y calefacción urbana. La eficiencia del sistema no afecta sustancialmente los costos operativos como lo haría para las plantas que usan combustible, pero sí afecta el rendimiento del capital utilizado para construir la planta. Para producir más energía de la que consumen las bombas, la generación de electricidad requiere campos relativamente calientes y ciclos de calor especializados. [ cita requerida ]Debido a que la energía geotérmica no depende de fuentes variables de energía, a diferencia de, por ejemplo, la eólica o la solar, su factor de capacidad puede ser bastante grande: se ha demostrado hasta un 96%. [36] El promedio mundial fue del 73% en 2005.

Tipos [ editar ]

La energía geotérmica se presenta en formas dominadas por el vapor o por los líquidos . Larderello y The Geysers están dominados por el vapor. Los sitios dominados por vapor ofrecen temperaturas de 240 a 300 ° C que producen vapor sobrecalentado.

Plantas dominadas por líquidos [ editar ]

Los reservorios dominados por líquidos (LDR) son más comunes con temperaturas superiores a 200 ° C (392 ° F) y se encuentran cerca de volcanes jóvenes que rodean el Océano Pacífico y en zonas de rift y puntos calientes. Las plantas flash son la forma común de generar electricidad a partir de estas fuentes. Por lo general, no se requieren bombas, sino que se activan cuando el agua se convierte en vapor. La mayoría de los pozos generan de 2 a 10 MW de electricidad. El vapor se separa de un líquido a través de separadores ciclónicos, mientras que el líquido se devuelve al depósito para recalentarlo / reutilizarlo. A partir de 2013, el sistema líquido más grande es Cerro Prieto en México, que genera 750 MW de electricidad a partir de temperaturas que alcanzan los 350 ° C (662 ° F). El mar de SaltonEl campo en el sur de California ofrece el potencial de generar 2000 MW de electricidad. [19]

Los LDR de temperatura más baja (120–200 ° C) requieren bombeo. Son comunes en terrenos extensionales, donde el calentamiento tiene lugar a través de una circulación profunda a lo largo de fallas, como en el oeste de Estados Unidos y Turquía. El agua pasa a través de un intercambiador de calor en una planta binaria de ciclo Rankine . El agua vaporiza un fluido de trabajo orgánico que impulsa una turbina . Estas plantas binarias se originaron en la Unión Soviética a finales de la década de 1960 y predominan en las nuevas plantas estadounidenses. Las plantas binarias no tienen emisiones. [19] [37]

Energía geotérmica [ editar ]

Artículos principales: Calefacción geotérmica y bomba de calor geotérmica.

Las fuentes con temperaturas de 30–150 ° C se utilizan sin conversión a electricidad como calefacción urbana , invernaderos , pesca , recuperación de minerales, calefacción de procesos industriales y baños en 75 países. Las bombas de calor extraen energía de fuentes poco profundas a 10–20 ° C en 43 países para su uso en calefacción y refrigeración de espacios. La calefacción doméstica es el medio de explotación de la energía geotérmica de más rápido crecimiento, con una tasa de crecimiento anual mundial del 30% en 2005 [38] y del 20% en 2012. [19] [37]

En 2004 se utilizaron aproximadamente 270 petajulios (PJ) de calefacción geotérmica. Más de la mitad se destinó a calefacción de espacios y otro tercio a piscinas climatizadas. El resto apoyó aplicaciones industriales y agrícolas. La capacidad instalada global fue de 28 GW, pero los factores de capacidad tienden a ser bajos (30% en promedio) ya que el calor se necesita principalmente en invierno. Unos 88 PJ para calefacción de espacios se extrajeron mediante un estimado de 1,3 millones de bombas de calor geotérmicas con una capacidad total de 15 GW. [7]

El calor para estos fines también se puede extraer de la cogeneración en una planta eléctrica geotérmica .

