En este articulo hablaremos sobre una de las fuentes de energias renovables poco conocidas la energia geotermica .
¿ Que es la energia geotermica ?
La energía geotérmica es el calor derivado de la subsuperficie de la tierra. El agua y / o el vapor transportan la energía geotérmica a la superficie de la Tierra. Dependiendo de sus características, la energía geotérmica se puede utilizar para calefacción y refrigeración o se puede aprovechar para generar electricidad limpia. Sin embargo, para la electricidad, se necesitan recursos de generación de temperatura alta o media, que generalmente se encuentran cerca de regiones tectónicamente activas.
Esta fuente renovable clave cubre una parte significativa de la demanda de electricidad en países como Islandia, El Salvador, Nueva Zelanda, Kenia y Filipinas y más del 90% de la demanda de calefacción en Islandia. Las principales ventajas son que no depende de las condiciones climáticas y tiene factores de capacidad muy altos; Por estas razones, las plantas de energía geotérmica son capaces de suministrar electricidad de carga base, así como de proporcionar servicios auxiliares para la flexibilidad a corto y largo plazo en algunos casos.
Existen diferentes tecnologías geotérmicas con distintos niveles de madurez. Las tecnologías para usos directos como calefacción urbana, bombas de calor geotérmicas, invernaderos y para otras aplicaciones son ampliamente utilizadas y pueden considerarse maduras. La tecnología para la generación de electricidad a partir de reservorios hidrotermales con permeabilidad naturalmente alta también es madura y confiable, y ha estado operando desde 1913.
Muchas de las centrales eléctricas en operación hoy en día son plantas de vapor seco o plantas de vaporización (simple, doble y triple) que aprovechan temperaturas más de 180 ° C. Sin embargo, los campos de temperatura media se utilizan cada vez más para la generación de electricidad o para el calor y la energía combinados gracias al desarrollo de la tecnología de ciclo binario, en el que el fluido geotérmico se utiliza a través de intercambiadores de calor para calentar un fluido de proceso en un circuito cerrado. Adicionalmente,
Para promover un desarrollo más amplio de la energía geotérmica, IRENA coordina y facilita el trabajo de la Alianza Geotérmica Global (GGA) , una plataforma para mejorar el diálogo y el intercambio de conocimientos para una acción coordinada para aumentar la participación de la generación de electricidad y calor geotérmica instalada en todo el mundo.
La energía geotérmica también puede considerarse como una forma de energía alternativa y renovable , si se evalúa con relativa rapidez. Esto se debe a que la explotación continua de una fuente geotérmica puede inducir localmente, alrededor de los sitios de explotación, una reducción del valor de la anomalía térmica positiva , haciendo que la fuente de energía ya no sea definible como renovable. Esta anomalía es local y depende del tiempo de explotación del recurso altamente variable según el sitio .
¿Cómo funciona la energía geotérmica?
Este tipo de energía se basa en los principios de la energía geotérmica, o en la explotación del calor natural de la tierra (el término geotérmico tiene su etimología del griego “gê” y “thermòs”, que literalmente significa “calor de la Tierra”). Este calor se libera naturalmente de los procesos de desintegración nuclear de los elementos radiactivos dentro del núcleo, el manto y la corteza terrestre. Algunos de estos elementos son uranio, torio y potasio que están realmente contenidos en las áreas más internas de nuestro planeta.
Historia y uso
El uso de fuentes geotérmicas tiene orígenes muy antiguos, especialmente como fuente de agua caliente natural. Innumerables fuentes termales en Europa ya famosas en el Imperio Romano, y su explotación continúa hasta nuestros días.
El uso industrial comenzó en Italia en la fuente geotérmica de Larderello en Toscana . En 1827 aquí las fuentes se utilizaron para extraer ácido bórico de los géiseres. Más tarde, a partir del ejemplo estadounidense (que en 1892 calentó el primer distrito con agua caliente de una fuente geotérmica), al mismo tiempo en Italia se utilizó la energía geotérmica como medio de calefacción y en 1904 como fuente para la producción de electricidad . La década de 1900 fue el auge de la explotación geotérmica mundial, especialmente en los Estados Unidos, Italia e Islandia.
