Anexo 1. Metodología de Evaluación - Agencia Andaluza de ... · Clasificación de Recursos y...

AAnneexxoo 11.. MMeettooddoollooggííaa ddee EEvvaalluuaacciióónn

Anexo 1 METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN

Estudio de los Recursos Geotérmicos en Andalucía i

INDICE

Pág.

1. PRESENTACIÓN..........................................................................................1

1.1 INTRODUCCIÓN............................................................................. 1

1.2 CONCEPTOS Y DEFINICIONES ......................................................... 1

2. LA ESTIMACIÓN DE RECURSOS Y RESERVAS............................................7

2.1 CONSIDERACIONES PREVIAS .......................................................... 7

2.2 UNIDADES DE MEDIDA................................................................... 8

2.3 MÉTODOS DE VALORACIÓN DEL RECURSO GEOTÉRMICO ................... 8

2.3.1 Introducción........................................................................ 8

2.3.2 Método de evaluación del flujo térmico superficial .................... 9

2.3.3 Método volumétrico.............................................................10

2.3.4 Método de fracturas planas ..................................................12

2.3.5 Métodos de aporte de calor magmático..................................13

2.4 EL FACTOR DE RECUPERABILIDAD..................................................13

3. RESUMEN Y CONCLUSIONES ..................................................................15

3.1 GENERALES .................................................................................15

3.2 SISTEMÁTICA ADOPTADA EN EL PRESENTE TRABAJO........................16

3.2.1 Definiciones........................................................................16

3.2.2 Fórmulas de cálculo.............................................................18


Estudio de los Recursos Geotérmicos en Andalucía 1

11.. PPRREESSEENNTTAACCIIÓÓNN

1.1 Introducción La mayor parte de conceptos utilizados para describir las cantidades aprovechables de una determinada sustancia tienen sus orígenes en la industria minera (SCHANZ, 1975)1 ante la necesidad no solo de conocer cuánto mineral se podría extraer de un yacimiento conocido, sino también evaluar la extensión y límites del mismo para llevar a cabo las necesarias previsiones económicas de explotación. En minería ha sido siempre muy frecuente el empleo de nombres más o menos descriptivos (depósito, reserva, recurso ...) acompañados de un adjetivo (probado, probable, posible, identificado, supuesto, submarginal, subeconómico, etc.) que han sido utilizados de manera distinta por los diferentes autores. La combinación de estos adjetivos con los nombres referidos ha dado origen a numerosas clasificaciones que difieren en función del país, autor, sustancia mineral, etc. Los esfuerzos de los grupos industriales y equipos gubernamentales para homogeneizar la terminología fue resumida en 1975 por JJ. SCHANZ. A partir de este trabajo se adoptó el criterio general, tanto por parte europea como americana, de clasificar las reservas minerales y de combustibles fósiles en función de los parámetros propuestos por McKELVEY2 en 1972: el grado de factibilidad económica de la explotación y su grado de riesgo geológico. Se reconoció también la necesidad de especificar dos nuevos conceptos, el primero denominado reserva ligado a la rentabilidad en el momento de la clasificación y el segundo denominado recurso ligado a la rentabilidad que eventualmente podría generarse con igual criterio en un tiempo futuro, con diferentes precios de mercado y nuevas tecnologías. El concepto de reserva, por tanto, es el normalmente utilizado en decisiones a corto plazo, mientras que el de recurso tiene ya implicaciones más estratégicas, políticas y de inversiones a largo plazo.

1.2 Conceptos y Definiciones

Existen tres definiciones en las que normalmente han estado de acuerdo todos los intervinientes en la industria geotérmica:

• Yacimiento geotérmico. Volumen de roca permeable y caliente, geométricamente definida, de la cual se puede extraer el calor utilizando como vector de transporte el fluido en ella contenido.

1 Schanz, J.J., Jr. (1975). Resource terminology: an examination of concepts and terms and recommendations for

improvement. Falo Alto, Calif., Electric Power Research Institute. Research Project 336, August, 1975, 116 pp.

2 Mckelvey, V.E. (1972). Mineral Resource estimates and public policy. American Scientist 60, 32-40.


2 Estudio de los Recursos Geotérmicos en Andalucía

RECURSOS NO ACCESIBLES

RECUPERABLES

TOTALES

RECURSOS

DE BASE

HIPOTÉTICOS

RECURSOS DE BASE ACCESIBLES

EXPECULATIVOS

RECURSOS CONDICIONADOS

RESERVAS

RECURSOS NOIDENTIFICADOS

RECURSOS IDENTIFICADOS

• Recurso geotérmico. Es la energía térmica o calor contenido en la roca y en el fluido en ella almacenado que puede ser extraída por el hombre.

• Evaluación de recursos geotérmicos. Es la estimación de la cantidad de recurso existente en una determinada área de la corteza terrestre y de la fracción que de esa cantidad puede ser extraída o recuperada en un tiempo y en unas condiciones determinadas legales, económicas y tecnológicas.

A partir de estas definiciones consensuadas y aceptadas por todos los actores, han surgido conceptos en los que cada autor ha aplicado criterios diferentes. Entre ellos cabe citar los siguientes:

• Recurso geotérmico de base. Se toma como tal el calor contenido en la corteza terrestre desde la superficie hasta una profundidad de 7-10 Km (según autores), sin limitaciones de ningún tipo. Es el concepto más general.

• Recurso geotérmico de base accesible. Al concepto anterior se le establece la limitación de que la profundidad límite sea aquélla alcanzada hoy en día por pozos productivos. Según diferentes autores esta profundidad es de 3 a 7 Km. La primera, como límite normal de sondeos geotérmicos productivos; la segunda, como profundidad límite normal de perforación profunda sin excesivos problemas tecnológicos.