La calefacción es rentable en muchos más sitios que la generación de electricidad. En fuentes termales naturales o géiseres , el agua se puede canalizar directamente a los radiadores . En el suelo seco y caliente, los tubos de tierra o los intercambiadores de calor de fondo de pozo pueden acumular el calor. Sin embargo, incluso en áreas donde el suelo es más frío que la temperatura ambiente, el calor a menudo se puede extraer con una bomba de calor geotérmica de manera más rentable y limpia que con los hornos convencionales. [39] Estos dispositivos se basan en recursos mucho más superficiales y fríos que las técnicas geotérmicas tradicionales. Con frecuencia combinan funciones, que incluyen aire acondicionado , almacenamiento de energía térmica estacional , energía solarcolección, y calefacción eléctrica. Las bombas de calor se pueden utilizar para calentar espacios prácticamente en cualquier lugar. La energía geotérmica también se puede utilizar para suministrar sistemas de calefacción urbana fría . [40]

Islandia es el líder mundial en aplicaciones directas. Alrededor del 92,5% de sus hogares se calientan con energía geotérmica, lo que ahorra a Islandia más de $ 100 millones anuales en importaciones de petróleo evitadas. Reykjavík , Islandia , tiene el sistema de calefacción de distrito más grande del mundo, que a menudo se usa para calentar caminos y carreteras para impedir la acumulación de hielo. [41] Una vez conocida como la ciudad más contaminada del mundo, ahora es una de las más limpias. [42]

Sistemas geotérmicos mejorados [ editar ]

Artículo principal: sistema geotérmico mejorado

Los sistemas geotérmicos mejorados (EGS) inyectan agua activamente en los pozos para calentarla y bombearla. El agua se inyecta a alta presión para expandir las fisuras de la roca existentes y permitir que el agua fluya libremente hacia adentro y hacia afuera. La técnica fue adaptada de las técnicas de extracción de petróleo y gas. Sin embargo, las formaciones geológicas son más profundas y no se utilizan productos químicos tóxicos, lo que reduce la posibilidad de daños ambientales. Los perforadores pueden emplear perforación direccional para expandir el tamaño del yacimiento. [19]

Se han instalado EGS a pequeña escala en el Rin Graben en Soultz-sous-Forêts en Francia y en Landau e Insheim en Alemania. [19]

Economía [ editar ]

La energía geotérmica no requiere combustible (a excepción de las bombas) y, por lo tanto, es inmune a las fluctuaciones del costo del combustible. Sin embargo, los costos de capital son significativos. La perforación representa más de la mitad de los costos y la exploración de recursos profundos conlleva riesgos importantes. Un doblete de pozo típico (pozos de extracción e inyección) en Nevada puede soportar 4.5 megavatios (MW) y cuesta alrededor de $ 10 millones perforar, con una tasa de falla del 20%. [43]

Una planta de energía en The Geysers

Como se señaló anteriormente, el costo de perforación es un componente importante del presupuesto de una planta de energía geotérmica y es una de las barreras clave para un desarrollo más amplio de los recursos geotérmicos. Una planta de energía debe tener pozos de producción para llevar el fluido caliente (vapor o agua caliente) a la superficie y también debe tener pozos de inyección para bombear el líquido de regreso al depósito después de que haya pasado por la planta de energía. La perforación de pozos geotérmicos es más costosa que la perforación de pozos de petróleo y gas de profundidad comparable por varias razones:

  • Los reservorios geotérmicos suelen estar en roca ígnea o metamórfica, que es más dura que la roca sedimentaria de los reservorios de hidrocarburos.
  • La roca a menudo se fractura, lo que provoca vibraciones que dañan las brocas y otras herramientas de perforación.
  • La roca es a menudo abrasiva, con alto contenido de cuarzo y, a veces, contiene fluidos altamente corrosivos.
  • La formación es, por definición, caliente, lo que limita el uso de la electrónica de fondo de pozo.
  • El revestimiento de los pozos geotérmicos debe cementarse de arriba a abajo para resistir la tendencia del revestimiento a expandirse y contraerse con los cambios de temperatura. Los pozos de petróleo y gas generalmente están cementados solo en la parte inferior.
  • Debido a que el pozo geotérmico produce un fluido de bajo valor (vapor o agua caliente), su diámetro es considerablemente mayor que el de los pozos de petróleo y gas típicos. [44]