Muy pocos países porque claramente la explotación de este recurso depende en gran medida de la disponibilidad natural de fuentes de energía térmica. Hoy la producción de energía geotérmica constituye menos del 1% del mundo . Esto para disponibilidad de energía, técnica y métodos de extracción.
Un estudio realizado por el MIT (Instituto de Tecnología de Massachusetts) afirma que la energía geotérmica potencial contenida en nuestro planeta es de alrededor de 12,600,000 ZJ y que con las tecnologías actuales sería posible usar “solo” 2000 ZJ . Sin embargo, dado que el consumo mundial de energía asciende a un total de 0,5 ZJ por año, solo con la energía geotérmica, según el estudio del MIT, podríamos satisfacer el requerimiento de energía planetaria con solo energía limpia durante los próximos 4000 años, lo que hace que inútil cualquier otra fuente no renovable o renovable actualmente utilizada.
Claramente, no se considera que los costos económicos muy altos apliquen las tecnologías actuales capaces de explotar estas energías al máximo. Costos que ninguna nación o agencia puede soportar.
Italia tiene un pequeño récord en producción de energía geotérmica . El productor mundial más importante es Estados Unidos, con 3086 MW producidos (pero solo el 0.3% del consumo nacional de electricidad). Filipinas (1904 MW producidos) e Indonesia (1197 MW producidos) siguen en el podio. Italia ocupa el quinto lugar (después de México) con 843 MW producidos (todos los datos se refieren a 2010).
Hay tres tipos diferentes de fuentes de energía geotérmica y son:
- Fuentes hidrotermales
- Fuentes geopresurizadas
- Fuentes petrotérmicas
Las fuentes hidrotermales no son demasiado profundas (1000-2000 m) y se caracterizan por la presencia de agua dentro de bolsas subterráneas. El agua es calentada por rocas ígneas a altas temperaturas. Dependiendo de la presión y el estado del agua, se puede clasificar como vapor dominante o fuente geotérmica de agua dominante. Estos sistemas constituyen casi todas las fuentes explotadas a nivel industrial.
En cambio, las fuentes geopresurizadas se encuentran a profundidades mucho mayores (2500-9000 m). Consisten en temperaturas relativamente bajas, pero a presiones muy altas. Estas bolsas suelen ser ricas en gas natural y, a menudo, también en productos químicos potencialmente nocivos, incluso si están naturalmente contenidos en el suelo.
Finalmente, las fuentes petrotérmicas (también conocidas como Hot Dry Rock – HDR) consisten en bancos de rocas a profundidades mucho más altas, pero también caracterizadas por la ausencia de agua. Más del 80% de las fuentes en nuestro planeta son de este tipo, incluso si su explotación es muy compleja: debido a la ausencia de agua, inicialmente es necesario insertarlo , luego aumentar la superficie de intercambio al fracturar la roca. La baja conductividad térmica combinada con las técnicas modernas de perforación y trituración de rocas (para aumentar la superficie de intercambio) no justifican los costos económicos generalmente demasiado altos para áreas a profundidades mayores de 5 km.
¿Cómo funciona un sistema geotérmico?
En primer lugar, debemos distinguir entre las plantas geotérmicas de baja entalpía y las plantas de energía geotérmica.
La planta de energía geotérmica usualmente usa fuentes de calor profundo llevadas a la superficie (géiser) o mediante perforación . El flujo de vapor proveniente del subsuelo tiene suficiente energía para alimentar una turbina que, a través de la transformación de la energía mecánica en energía eléctrica de un alternador, hace posible el suministro de la red eléctrica.