Tras estas definiciones de base, ya con problemas de cuantificación iniciales, se han llevado a cabo ciertas clasificaciones. Así, la clasificación seguida por los franceses (LAVIGNE, 1978)3 es quizás de las más prácticas publicadas. Dentro de los recursos de base accesibles se pueden distinguir (cuadro 1):

Cuadro 1. Clasificación Francesa de Recursos y Reservas Geotérmicas

(Lavigne, 1978)

3 Lavigne, J. Les resources geothermiques françaises – possibilities de muse en valeur. Ann. des Mines. April (1978).



• Recursos identificados por prospección. Comprenden las reservas y los recursos condicionados.

• Recursos no identificados. Divididos en hipotéticos y especulativos.

Las definiciones para cada una de estas subdivisiones serían:

• Recursos hipotéticos. Son recursos situados en regiones poco conocidas, contenidos en yacimientos perfectamente explotables con métodos clásicos, pero para los que es necesario precisar su localización y características. También puede comprender recursos no explotables con métodos clásicos, pero situados a una profundidad económica y a temperatura suficientemente elevada, como para que se pueda emprender su prospección y explotación en un futuro no lejano.

• Recursos especulativos. Son los situados en rocas compactas a profundidades menores de 10 Km y en regiones que no presentan anomalías térmicas. Sería una generalización de los de roca caliente seca.

• Recursos condicionados. Son recursos conocidos y evaluables, contenidos en un yacimiento geotérmico, pero no explotables en la actualidad por razones técnicas o económicas. Por ejemplo, recursos de baja entalpía, lejos de centros de consumo.

• Reservas recuperables. Es la parte de las reservas totales que se puede utilizar realmente. Su importancia depende estrechamente de la tecnología de explotación y puede, en condiciones óptimas, alcanzar el 60% de las reservas totales.

• Reservas totales. Son aquellos recursos identificados, contenidos en un yacimiento geotérmico, explotables técnica y económicamente en la actualidad. Son, por tanto, recursos cuya temperatura es mayor que la considerada no económica situados próximos a los centros de consumo en el caso de ser de baja entalpía.

Otra clasificación con la misma finalidad, aunque difiere en algunos conceptos pero resulta igualmente útil, es la propuesta por MUFFLER y CATALDI (1978)4 (cuadro 2).

4 Muffler, L.J.P. y Cataldi, R. (1978). Methods for regional assessment of geotermal resources.

Geothermics, 7, pp. 53-89.



INACCESIBLE

RESIDUALES (FUTURO)

SUBECONÓMICOS

ECONÓMICOS

PROFUNDIDAD

ECONOMICIDAD PLAZO LARGO

FACTOR TIEMPO PLAZO MEDIO

RECURSOS

DE BASE

UTILES (ACTUAL)

ACCESIBLE

Cuadro 2. Clasificación de Recursos y Reservas Geotérmicas

(Muffler y Cataldi, 1978)

En este caso, la separación entre recursos de base accesibles y no accesibles responde a los mismos criterios de profundidad ya expuestos. La división entre recurso residual y recurso útil es un criterio de economicidad en un futuro a largo plazo (30-50 años) en función de la tecnología existente y de la economía del producto. Se trata de un concepto riguroso pero muy difícil de cuantificar. El recurso de base accesible útil representa la energía térmica que puede ser extraída a costes competitivos con otras formas de energía en el actual estado de desarrollo tecnológico y de mercado. Su subdivisión en recursos subeconómicos y económicos hace referencia al momento puntual en el que se considere cada caso, con un criterio de economicidad a corto-medio plazo (10-20 años). Se incluye en la categoría de subeconómica, aquella energía geotérmica que no puede ser extraída legalmente a costes competitivos en el momento concreto de la evaluación, pero que puede resultar competitiva ante pequeños cambios legales, situación del mercado –como precios de los combustibles fósiles–. Aunque existen líneas de investigación muy recientes que podrían en un futuro alterar algunas definiciones, en la actualidad, la clasificación más aceptada, tanto a nivel de los países de la CEE como del U.S. Geological Survey (EEUU), Australia y Japón es el diagrama de McKelvey (McKELVEY, 1972; U.S.G.S., 1976)5 adaptado a geotermia, que incluye la mayor parte de los conceptos hasta ahora expuestos. En un diagrama rectangular (figura 1) se compara el grado de economicidad (vertical más o menos equivalente a profundidad) con el riesgo geológico (horizontal). El criterio técnico-económico permite separar los recursos de base en "accesibles" e "inaccesibles" en función de la profundidad y competitividad. El

5 Mckelvey, V.E. (1972). Mineral Resource estimates and public policy. American Scientist 60, 32-40.

U.S. Geological Survey (1976). Principles of the mineral resource classification system of the U.S Bureau of Mines and U.S. Geological Survey. U.S. Survey Bull. 1540-A, 5 pp.



Roca caliente seca

PROBADAS PROBABLES POSIBLES

RECURSOS

RESERVAS

(Económico en un futuro)

≈ 3 km

≈ 7 km

SEGURIDAD GEOLÓGICA

IDENTIFICADAS NO DESCUBIERTOS

ECO

NÓ

MIC

OS

UBE

CO-

NÓ

MIC

O

UTI

LR

ESID

UA

L

AC

CES

IBLE

INA

CC

ESIB

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REC

UR

SO B

ASE

ECO

NO

MIC

IDA

D

PROFUNDIDAD

riesgo geológico o seguridad geológica se valora en dos grandes categorías: el recurso “no descubierto” y el “identificado”, entendiéndose como tal el que se ha caracterizado por alguno de los siguientes medios: a) únicamente geológicos (posible), b) geológicos, geofísicos y/o geoquímicos (probable) ó c) ha sido evidenciado mediante perforación (probados).

Figura 1. Diagrama de McKelvey



En base a todas estas definiciones previas se establece la siguiente clasificación de los recursos geotérmicos, generalmente aceptada por los diferentes grupos investigadores e industriales:

• Recurso base: Todo el calor almacenado en la corteza terrestre, bajo un área concreta y en un momento determinado, tomando como límite térmico inferior la temperatura media anual de la zona, sin límite de profundidad y por lo tanto sin cuantificación posible.