En total, la construcción de instalaciones eléctricas y el costo de perforación de pozos alrededor de 2-5 millones de € al MW de potencia eléctrica, mientras que el punto de equilibrio precio es 0.04-0.10 € por kW · h. [17] Los sistemas geotérmicos mejorados tienden a estar en el lado alto de estos rangos, con costos de capital superiores a $ 4 millones por MW y un punto de equilibrio superior a $ 0,054 por kW · h en 2007. [45]Las aplicaciones de calentamiento directo pueden utilizar pozos mucho menos profundos con temperaturas más bajas, por lo que son factibles sistemas más pequeños con costos y riesgos más bajos. Las bombas de calor geotérmicas residenciales con una capacidad de 10 kilovatios (kW) se instalan de forma rutinaria por alrededor de $ 1 a 3000 por kilovatio. Los sistemas de calefacción de distrito pueden beneficiarse de las economías de escala si la demanda es geográficamente densa, como en las ciudades y los invernaderos, pero por lo demás, la instalación de tuberías domina los costos de capital. El coste de capital de uno de estos sistemas de calefacción urbana en Baviera se estimó en algo más de 1 millón de euros por MW. [46]Los sistemas directos de cualquier tamaño son mucho más simples que los generadores eléctricos y tienen menores costos de mantenimiento por kW · h, pero deben consumir electricidad para hacer funcionar bombas y compresores. Algunos gobiernos subvencionan proyectos geotérmicos.

La energía geotérmica es altamente escalable: desde un pueblo rural hasta una ciudad entera, [47] lo que la convierte en una parte vital de la transición a las energías renovables . [ cita requerida ]

El campo geotérmico más desarrollado en los Estados Unidos es The Geysers en el norte de California. [48]

Los proyectos geotérmicos tienen varias etapas de desarrollo. Cada fase tiene riesgos asociados. En las primeras etapas de reconocimiento y estudios geofísicos, muchos proyectos se cancelan, lo que hace que esa fase no sea adecuada para los préstamos tradicionales. Los proyectos que avanzan desde la identificación, exploración y perforación exploratoria a menudo intercambian capital por financiamiento. [49]

Recursos [ editar ]

Sistema geotérmico mejorado 1: Depósito 2: Casa de bombas 3: Intercambiador de calor 4: Sala de turbinas 5: Pozo de producción 6: Pozo de inyección 7: Agua caliente para calefacción urbana 8: Sedimentos porosos 9: Pozo de observación 10: Lecho de roca cristalina

La energía térmica interna de la Tierra fluye hacia la superficie por conducción a una velocidad de 44,2 teravatios (TW), [50] y se repone mediante la desintegración radiactiva de minerales a una velocidad de 30 TW. [51] Estas tarifas de energía son más del doble del consumo actual de energía de la humanidad de todas las fuentes primarias, pero la mayor parte de este flujo de energía no es recuperable. Además de los flujos de calor internos, la capa superior de la superficie a una profundidad de 10 m (33 pies) se calienta con energía solar durante el verano, y libera esa energía y se enfría durante el invierno.

Fuera de las variaciones estacionales, el gradiente geotérmico de temperaturas a través de la corteza es de 25 a 30 ° C (77 a 86 ° F) por km de profundidad en la mayor parte del mundo. El flujo de calor conductivo tiene un promedio de 0,1 MW / km 2 . Estos valores son mucho más altos cerca de los límites de las placas tectónicas donde la corteza es más delgada. Pueden aumentar aún más mediante la circulación de fluidos, ya sea a través de conductos de magma , aguas termales , circulación hidrotermal o una combinación de estos.