Por lo general, se usa un intercambiador de calor para no hacer circular la misma agua dentro del sistema que está en contacto con rocas y posibles agentes corrosivos, para no comprometer el estado de la turbina.
Las bombas y los compresores generalmente se usan para empujar el agua fría hacia adentro y garantizar un flujo constante. Dependiendo de la temperatura de la fuente, los sistemas pueden ser dominantes con vapor o agua. En el primer caso, es posible suministrar una turbina. En el segundo, el agua caliente se utiliza exclusivamente en calefacción urbana.
Los sistemas de baja entalpía se utilizan como un sistema de aire acondicionado en edificios al explotar el intercambio de calor con el subsuelo de la superficie mediante una bomba de calor. Dado que el calor en el subsuelo proviene en gran parte del interior de la Tierra, la energía geotérmica de baja entalpía se clasifica como una fuente de energía renovable, a pesar de que la bomba de calor en sí consume electricidad, generalmente producida a partir de otras fuentes de energía.
Por lo tanto, estas plantas no generan electricidad, sino que simplemente explotan la temperatura constante que el subsuelo superficial tiende a tener ( entre 16 y 18 grados ), que es más cálida en invierno y más fresca en verano que en el aire exterior.
Renovabilidad y efectos sobre el medio ambiente.
La electricidad de fuentes geotérmicas se considera renovable ya que el calor extraído localmente es mínimo en comparación con el calor contenido y generado por todo el planeta, por lo tanto no penaliza en términos de equilibrio y sostenibilidad. La tierra tiene un contenido estimado de energía térmica de aproximadamente 1031 julios (3 × 10 ^ 15 TW / h). Para dar una idea de la magnitud, alrededor de 100 mil millones de veces el consumo anual de energía del mundo.
Un 20% de este calor se debe al fenómeno de crecimiento, mientras que el resto está relacionado con la descomposición de los componentes radiactivos presentes histórica y naturalmente dentro del manto y el núcleo. Los flujos térmicos naturales no están en completo equilibrio, y el planeta se está enfriando (en tiempos que se distribuirán en diferentes épocas geológicas). Se ha demostrado que la extracción humana es una fracción tan pequeña de la disminución natural de la temperatura que no acelera este proceso, y ciertamente es un método más limpio para generar energía que muchos otros .
Esta fuente de energía es sostenible también porque respeta completamente los ecosistemas presentes en el planeta tierra . De ninguna manera, la explotación de la energía geotérmica pone en riesgo la posibilidad de que el hombre tenga la misma cantidad de recursos geotérmicos actualmente disponibles (si se usa correctamente y con las precauciones adecuadas). También es uno de los recursos renovables con el menor impacto ambiental, incluso desde el punto de vista de todo el proceso energético en comparación con otros métodos.
Sin embargo, la extracción debe ser estrictamente monitoreada para evitar el agotamiento a nivel local, a pesar de la sostenibilidad global . Durante algunas décadas, las temperaturas locales de algunos manantiales pueden experimentar una disminución, con la consiguiente pérdida de eficiencia. El sitio naturalmente alcanza un nuevo equilibrio a veces a temperaturas más bajas .
Tres de los sitios mineros más antiguos (Lardello (ITA), Wairakei (NZE) y The Geysers (EE. UU.)) Han experimentado este ligero fenómeno de agotamiento. Se atribuye a la extracción de agua y calor de manera desproporcionada en comparación con lo que se suministró al sistema.
Desafortunadamente, las mediciones en algunos períodos son inciertas y poco confiables, y es precisamente después de estos períodos de datos poco confiables que se han producido fenómenos de disminución de la temperatura y el suministro de calor.
Sin embargo, varios estudios muestran que existen métodos para reducir la explotación y la reinyección de agua dentro del sistema para recuperar todo el potencial de un sitio. Estas técnicas han demostrado ser útiles y fundamentadas en las tres áreas ya mencionadas que se convierten así en un ejemplo de sostenibilidad geotérmica a largo plazo . Lardello ha estado en funcionamiento durante más de un siglo (desde 1913), y es un ejemplo mundial del que deberíamos estar muy orgullosos .