• Recurso base inaccesible: Todo el calor almacenado en la corteza terrestre, entre la discontinuidad de Moho -límite entre corteza y manto– y una determinada profundidad (~ 7 Km como límite de perforación), bajo un área concreta y en un momento determinado, tomando como límite inferior la temperatura media anual de la zona. Tampoco puede ser cuantificado.

• Recurso base accesible: Todo el calor almacenado entre la superficie terrestre y una determinada profundidad (~ 7 Km como límite de perforación), bajo un área concreta y en un momento determinado, tomando como límite inferior la temperatura media anual de la zona.

• Recurso base accesible útil = RECURSO. Es la energía que podrá ser extraída económica y legalmente en un futuro próximo (100 años) incluyendo las reservas.

• Recurso subeconómico. Parte de los recursos de un área determinada que no pueden extraerse legalmente a un coste competitivo con otras fuentes energéticas convencionales en el presente, pero que podrán serlo en un futuro próximo por mejora de la tecnología y/o variación de los condicionantes económicos. Es el caso de los almacenes de roca caliente seca.

• Recurso económico. Parte de los recursos de un área determinada que pueden extraerse legalmente a un coste competitivo con otras fuentes energéticas convencionales en el momento presente.

• Recurso económico no descubierto. Parte de los recursos económicos de zonas inexploradas en regiones donde se sabe que existen recursos geotérmicos, o de regiones donde se supone su existencia por criterios geológicos pero aún no han sido descubiertos.

• Recurso identificado. Parte de los recursos económicos que pueden ser explotados ahora o en un futuro próximo debido a que existe un cierto conocimiento previo que los evidencia en mayor o menor grado.

• Recurso identificado económico = RESERVA. Es aquella parte de los recursos identificados, caracterizados por geoquímica, geofísica o perforación, que pueden ser extraídos económica y legalmente en la actualidad hasta una profundidad de 3 Km.



• Reservas probadas. Parte de las reservas que se han evidenciado mediante perforación y medidas directas y que pueden producir energía a costes competitivos en el momento de su determinación.

• Reservas probables. Parte de las reservas que han sido puestas de manifiesto mediante investigación geológica, geoquímica y/o geofísica, aunque sin llegar a perforar, pero que de alumbrarse, resultarían productivas a costes competitivos o en el momento de su determinación.

• Reservas posibles. Parte de las reservas cuya existencia está basada solamente en criterios geológicos pero que de extraerse, resultarían económicamente competitivas en el momento de su determinación.

22.. LLAA EESSTTIIMMAACCIIÓÓNN DDEE RREECCUURRSSOOSS YY RREESSEERRVVAASS

2.1 Consideraciones previas A la hora de estimar los recursos o reservas, se deben especificar siempre las condiciones económicas y tecnológicas que van a condicionar la utilización de la energía que se está intentando producir. La práctica habitual es dividir el recurso o reserva geotérmica en energía para producción eléctrica y recurso o reserva para otros usos. Estas dos categorías son acumulativas, de manera que:

RESERVA TOTAL = reserva para producción eléctrica + reserva para otros usos

Dado que la abundancia de sistemas geotérmicos decrece rápidamente con el incremento de temperatura, la reserva o el recurso para producción eléctrica constituirá solo una pequeña fracción de la reserva o recurso total.

Otra consideración a tener en cuenta es que todas las cuantificaciones de recursos y reservas deben referirse como calor almacenado producible o potencialmente producible en boca de pozo, antes de cualquier tipo de transporte, conversión o utilización. Los conceptos de recurso y reserva no toman en cuenta las inevitables e importantes pérdidas inherentes a la eficiencia de la aplicación práctica. Este concepto es idéntico al utilizado con los combustibles fósiles en los que el petróleo o el carbón se cuantifican en barriles o en toneladas, pero nunca en kwh de electricidad que puedan generar.



2.2 Unidades de medida

Las unidades utilizadas para cuantificar la fenomenología geotérmica han resultado durante mucho tiempo completamente anárquicas por las diferencias entre medidas anglosajonas y métricas. La orden de reconversión al sistema métrico de EEUU en 1975 estableció el empleo normativo del Sistema Internacional (S. l.), pero lo cierto es que el técnico geotérmico, ya no americano, sino incluso europeo, se resiste a utilizar el grado Kelvin como medida de temperatura, el Pascal como medida de presión o el Joule como unidad de energía. La costumbre entre todos los técnicos sigue siendo, volviendo al mismo ejemplo, de seguir utilizando el grado Celsius para la temperatura, el bar o la atmósfera para presiones y la caloría o el kwh para la energía, según sea térmica o eléctrica.

El obligatorio Sistema Internacional, poco puede hacer frente a la inercia humana e institucional, y tardará, evidentemente, años en quedar implantado.

2.3 Métodos de valoración del recurso geotérmico

2.3.1 Introducción

Mientras la estimación de recursos y reservas de minerales y combustibles fósiles ha sido una disciplina normalmente aplicada a lo largo de este siglo, la valoración del potencial geotérmico constituye un campo de investigación completamente nuevo.

Precisamente por este motivo las metodologías de evaluación, como ya se ha referido anteriormente, no están estandarizadas. Por otra parte, en cada país y caso concurren una serie de condicionantes que pueden resumirse en los siguientes:

- factores geológicos y físicos: distribución de la temperatura, calor específico de la roca, porosidad eficaz total, permeabilidad, modelo de circulación de los fluidos, tipo de fase fluida, profundidad del almacén, etc.

- factores tecnológicos: tecnología de perforación, tecnología de explotación del yacimiento, factores de conversión de la energía térmica en energía eléctrica, factores de utilización de la planta, utilización de los fluidos de descarga, etc.

- factores económicos: costes de explotación de las plantas de utilización, costes financieros, precios de la energía convencional, valor de la propia energía geotérmica, etc.



- factores ligados al Marco Institucional: legislación vigente, oportunidad de desarrollar otras fuentes energéticas locales, factores sociales, limitaciones ecológicas, etc.