Una bomba de calor geotérmica puede extraer suficiente calor de un suelo poco profundo en cualquier parte del mundo para proporcionar calefacción en el hogar, pero las aplicaciones industriales necesitan las temperaturas más altas de los recursos profundos. [14] La eficiencia térmica y la rentabilidad de la generación de electricidad son particularmente sensibles a la temperatura. Las aplicaciones más exigentes reciben el mayor beneficio de un alto flujo de calor natural, idealmente del uso de una fuente termal . La siguiente mejor opción es perforar un pozo en un acuífero caliente . Si no se dispone de un acuífero adecuado, se puede construir uno artificial inyectando agua para fracturar hidráulicamente el lecho rocoso. Este último enfoque se llama energía geotérmica de roca seca caliente en Europa, osistemas geotérmicos mejorados en América del Norte. Este enfoque puede ofrecer un potencial mucho mayor que el de la explotación convencional de acuíferos naturales. [34]

Las estimaciones del potencial de generación de electricidad a partir de energía geotérmica varían seis veces, de 0,035 a 2 TW, según la escala de las inversiones. [7] Las estimaciones más altas de los recursos geotérmicos asumen pozos geotérmicos mejorados a una profundidad de hasta 10 kilómetros (6 millas), mientras que los pozos geotérmicos existentes rara vez tienen más de 3 kilómetros (2 millas) de profundidad. [7] Los pozos de esta profundidad son ahora comunes en la industria del petróleo. [52] El pozo de investigación más profundo del mundo, el pozo superprofundo de Kola , tiene 12 kilómetros (7 millas) de profundidad. [53]

La Sociedad de Ingeniería de Myanmar ha identificado al menos 39 ubicaciones (en Myanmar ) capaces de producir energía geotérmica y algunas de estas reservas hidrotermales se encuentran bastante cerca de Yangon, que es un recurso subutilizado importante. [54]

Producción [ editar ]

Según la Asociación de Energía Geotérmica (GEA), la capacidad geotérmica instalada en los Estados Unidos creció un 5%, o 147,05 MW, desde la última encuesta anual en marzo de 2012. Este aumento provino de siete proyectos geotérmicos que comenzaron a producir en 2012. GEA también revisó su estimación de 2011 de capacidad instalada se incrementó en 128 MW, lo que eleva la capacidad geotérmica actual instalada en EE. UU. a 3.386 MW. [55]

Renovabilidad y sostenibilidad [ editar ]

La energía geotérmica se considera renovable porque cualquier extracción de calor proyectada es pequeña en comparación con el contenido de calor de la Tierra. La Tierra tiene un contenido de calor interno de 10 31  julios (3 · 10 15  TWh ), aproximadamente 100 mil millones de veces el consumo de energía anual mundial de 2010. [7] Aproximadamente el 20% de esto es calor residual de la acreción planetaria ; el resto se atribuye a mayores tasas de desintegración radiactiva que existían en el pasado. [3]Los flujos de calor natural no están en equilibrio y el planeta se está enfriando lentamente en escalas de tiempo geológicas. La extracción humana extrae una fracción diminuta del flujo de salida natural, a menudo sin acelerarlo. Según la mayoría de las descripciones oficiales del uso de la energía geotérmica, actualmente se la denomina renovable y sostenible porque devuelve un volumen igual de agua al área donde se realiza la extracción de calor, pero a una temperatura algo más baja. Por ejemplo, el agua que sale del suelo es de 300 grados y el agua que regresa es de 200 grados, la energía obtenida es la diferencia de calor que se extrae. Las estimaciones de la investigación actual sobre el impacto en la pérdida de calor del núcleo de la Tierra se basan en estudios realizados hasta 2012. Sin embargo, si los usos domésticos e industriales de esta fuente de energía se expandieran drásticamente en los próximos años,Sobre la base de una disminución del suministro de combustibles fósiles y una población mundial en crecimiento que se industrializa rápidamente y requiere fuentes de energía adicionales, las estimaciones sobre el impacto en la tasa de enfriamiento de la Tierra deberían volver a evaluarse.