En caso de necesidad, la perforación de más pozos puede ser útil y funcional para el aumento de la producción de energía geotérmica, siempre que se evalúe correctamente la sostenibilidad del sistema. Los sistemas de extracción de Nueva Zelanda son un ejemplo de “abuso”, ya que se informa que para aumentar la producción se agregaron algunos sistemas de isopentano durante los años noventa , pero los datos no se han puesto a disposición. Se cree que estas perforaciones excesivas amenazaron con agotar las fuentes locales, que ahora se han recuperado y están funcionando con la máxima eficiencia.
De la tierra no solo sale agua caliente sino también compuestos en forma gaseosa. Algunos de estos gases son potencialmente peligrosos para el medio ambiente y contienen dióxido de carbono (CO2) , sulfuro de hidrógeno (H2S) , metano (CH4) , y amoníaco (NH3) . Estos contaminantes contribuyen a fenómenos como el calentamiento global y la lluvia ácida.
Sin embargo, en comparación con una planta de energía de combustibles fósiles, la comparación es completamente irrelevante: en promedio, una planta de energía geotérmica emite 122 kg de CO2 por MWh . El carbón bituminoso (el más limpio) emite alrededor de 95 por kWh : es decir, mil veces más. Sin embargo, todos los sistemas de extracción modernos tienen sistemas para medir y controlar las emisiones de gases peligrosos y estos sistemas también contribuyen a reducirlos.
El agua que se extrae de las fuentes geotérmicas podría haber disuelto trazas de elementos tóxicos como el mercurio, el arsénico, el boro y el antimonio . Estos elementos precipitan con el enfriamiento del agua y pueden causar daños ambientales si se liberan.
Si el agua se usara directamente en los procesos, podría ser un problema, pero las técnicas modernas intercambian calor sin el contacto de los fluidos de los dos sistemas (fluidos “geotérmicos” y fluidos utilizados para explotar su potencia térmica) y cuando se devuelve el agua fría Dentro de la tierra para estimular la producción, los mismos agentes químicos regresan a la profundidad sin correr el riesgo de dañar el medio ambiente .
Crítica de las plantas de energía geotérmica.
Se han hecho algunas críticas al sistema de producción de energía geotérmica, en relación con la necesidad de usar bombas y compresores que consuman energía.
La estabilidad del suelo también puede verse comprometida. Un ejemplo bien conocido es el de Staufen im Breisgau, en Alemania, donde se produjo un aumento tectónico debido a una capa de anhidrita que entra en contacto con el agua, formando yeso y duplicando su volumen . Los sistemas geotérmicos rara vez pueden iniciar terremotos debido a la fractura del agua. Un ejemplo es la central eléctrica de Basilea en Suiza, cerrada y desmantelada porque se considera la causa de más de diez mil choques, de los cuales algunos de hasta 3.4 grados Richter , ocurrieron en los primeros seis días después de la inyección de agua.
El espacio y el agua necesarios en las instalaciones modernas no son tan extensos. Por lo general, requieren un área de alrededor de 4 kilómetros cuadrados para producir aproximadamente un gigavatio, en comparación con unos 12 kilómetros cuadrados que requerirían un parque eólico de rendimiento similar . Utilizan unos 20 litros de agua por MWh, en comparación con otros sistemas de producción como el nuclear o el carbón que requieren más de mil.
Los principales aspectos negativos están realmente relacionados con los olores extremadamente desagradables que generalmente emanan de estas plantas y de la contaminación del paisaje de las plantas. En cambio, la geotérmica de baja entalpía no tiene estas contraindicaciones, pero no es un sistema de aire acondicionado eficiente como el de otras fuentes (no renovables), y en cualquier caso requiere la operación de una bomba de calor.