De entre todos estos factores, algunos no resultan muy difíciles de evaluar objetivamente como sucede con los tecnológicos y los económicos a corto plazo. Otros, sin embargo, pueden resultar más difícilmente previsibles (evolución de los precios de la energía, política energética del país, etc.). La evaluación del potencial geotérmico se hace progresivamente más difícil a medida que se pasa a escalas de trabajo más localizadas.

Un método comúnmente utilizado para tratar de evaluar el potencial de una zona en los primeros estadios de la exploración, es su comparación con otras zonas similares mejor conocidas o en explotación. No obstante, aunque esta aproximación cualitativa puede permitir una primera evaluación muy grosera, solo resulta válida en zonas geológicamente muy similares. La poca precisión de estos métodos de aproximación por analogía ha conducido en ocasiones a desarrollar planes de explotación que han resultado erróneos.

Los métodos cuantitativos para evaluar recursos geotérmicos se suelen agrupar en cuatro categorías:

- Métodos del flujo térmico superficial.

- Métodos volumétricos.

- Métodos de fracturas planas.

- Métodos de aporte de calor magmático.

A continuación se enumeran las características más importantes de cada uno de estos métodos y aplicabilidad. No obstante se puede anticipar que el más acetpado y de aplicación generalizada es el segundo, también denominado de calor almacenados o “heat in place”, que ha sido utilizado en la Unión Europea, en la elaboración de los diferentes Atlas de Recursos Geotérmicos (1988 y 2002).

2.3.2 Método de evaluación del flujo térmico superficial

Conceptualmente es el método más simple. Se basa en el cálculo de la energía térmica que, por unidad de tiempo, se transmite del suelo a la atmósfera y a las aguas superficiales por medio del flujo conductivo (P1) y las descargas de las manifestaciones termales (P2). El valor así obtenido recibe el nombre de "potencia termal natural" (P) del área (A) considerada. Tenemos, pues, que

P = P1+ P2

siendo el flujo conductivo P1 = A x q



y la energía térmica de los fluidos de descarga P2 = Q x C (T-Ta)

siendo

q = flujo de calor conductivo Q = caudal C = capacidad calorífica del fluido descargado T = temperatura del fluido descargado Ta= temperatura ambiente

A partir de la potencia termal natural (P) se puede calcular la energía total (H) almacenada en el subsuelo, para un tiempo determinado (t), suponiendo que no existen aportes del manto y que toda la energía se dirija hacia la superficie.

H = P . t = (P1 + P2) t

Una vez calculada H, es posible estimar la fracción recuperable utilizando el concepto de recuperabilidad que se expondrá más adelante.

La única alternativa existente para estimar la duración de las descargas (t) es establecer analogías en base a la experiencia en zonas en explotación.

2.3.3 Método volumétrico

También denominado método del "calor volumétrico" o del "calor almacenado" o “heat in place”, es sin duda el más comúnmente utilizado, y basa su principio en calcular la energía contenida en un cierto volumen de roca.

El primer paso a realizar para aplicar el método es calcular el recurso accesible de base, es decir, la energía térmica existente in situ hasta una determinada profundidad, refiriendo todos los cálculos a la temperatura media anual (Ta) en superficie. En la práctica, se lleva a cabo una aproximación dividiendo la porción de corteza superior bajo un área determinada en una serie de intervalos, que normalmente corresponden a las unidades geológicas, y se estima a continuación la temperatura de cada volumen. Se puede proceder entonces de dos maneras:

- Estimando un calor específico volumétrico (Cv) y calculando la energía térmica total contenida en la roca y en el agua utilizando la expresión:

H = (Cvi) (Vi) (Ti – T0)

siendo el subíndice " i " el correspondiente a cada volumen (agua + roca) considerado.

- Estableciendo un valor para la porosidad total (∅i) de cada volumen y calculando separadamente la energía contenida en la roca (Hir) y en el fluido (Hif ), de manera que:



Hi = Hir + Hif = (1-∅i) (Cri) (ρri) (Vi) (Ti –T0) + (∅i) (Cf) (ρf) (Vi) (Ti – T0) =

= [(1-∅i) Criρri + ∅Cfiρfi] . Vi (Ti-T0)

donde Cri y Cf, son los calores específicos de la roca y del fluido respectivamente, y ρri y ρf, sus densidades.

Los resultados obtenidos mediante estos dos métodos no difieren por lo general en más del 5% si la porosidad total es inferior al 20% lo que es lo más habitual en los ámbitos geológicos más generalizados, y el fluido que rellena los poros es agua líquida. La segunda modalidad pone de manifiesto que, en casi todos los almacenes, el 90% de la energía térmica se halla contenida en la roca y solo el 10% en el agua.

Con independencia del modelo elegido, el método de los volúmenes permite fijar con buena precisión los recursos geotérmicos mediante el concepto de elementos finitos. De hecho, casi siempre es posible subdividir la región de estudio en zonas distintas, en función de sus condiciones geológicas. En vertical, la separación debe realizarse en forma de unidades litológicas a las que se atribuya una potencia, porosidad y temperaturas medias.

En zonas donde la información geológica, térmica o de sondeos es insuficiente o inadecuada, siempre se puede estimar la temperatura del almacén mediante geotermometrías químicas. Esta aproximación requiere fijar un techo y una base al almacén y suponer que sus aguas se hallan en equilibrio térmico con la roca del acuífero.

Como ya se ha referido, solo una pequeña fracción del recurso accesible de base puede extraerse a la superficie constituyendo el recurso geotérmico (HR). Para su evaluación debe conocerse la porosidad eficaz de la formación almacén y fijar el modelo de transporte del fluido a la superficie, sea en forma de agua, vapor o mezcla bifásica. Los modelos que normalmente se consideran se reducen a dos:

− vaporización intergranular (ebullición in situ).

− flujo de agua intergranular. Que en este caso se produzca agua o una mezcla de agua y vapor depende de la temperatura del almacén y de las condiciones del pozo.