La energía geotérmica también se considera sostenible gracias a su poder para mantener los intrincados ecosistemas de la Tierra. Al utilizar fuentes de energía geotérmica, las generaciones actuales de seres humanos no pondrán en peligro la capacidad de las generaciones futuras de utilizar sus propios recursos en la misma cantidad en que se utilizan actualmente. [56] Además, debido a sus bajas emisiones, se considera que la energía geotérmica tiene un excelente potencial para mitigar el calentamiento global.

Generación de electricidad en Poihipi, Nueva Zelanda
Generación de electricidad en Ohaaki, Nueva Zelanda
Generación de electricidad en Wairakei, Nueva Zelanda

Aunque la energía geotérmica es globalmente sostenible, la extracción aún debe ser monitoreada para evitar el agotamiento local. [51] A lo largo de décadas, los pozos individuales reducen la temperatura local y los niveles de agua hasta que se alcanza un nuevo equilibrio con los flujos naturales. Los tres sitios más antiguos, en Larderello , Wairakei y los géiseres, han experimentado una producción reducida debido al agotamiento local. El calor y el agua, en proporciones inciertas, se extraían más rápido de lo que se reponían. Si se reduce la producción y se reinyecta el agua, estos pozos teóricamente podrían recuperar todo su potencial. Estas estrategias de mitigación ya se han implementado en algunos sitios. La sostenibilidad a largo plazo de la energía geotérmica se ha demostrado en el campo Lardarello enItalia desde 1913, en el campo Wairakei en Nueva Zelanda desde 1958, [57] y en el campo The Geysers en California desde 1960. [58]

La caída de la producción de electricidad se puede impulsar mediante la perforación de pozos de suministro adicionales, como en Poihipi y Ohaaki . La central eléctrica de Wairakei ha estado funcionando mucho más tiempo, con su primera unidad puesta en servicio en noviembre de 1958, y alcanzó su pico de generación de 173 MW.en 1965, pero el suministro de vapor de alta presión ya estaba fallando, en 1982 se redujo a presión intermedia y la central gestionó 157 MW. A principios del siglo XXI gestionaba alrededor de 150 MW, luego en 2005 se agregaron dos sistemas de isopentano de 8 MW, aumentando la producción de la estación en aproximadamente 14 MW. Los datos detallados no están disponibles, se pierden debido a reorganizaciones. Una de esas reorganizaciones en 1996 provoca la ausencia de datos iniciales para Poihipi (iniciada en 1996) y la brecha en 1996/7 para Wairakei y Ohaaki; También faltan datos de media hora para los primeros meses de operación de Ohaaki, así como para la mayor parte de la historia de Wairakei.

Efectos ambientales [ editar ]

Estación de energía geotérmica en Filipinas
Estación geotérmica Krafla en el noreste de Islandia

Los fluidos extraídos de las profundidades de la Tierra transportan una mezcla de gases, en particular dióxido de carbono ( CO
2), sulfuro de hidrógeno ( H
2S ), metano ( CH
4) y amoniaco ( NH
3). Estos contaminantes contribuyen al calentamiento global , la lluvia ácida y los olores nocivos si se liberan. Las plantas eléctricas geotérmicas existentes emiten un promedio de 122 kilogramos (269 libras) de CO
2por megavatio-hora (MW · h) de electricidad, una pequeña fracción de la intensidad de emisión de las plantas convencionales de combustibles fósiles. [59] [ necesita actualización ] Las plantas que experimentan altos niveles de ácidos y sustancias químicas volátiles suelen estar equipadas con sistemas de control de emisiones para reducir los gases de escape.

