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Energía Geotérmica

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Elisa Blanca Viñas Reyes

on 9 April 2015

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Energía Geotérmica
Este tipo de sistemas generan energía, eléctrica y/o térmica, a partir del calor contenido en el interior de la tierra.
Se han desarrollado diversas tecnologías para el aprovechamiento de la energía geotérmica, obteniendo tanto energía térmica como electricidad.
Clasificación de los yacimientos geotérmicos por rangos de temperatura
De acuerdo con la clasificación se dispone de recursos de alta, media y baja entalpía
Tabla 1.- Clasificación por temperaturas para los diferentes tipos de recursos.
Las reservas probadas (1P) se tomaron como la capacidad adicional que puede instalarse en cada campo dando un total de 186 MWe, de acuerdo a los estudios de simulaciones numéricas que se tienen de cada campo geotérmico.
Potencial geotérmico en México
Las reservas probables (2P) para el recurso de alta entalpía son de 1,643.94 MWe, para los de moderada entalpía de 220.37 y para los de baja de 212.70 dando un potencial de Reservas Probables de 2,077.01 MWe.
Para los recursos de alta entalpía existen reservas posibles (3P) por 5,691.79 MWe, para los recursos de moderada entalpía de 881.48 MWe y los de baja entalpía por 849.61 MWe dando un total de Reservas posibles en la República Mexicana de 7,422.88 MWe.
Tabla 2.- Potencial geotérmico para las reservas probables (2P) y reservas posibles (3P) de los diferentes tipos de recursos.
Geotermia de Baja Entalpía

Captadores Horizontales
Captadores Verticales

Geotermia de Mediana Entalpía

Centrales de Agua Termal (Binarias)
Centrales Geomagmáticas

Geotermia de Alta Entalpía

Dry Steam
Flash/Wet Steam
Hot Dry Rock (HDR)

Tecnología geotérmica
Geotérmia de baja entalpía:
Captadores Horizontales
Esta tecnología basa su funcionamiento en la transferencia de calor entre el subsuelo a baja profundidad y un fluido intercambiador de calor, que transporta la energía térmica. Dichos fluidos, una vez calentados o enfriados en el intercambiador de calor enterrado, son dirigidos hacia una bomba de calor que permite aprovechar la capacidad de calentar o enfriar.

En este caso, el intercambiador de calor aprovecha el calor del subsuelo, estable durante el día y noche, y durante el año entre 10 y 15ºC. El sistema se encuentra formado por tubos captadores instalados en configuraciones como espirales, en serie o, paralelo.

Resulta ser la opción menos costosa si se cuenta con suelos adecuados.

Su aplicación en el mundo se concentra mayormente en Austria, Alemania, Canadá, Suecia, Suiza y Estados Unidos, y ha experimentado un aumento de capacidad instalada, de un 10% en 30 países por los últimos 10 años.
Las principales barreras son los altos costos de inversión, los riesgos de exploración y desarrollo, las dificultades para acceder a las fuentes de calor, la información limitada sobre la tecnología y las consecuencias asociadas a la condición sísmica del lugar.
Basa su funcionamiento en la transferencia de calor desde el subsuelo a baja y mediana profundidad, hacia tubos colectores cuyos fluidos internos transportan la energía térmica.

Una vez calentados los fluidos en el intercambiador de calor enterrado, se dirigen a una bomba de calor que permite aprovechar la capacidad de calentar o enfriar un espacio.
El intercambiador de calor está formado por series de tubos captadores instalados de forma vertical, a profundidades de hasta 150 metros bajo la superficie, en forma de U o cañerías coaxiales. A estas profundidades pueden captar temperaturas entre 60 y 90 ºC.

El uso de captadores verticales resulta mucho menos costoso que los captadores horizontales y necesitan de menor superficie para su instalación. Sin embargo, requiere de perforaciones verticales a mayor profundidad y, por lo tanto, de equipos especiales.
Geotérmia de baja entalpía:
Captadores Verticales
Las principales barreras son los altos costos de inversión por las perforaciones, la información limitada sobre la tecnología y el largo tiempo para recuperar la inversión.

Su aplicación en el mundo se concentra mayormente en España, Alemania, Canadá, y Estados Unidos.
Barreras y parámetros tecnológicos
Barreras y parámetros tecnológicos
Geotérmia de media entalpía:
Centrales de Agua Termal (C. Binarias)
El funcionamiento de una central geotérmica como la de Cerro Prieto, en Baja California Norte, que utiliza un ciclo binario (pues se emplea un ciclo para el vapor y otro para el agua) es como sigue:

Se explotan varios pozos geotérmicos, de los que se obtiene agua caliente y vapor para poner en operación sistemas de turbinas la que se une a través de un eje, llamado rotor, a un generador capaz de producir energía eléctrica. Una vez que se ha utilizado el vapor, éste pasa a un condensador, lo cual permite que la planta proporcione más potencia, en lugar de descargarlo a la atmósfera.
A continuación, el agua separada se conduce a otros separadores y evaporadores de baja presión, lo cual posibilita producir energía eléctrica adicional. El agua de los condensadores pasa a una torre de enfriamiento y el calor obtenido en ésta se aprovecha para que trabajen los evaporadores. El agua de desecho se envía a una laguna, llamada de evaporación o se reinyecta.
Es la tecnología considerada como la forma más efectiva y confiable para convertir grandes cantidades de recursos geotérmicos de media temperatura en electricidad.
Sistemas como este son comunes en países como Estados Unidos, Filipinas, Austria, entre otros.
Basa su funcionamiento en la extracción de calor desde la tierra, utilizando un fluido termodinámico de bajo punto de ebullición en un circuito cerrado, el cual al transformarse en vapor a alta presión en contacto con la fuente de calor, puede impulsar un sistema integrado de turbinas-generador. Una vez condensado el fluido de trabajo, vuelve a la parte inferior del circuito donde retomará calor desde la fuente geotérmica. En particular, la tecnología geomagmática busca aprovechar recursos geotérmicos de menor temperatura (100 °C a 175 °C) sin la utilización de agua y sin emisiones de ningún tipo.