La cantidad de energía geotérmica extraíble (HR) a partir de un volumen dado de roca y agua (Vi) dependerá de una serie de factores geológicos y físicos ligados por una función:

HR = ƒ(Hi, Mp, ∅e, Ti, Pi, Tp, Pp, ... etc.)

donde Mp es función del modelo de producción elegido y Tp Y Pp corresponden a la temperatura y presión de producción en cabeza de pozo.



Es evidente que una evaluación sofisticada de esta relación requiere el conocimiento de muchos parámetros que solo resultan cuantificables cuando existen pozos en producción en la zona y su ingeniería de producción está resuelta.

En otras condiciones más generales, muchos autores han utilizado el llamado "factor de recuperación" (R), que permite expresar la energía geotérmica extraíble como un porcentaje de la total contenida en un volumen determinado (Vi) del subsuelo, es decir

HR = R x Hi

El factor de recuperación depende, lógicamente, del mecanismo de producción, de la porosidad eficaz de la formación que constituye el volumen Vi y de la diferencia de temperatura entre el almacén y la cabeza de pozo. Este factor de recuperabilidad ha sido motivo de un gran número de estudios teórico.

Finalmente, volver a insistir que han sido numerosos los autores que han utilizado este método de los volúmenes en sus trabajos de cuantificación de recursos geotérmicos en Wairakei y Broadlands (Nueva Zelanda), en Kawerau también de Nueva Zelanda, en Ahuachapán en El Salvador, en Pauzhetsk (Kamchatka), en Italia, en los sistemas convectivos de EEUU, en Takinoue en Japón, etc. etc. El método también se ha adoptado, de manera mucho más esquemática, para numerosos estudios a escala continental.

2.3.4 Método de fracturas planas

Este método fue desarrollado por BODVARSSON para ser utilizado en los basaltos tabulares cenozoicos de Islandia. Supone una roca impermeable atravesada por una fractura plana. El calor se transmite por conducción y, a lo largo de la fractura, mediante el flujo de agua que por ella circula. Empleando la misma simbología que BODVARSSON, (T0) sería la temperatura inicial de la roca y (Tr) la temperatura del agua de recarga que entraría por la fractura. La temperatura de salida decrecerá desde T0, en el momento que comience la extracción, hasta una temperatura mínima (Tm) al cabo de un tiempo de producción (t0). Utilizando las ecuaciones clásicas de conducción del calor, BODVARSSON (1974) calcula el calor teóricamente extraíble por unidad de área fracturada, como una función de T0 y de la relación (r) respecto a la temperatura final, siendo r

para períodos de producción de 25 y 50 años. El autor hace notar que se trata de valores teóricos y que, en condiciones reales, las magnitudes prácticas quedan muy reducidas. Este método no tiene aplicación práctica en otros medios geológicos como los presentes en Andalucía.



2.3.5 Métodos de aporte de calor magmático

Este grupo de métodos se basa en el hecho de que en las zonas volcánicas existe un aporte intermitente de magma hacia la corteza superior. Gran parte de este magma pasa a través de ella y es proyectado hacia la superficie en forma de rocas volcánicas. Una fracción del magma, no obstante, se aloja en la corteza superior en forma de intrusiones que actúan como fuentes de calor, activando la existencia de sistemas geotérmicos.

Según este razonamiento, una estimación del número, tamaño, posición y edad de las intrusiones magmáticas, unido al análisis de su proceso de enfriamiento, aportan una herramienta para la estimación del potencial geotérmico de una zona concreta en la que esta fenomenología sea conocida.

Es evidente que este método no proporciona una buena cuantificación de los recursos, pero permite una grosera aproximación al concepto de recurso accesible de base.

Una de las condiciones necesarias para su aplicación es la permanencia de foco de calor residual de las intrusiones magmáticas, lo que sólo es posible en emisiones cuaternarias. Sin embargo, todas las emisiones volcánicas de Andalucía son anteriores a esta edad por lo que en ningún caso será de aplicación el método.

2.4 El factor de recuperabilidad

Como ya se ha mencionado en aparatados anteriores, es importante distinguir entre la cantidad total de sustancia mineral que contiene un depósito y la parte de éste que puede ser extraída bajo unas condiciones económicas y tecnológicas concretas. Este factor recibe el nombre genérico de "recuperabilidad" y equivale al contenido del depósito total multiplicado por un "factor de recuperación”.

Para algunas menas metálicas el factor de recuperación es casi igual a la unidad y no necesita ser tomado en cuenta en la evaluación de recursos y reservas. Para otros minerales y combustibles fósiles, sin embargo, una parte significante del depósito no puede ser nunca explotado.

La extensión del término "factor de recuperación" a la energía geotérmica permite definir el factor de recuperación geotérmica como la relación entre energía geotérmica extraída (medida en boca de pozo) y la total contenida originalmente en un volumen subterráneo dado de roca y agua.

En realidad, el término "factor de recuperación" ha tenido en la literatura geotérmica también otras acepciones:



− Relación entre la energía realmente recuperable y el recurso energético total teórico, es decir, aquella energía que es recuperable utilizando un proceso determinado.

− Relación entre la masa de fluido extraído a la superficie y el existente originalmente en el almacén.

− Relación entre la energía recuperable y la contenida en el sistema roca + agua.

− Relación entre la electricidad generada y la energía originalmente existente en un determinado volumen de roca + agua en profundidad.

− Relación entre el "calor útil" (energía térmica que puede ser utilizada directamente para usos no eléctricos) y la energía geotérmica original existente en un determinado volumen de agua + roca en profundidad

El factor de recuperabilidad en condiciones normales de porosidad y permeabilidad puede alcanzar hasta un 25% en algunos sistemas convectivos, pero la mayor parte de las veces es sensiblemente menor, tendiendo a cero en rocas no fracturadas e impermeables. En muchos casos se conoce con muy poca precisión y es frecuente que se estime de manera subjetiva. Depende de numerosos condicionantes entre los que caben destacar:

− El tipo de sistema geotérmico: convección hidrotermal, geopresurizado, magma, etc.