Además de los gases disueltos, el agua caliente de fuentes geotérmicas puede contener trazas de elementos tóxicos como mercurio , arsénico , boro y antimonio . [60] Estos productos químicos se precipitan cuando el agua se enfría y pueden causar daños ambientales si se liberan. La práctica moderna de inyectar fluidos geotérmicos enfriados nuevamente en la Tierra para estimular la producción tiene el beneficio secundario de reducir este riesgo ambiental.

Los sistemas de calefacción geotérmica directa contienen bombas y compresores, que pueden consumir energía de una fuente contaminante. Esta carga parásita es normalmente una fracción de la producción de calor, por lo que siempre es menos contaminante que la calefacción eléctrica. Sin embargo, si la electricidad se produce mediante la quema de combustibles fósiles, las emisiones netas de la calefacción geotérmica pueden ser comparables a la quema directa del combustible para generar calor. Por ejemplo, una bomba de calor geotérmica alimentada por electricidad de una planta de gas natural de ciclo combinado produciría tanta contaminación como un horno de condensación de gas natural del mismo tamaño. [39] Por lo tanto, el valor ambiental de las aplicaciones de calefacción geotérmica directa depende en gran medida de la intensidad de las emisiones de la red eléctrica vecina.

La construcción de plantas puede afectar negativamente la estabilidad de la tierra. Se ha producido un hundimiento en el campo Wairakei en Nueva Zelanda. [14] En Staufen im Breisgau , Alemania, se produjo un levantamiento tectónico debido a que una capa de anhidrita previamente aislada entró en contacto con el agua y se convirtió en yeso, duplicando su volumen. [61] [62] [63] Los sistemas geotérmicos mejorados pueden desencadenar terremotos como parte de la fracturación hidráulica . El proyecto en Basilea , Suiza fue suspendido porque más de 10,000 eventos sísmicos de hasta 3.4 en elLa escala de Richter se produjo durante los primeros 6 días de la inyección de agua. [64]

La geotermia tiene requisitos mínimos de tierra y agua dulce. Las plantas geotérmicas utilizan 3,5 kilómetros cuadrados (1,4 millas cuadradas) por gigavatio de producción eléctrica (no capacidad) frente a 32 kilómetros cuadrados (12 millas cuadradas) y 12 kilómetros cuadrados (4,6 millas cuadradas) para instalaciones de carbón y parques eólicos, respectivamente. [14] Utilizan 20 litros (5,3 galones estadounidenses) de agua dulce por MW · h frente a más de 1.000 litros (260 gal EE.UU.) por MW · h para la energía nuclear, el carbón o el petróleo. [14]

Marcos legales [ editar ]

Algunas de las cuestiones legales planteadas por los recursos de energía geotérmica incluyen cuestiones de propiedad y asignación del recurso, la concesión de permisos de exploración, derechos de explotación, regalías y la medida en que las cuestiones de energía geotérmica han sido reconocidas en las leyes ambientales y de planificación existentes. Otras cuestiones se refieren a la superposición entre viviendas geotérmicas y minerales o petroleras. Temas más amplios se refieren a la medida en que el marco legal para el fomento de la energía renovable ayuda a fomentar la innovación y el desarrollo de la industria geotérmica.

Ver también [ editar ]

  • Asociación Internacional de Geotermia
  • Costo relativo de la electricidad generada por diferentes fuentes.
  • Congreso Mundial de Geotermia 2010
  • Respiradero hidrotermal
  • Balance de calor interno de la Tierra
  • Energía renovable por país

Referencias [ editar ]

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  • Energía geotérmica Hoja de datos por la Universidad de Michigan 's Centro de Sistemas Sostenibles
  • Animación TMBA: Energía geotérmica
  • Francia apuesta por la geotermia
  • Efectos de la producción de energía geotérmica