El funcionamiento del Powertube consiste en la perforación e instalación de un tubo sellado de 60 metros de largo y 1,16m de diámetro. El tubo tiene una parte inferior llamada “elevador térmico” donde capta el calor geotérmico a una temperatura de 175ºC y lo eleva hasta un intercambiador térmico. Este primer circuito en muchas zonas de la tierra, como en el llamado anillo de fuego no sería necesario ya que la temperatura requerida de 108ºC se alcanza mucho más cerca de la superficie. La necesidad de que la temperatura sea mayor a la requerida para su funcionamiento es la perdida de calor por el recorrido desde el elevador térmico hasta el intercambiador.

El intercambiador contiene 2km de tubería de acero inoxidable que contiene iso-butano e Iso-Pentano en forma líquida pero que al calentarse se transforman en vapor y mediante una válvula de control que se abre para dejar salir el gas a presión por el tubo generador hacia la turbina que esta acoplada al generador eléctrico. Luego el gas deja el tubo generador y va a un sistema de condensación que puede tener hasta tres etapas. Una vez enfriado el gas pasa a un tanque de nivelación desde el cual se bombea nuevamente al intercambiador donde comienza nuevamente el ciclo.
Geotérmia de media entalpía:
Geomagmática
El sistema no requiere de mantenimiento, el funcionamiento está totalmente automatizado y conectado vía satélite con un centro de mandos, que analiza la información, comprueba el correcto funcionamiento y en caso de algún problema lo resuelve, todo mediante un software desarrollado especialmente para ello. Además el Powertube tiene garantiado su funcionamiento bajo tierra durante cinco años, pasado este tiempo se extrae y se reemplaza por otro.
Powertube, energía geomagmática
Los prototipos en desarrollo por Power Tube Inc. son unidades de 1 MW, 5 MW y 10 MW, pudiendo desarrollar campos con varios de estos dispositivos en serie.

En términos generales, el equipo desarrollado por Power Tube Inc. genera continuamente con un factor de planta de 85-90%, con una eficiencia térmica de alrededor de un 30%, utilizando una superficie de sólo 100 m2 para una instalación de 10 MW.
Geotérmia de alta entalpía:
Vapor Caliente (Dry Steam)
Su principio de funcionamiento se basa en la transferencia de energía térmica, desde las capas interiores de la tierra, para generación de energía eléctrica. En particular, la tecnología de vapor caliente consiste en la extracción de vapor seco saturado o supercalentado a presión sobre la atmósfera, desde un pozo profundo dominado por vapor. Se envía a través de tuberías directamente al sistema de generación, para luego ser descargado de manera directa a la atmósfera o bien, condensado y en algunos casos, reinyectado al pozo.

Los primeros sistemas de generación de electricidad por fuentes geotermales fueron la central de Larderello en Italia o The Geysers en California. Este tipo de tecnología se encuentra bien desarrollada y comercialmente disponible.
Las principales barreras son la escasa identificación y catastro de las fuentes disponibles, el alto costo de inversión, sus altos riesgos de exploración y desarrollo, la escasa cultura local en geotérmia, sumada a la mayor sensibilidad de la población en temas ambientales.
Geotérmia de alta entalpía:
Aire caliente

(Flash/Wet Steam)
Se basa en la transferencia de energía térmica desde las capas interiores de la tierra para generación de energía eléctrica. En particular, la tecnología explota reservorios de vapor húmedo dominados por agua. Los fluidos hidrotermales de temperatura superior a 182°C se pueden utilizar en plantas de flash para generar electricidad. El fluido se rocía en un tanque que esta a una presión mucho más baja que el líquido inyectado, lo que hace que parte del líquido se evapore rápidamente (flash). El vapor se envía a una turbina, que impulsa un generador.

USA y Nueva Zelanda, entre otros, son
ejemplos de su utilización para obtención de electricidad.
Las principales barreras son la escasa identificación y catastro de las fuentes disponibles, el alto costo de inversión, sus altos riesgos de exploración y desarrollo y la escasa cultura local en geotermia, sumada a la mayor sensibilidad de la población en temas ambientales.
Geotérmia de alta entalpía:
Hot Dry Rock
En particular, la tecnología de roca seca aprovecha el calor contenido en una formación geológica de alta temperatura con poco o sin ningún contenido de agua, mediante la creación de un depósito geotérmico artificial producido al perforar pozos profundos en la roca. El agua es inyectada desde la superficie hacia el pozo, donde aumenta su temperatura y luego es extraído hacia la superficie para generar electricidad mediante turbinas.

También se denomina a esta tecnología “sistemas geotérmicos mejorados” (EGS por su sigla en inglés).
Las principales barreras son escasa identificación y catastro de las fuentes disponibles, el alto costo de inversión, altos riesgos de exploración y desarrollo, el requerimiento de agua para inyección.
Es una tecnología que se encuentra en etapa de investigación y desarrollo, sin embargo una serie de estos proyectos se encuentran siendo implementados en países con escasez de reservorios naturales de vapor como Alemania, Francia, Australia, Japón y Reino Unido, o para mejorar proyectos geotérmicos existentes, principalmente en Estados Unidos.
Parámetros tecnológicos
Barreras y parámetros tecnológicos
Barreras y parámetros tecnológicos
Barreras y parámetros tecnológicos
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