− La porosidad − Tipo de fase fluida existente en los poros − Temperatura del almacén − Tecnología extractiva

Por lo general, las estimaciones que se han efectuado hasta el momento en sistemas convectivos para determinar su factor de recuperabilidad han prestado poca atención al concepto de permeabilidad, sobredimensionándolo en numerosas ocasiones. Este es, pues, un concepto que debe tenerse muy en cuenta para no dar lugar a exageraciones del potencial geotérmico local.

Admitiendo que la asignación del factor de recuperabilidad es un criterio subjetivo, suele haber un consenso general en aceptar que valores cercanos o inferiores al 25% son los apropiados para los sistemas de agua caliente, siendo para los de vapor todavía inferiores.

A título de ejemplo, y resumiendo datos dispersos de diversos autores, para la zona de Larderello-Travale, cuya temperatura de almacén es de 215 ºC, se obtienen los siguientes factores de recuperabilidad:



− >13,3% para vaporización intergranular, calculado con los datos de Barelli et al (1975), suponiendo una porosidad total del 15%.

− 19% para vaporización intergranular suponiendo una porosidad eficaz del 4%.

− 11,5% para el modelo de vapor dominante suponiendo una porosidad total del 15%, solo 1/3 de los poros llenos inicialmente con agua y admitiendo que únicamente la mitad del almacén es poroso y permeable.

Los valores oscilan, pues, entre el 11 y el 19%, y suele admitirse para este almacén un factor del 15% como primera aproximación conservadora.

Con el presente estado de conocimiento sobre sistemas hidrotermales, los criterios sobre el factor de recuperabilidad pueden resumirse como sigue:

− Sistemas de agua caliente: El factor de recuperabilidad teóricamente puede alcanzar el 50% para almacenes ideales con una porosidad eficaz del 10%. Esta aproximación conservadora parece decrecer linealmente para hacerse cero a porosidad nula. En condiciones reales, el factor de recuperación no excede probablemente del 25%.

− Sistemas de vapor: El factor de recuperabilidad puede exceder del 15% en casos favorables como es de Larderello-Travale. También en primera aproximación parece decrecer linealmente al reducirse la porosidad eficaz, para hacerse nulos simultáneamente ambos parámetros.

33.. RREESSUUMMEENN YY CCOONNCCLLUUSSIIOONNEESS

3.1 Generales

De todo lo expuesto cabe deducir las siguientes conclusiones prácticas:

1. No existe en estos momentos un consenso internacional en lo que a terminología y unidades se refiere. El diagrama de McKelvey presenta una tendencia mayoritaria a ser aceptado como método más idóneo de clasificación de recursos y reservas. Respecto a las unidades, a pesar de que el Sistema Internacional es de empleo normativo en países como EEUU, su utilización dista mucho de estar aceptada en la práctica. A pesar de ello con el paso del tiempo el estamento técnico dejará de hablar de grados centígrados, bares, calorías y kw.h para hablar de grados Kelvin, Pascales y Joules.



2. Para estimar recursos geotérmicos, el método más generalmente aceptado por su idoneidad es el de los volúmenes (calor almacenado o “heat in place”), al permitir comparaciones entre áreas y condiciones geológicas diferentes.

3. Respecto a los factores de recuperabilidad, en condiciones reales no excede

probablemente del 25%. En sistemas de vapor puede llegar a valer hasta un 15-19%. También en primera aproximación decrece linealmente al reducirse la porosidad eficaz, para hacerse nulos simultáneamente ambos parámetros.

4. Parece admitido que los almacenes geotérmicos pueden experimentar un

proceso de reposición de calor a escala humana o industrial ≈100 años, en circunstancias geológicas muy concretas. En cualquier caso, este aporte de calor difícilmente superara el 15% de la energía geotérmica ya acumulada en condiciones estáticas. Este aporte resulta más evidente en los sistemas de agua caliente con gran descarga superficial. Los yacimientos de vapor y, sobre todo, los de vapor seco, parecen tener una recarga muy pequeña y un ínfimo proceso de reposición a escala humana, por lo que su asimilación a renovable pudiera plantear dudas a largo plazo.

3.2 Sistemática adoptada en el presente trabajo

3.2.1 Definiciones

Siguiendo, como normativa general, el diagrama de McKelvey, la síntesis de recursos y reservas geotérmicas del territorio andaluz adoptará las siguientes definiciones, y a expuestas en anteriores capítulos:

Recursos: Es aquella parte de la energía geotérmica que podrá ser extraída económica y legalmente en un futuro próximo. Los recursos incluyen también a las reservas.

Reservas: Son los recursos cuya existencia está demostrada por perforación o por evidencias geoquímicas, geofísicas o geológicas y que pueden ser extraídos económica y legalmente en la actualidad. El límite de profundidad se establece en 3 Km.

Sobre estas dos definiciones se establecen las siguientes subdivisiones:

− Recurso base: Todo el calor almacenado en la corteza terrestre bajo un área concreta y en un momento determinado, tomando como límite inferior la temperatura media anual de la zona.



− Recurso base inaccesible: Todo el calor almacenado en la corteza terrestre, entre la discontinuidad de Moho y una determinada profundidad (7 Km como límite de perforación), bajo un área concreta y en un momento determinado, tomando como límite inferior la temperatura media anual de la zona.

− Recurso base accesible: Todo el calor almacenado entre la superficie terrestre y una determinada profundidad (7 Km como límite de perforación ó 3 Km como límite económico), bajo un área concreta y en un momento determinado, tomando como límite inferior la temperatura media anual de la zona.

Se denominarán de manera abreviada RBA3 y RBA7 según se trate de una u

otra profundidad.

− Recurso base accesible residual: Es aquella parte del recurso base

accesible que probablemente podrá ser extraído de manera económica y de forma legal en un futuro indeterminado, en base a la evolución de la economía y de las técnicas de perforación.

Se propone, en nuestro caso, que se adopte como tal el comprendido entre

los 3 y los 7 Km antes referidos.

− Recurso base accesible útil = RECURSO: Es la energía que podrá ser

extraida económicamente y legalmente en un futuro próximo (100 años), incluyendo las reservas.

− Recurso subeconómico: Parte de los recursos de un área determinada que no pueden extraerse legalmente o a un coste competitivo con otras fuentes energéticas convencionales en el presente, pero que podrán serlo en un futuro próximo por mejora de la tecnología y/o variación de los condicionantes económicos. Es el caso de los almacenes de roca caliente seca.

− Recurso económico: Parte de los recursos de un área determinada que pueden extraerse legalmente a un coste competitivo con otras fuentes energéticas convencionales en el momento presente.

− Recurso económico no descubierto: Parte de los recursos económicos de zonas inexploradas en regiones donde se sabe que existen recursos geotérmicos, o de regiones donde se supone su existencia por criterios geológicos pero aún no han sido descubiertos.

− Recurso económico no descubierto, subeconómico: Parte de los recursos económicos no descubiertos que quizás puedan extraerse con la tecnología de roca caliente seca.



− Recurso identificado: Parte de los recursos económicos que pueden ser explotados ahora o en un futuro próximo debido a que existe una cierta investigación previa que los evidencia en mayor o menor grado. Introduce el concepto de factor de recuperabilidad máximo y es la cuantificación más realista y a la vez conservadora de todas las definiciones.

− Recurso identificado económico = RESERVA: Es aquella parte de los recursos identificados, caracterizados por geoquímica, geofísica o perforación que puedan ser extraídos económica y legalmente en la actualidad hasta una profundidad de 3 Km.

En nuestro caso, no disponemos todavía de ningún criterio de economicidad

en los yacimientos geotérmicos descubiertos en el territorio nacional. Por

este motivo asimilaremos el concepto de RESERVA al de RECURSO

IDENTIFICADO.

− Reservas probadas: Parte de las reservas que se han evidenciado mediante perforación y medidas directas y que pueden producir energía a costes competitivos en el momento de su determinación.

− Reservas probables: Parte de las reservas que han sido puestas de manifiesto mediante investigación geológica, geoquímica y/o geofísica, aunque sin llegar a perforar, pero que de alumbrarse, resultarían productivas a costes competitivos en el momento de su determinación.

− Reservas posibles: Parte de las reservas cuya existencia está basada realmente en criterios geológicos pero que de extraerse, resultarían económicamente competitivas en el momento de su determinación.

A efectos de cálculo se tendrán en cuenta otras dos definiciones intermedias:

− Calor almacenado (H0): Es la energía calorífica acumulada en un acuífero determinado.

− Factor de recuperabilidad (R0): Es la relación entre la energía geotérmica extraída, medida en boca de pozo y la total contenida originalmente en un volumen subterráneo dado de roca yagua (calor almacenado) .

El producto del calor almacenado por el factor de recuperabilidad equivale al concepto de recurso identificado que, en nuestro caso se asimila al de reserva.

3.2.2 Fórmulas de cálculo

Tal y como ya se ha mencionado, se adoptará en el presente proyecto el método de los volúmenes o del calor almacenado por considerarse el más idóneo. Para el



cálculo de los conceptos antes expuestos se adoptarán los siguientes criterios y ecuaciones:

Recursos de base accesibles a 3 y 7 Km (RBA3 y RBA7)

Este concepto lleva inherente un principio de aprovechamiento, aunque sea en un futuro próximo (~ 100 años), y por lo tanto resulta absurdo aplicarlo a la totalidad del territorio andaluz, en forma global, ya que existen zonas donde, con los actuales criterios geológicos, nunca se planteará una explotación geotérmica, ni tan siquiera una posible exploración. Sin embargo, solamente a título de ejercicio se llevará a cabo una estimación, si bien grosera y aproximada, de su valor en todo el ámbito de la Comunidad de Andalucía, considerada globalmente.

Consideramos que la metodología de evaluación que persigue el presente trabajo debe ser, de partida, lo más realista posible. En consecuencia, los recursos de base accesibles se referirán exclusivamente a aquellas zonas o unidades estructurales, con o sin indicios geotérmicos, donde el criterio geológico permita suponer su existencia.

Por lo general, estas zonas ya han sido objeto de algún tipo de prospección. Este hecho permite, primero, evaluar los RBA de la unidad estructural potencialmente productora y, en segundo lugar, cuantificar el calor almacenado y/o los recursos ya identificados, de manera que en todo momento ambos parámetros resulten comparables.

Este criterio resulta fácilmente compresible y evaluable en el caso de depresiones tectónicas, cuencas sedimentarias terciarias, etc., es decir, en aquellas unidades estructurales con límites bien definidos y acuíferos de extensión y continuidad lateral a nivel regional bien conocido. En otros casos, sin embargo, el criterio no resulta así de sencillo.

− Existen zonas en basamento paleozoico o cristalino (Hercínico y Béticas) donde no puede fijarse el acuífero productor y el agua procede de una circulación profunda que aflora en superficie a favor de fracturas de entidad regional

− En otros casos (zonas de mantos en prebético, subbético y bético) los manantiales termales aparecen en grandes estructuras carbonatadas, plegadas y/o falladas en bloques, donde resulta muy difícil predecir el acuífero de procedencia y sus límites geométricos, Incluso en el caso de poder definir estas dos particularidades, la ausencia de coberteras impermeables; la capacidad de infiltración y, por consiguiente, de mezcla, en los grandes macizos carbonatados; las interconexiones entre bloques fallados; etc., no permiten asignar una zona concreta como susceptible de ser cuantificada como RBA.



Al realizar los cálculos para cada zona, en concreto, se expondrán los criterios adoptados en cada caso.

Solo en el caso de que el acuífero se haya delimitado mediante sondeos, y se conozcan los límites de éste por geología o geofísica, resultaría aplicable el concepto de RBA con estricto criterio de futura potencialidad de aprovechamiento. Zonas como las expuestas, con manantiales termales como únicos indicios, solo pueden ser estrictamente cuantificados como "calor almacenado (H0) " con los criterios que se expondrán en el próximo apartado considerando su zona de influencia como un cilindro vertical de ciertas dimensiones.

Por comparación con otras zonas estudiadas, se sabe que las anomalías geoquímicas, geofísicas y termométricas suelen tener unas dimensiones muy concretas en función de la temperatura del fluido y del material por el que circulan. En realidad estos dos parámetros están relacionados y el Inventario Nacional de Manifestaciones Termales demuestra que rara vez los manantiales asociados a terrenos sedimentarios superan los 45 ºC.

Como criterio general, basado en la experiencia obtenida en las prospecciones llevadas a cabo y en la bibliografía existente, se adopta el de asignar un radio de 0,5 Km (≈ 1 Km2) para T ≤45 ºC y de 1 Km (≈ 3 Km2) para T>45 ºC, siempre y cuando no existan prospecciones específicas que permitan cuantificar realmente su tamaño.

Los manantiales con temperatura de salida inferior a 35 ºC y temperatura de equilibrio geotérmico inferior a 50 ºC no resultan cuantificables (H0 ~ 10-2 y RI ~ 10-3) y de hecho no se han tenido en consideración.

En cuanto a la profundidad (Z) se refiere, el criterio solo puede ser geoquímico en el caso de los manantiales. Conocida su temperatura de equilibrio en profundidad, la asignación del gradiente local (deducido del Mapa Nacional o calculándolo para el convencional de 0,3 ºC/10m) ha de permitir establecer la profundidad del circuito hidrotermal.

Como norma general, las fórmulas de cálculo a aplicar son las siguientes:

siendo:

V3 = volumen desde la superficie del terreno hasta 3 Km de profundidad (m3).

V7 = volumen desde la superficie del terreno hasta 7 Km de profundidad (m3).

ρ = densidad media de la columna rocosa (Kg/m3). En modelos sedimentarios o sedimentarios con basamento granítico puede utilizarse el valor medio de



2.600 Kg/m3, equivalente a la densidad del granito y también al valor medio de los materiales sedimentarios.

T3 = temperatura a 3 Km de profundidad (ºC).

T7 = temperatura a 7 Km de profundidad (ºC).

T0 = temperatura media anual en superficie (ºC).

Calor almacenado (H0)

Como ya se ha presentado en el apartado anterior el calor almaceno H0 es:

H0 (julios) = [(1-∅) ρr cr + ∅ ρa ca] (Tt-T0) A Z

En la que,

∅ = Porosidad eficaz (adimensional)

ρr = densidad media de la roca acuífero (Kg/m3). Tabla 1.

cr = capacidad calorífica media de la roca acuífero (J/Kg.K). Tabla 1. Densidad Capacidad calorífica

ROCAS ACUÍFERAS g/cm3 Kg/m3 Cal/g.ºC J/kg.k

Arcillas 2,52 2520 0,223 933

Limos 2,53 2530 0,214 896

Arcillas margosas 2,54 2540 0,205 858

Margas 2,63 2630 0,219 917

Anhidrita 2,80 2800 -- --

Sal 2,16 2160 -- --

Arcillitas 2,70 2.700 0,211 883

Areniscas 2,65 2650 0,197 825

Calizas 2,59 2590 0,207 866

SEDIMENTARIAS

Dolomías 2,65 2650 0,228 954

Granitos 2,60 2600 0,232 971

Granodioritas 2,71 2710 0,260 1088

Basaltos 2,73 2730 0,211 883 IGNEAS

Lavas 1,58 1580 0,260 1088

Gneiss 2,71 2710 0,193 808

Mármoles 2,66 2660 0,185 774 METAMÓRFICAS

Cuarcitas 2,73 2730 0,188 787

Tabla 1. Densidad y capacidad calorífica media de las principales rocas acuíferas

(Kappelmeyer, Haenel, 1974)

ρa = densidad media del agua a la temperatura y salinidad del acuífero (Kg/m3).

Utilizar la gráfica de cálculo adjunta (figura 2). Si se desconoce algún parámetro adoptar el valor ρa = 1000 kg/m3, indicándolo.

ca = capacidad calorífica del agua = 4186 J/Kg.K



Tt = temperatura del techo del acuífero (ºC). Se adoptan como orden de prioridades para su cálculo:

− la deducida de los logs de sondeos que lo intersecten. − la temperatura del manantial más caliente de la zona, del cual. se

considere descarga directa. − la calculada a partir de campañas de sondeos de gradientes y geofísica

si no existen datos directos. − la deducida de la aplicación del mapa Nacional de gradientes a la

profundidad a la que se considere.

T0 = temperatura media anual en superficie (ºC).

A = superficie en planta del área considerada (m2). En el caso de anomalías geoquímicas o geofísicas se considerará la comprendida dentro de la isolínea de una desviación típica del parámetro que se represente. Cuando se trate de manantiales termales sin prospectar se adoptará como criterio general el de un radio de 0,5 Km (~ 1 Km2) para T≤45º y de 1 Km (~ 3 Km2) para T>45ºC, como ya se ha mencionado anteriormente.

Z = espesor del acuífero (m), útil o total según se disponga o no de diagrafías. Indicar en cada caso la opción elegida. En el caso de manantiales termales aislados, la profundidad será la deducida a partir de la temperatura geotermométrica y del gradiente local (0,3ºC/10m si se desconoce el valor real).



Figura 2. Relación Densidad-Temperatura-Presión para agua pura y

soluciones de NaCl



Recurso identificado (RESERVAS) (RI)

Constituye el producto del calor almacenado (H0) por el factor de recuperabilidad (R0). Normalmente a este parámetro se le denomina recurso identificado o simplemente recurso, pero por los criterios antes expuestos se adopta, en nuestro caso la denominación de reserva.

El recurso identificado se define como el producto del calor almacenado (H0) por el factor de recuperación (R0).

(RI) = H0 . R0

El factor de recuperación Ro es diferente si existe inyección o si se trata de un pozo de explotación único.

En el primer caso, cuando existe doblete, vale (LAVIGNE, 1978)

siendo Ti la temperatura de reinyección. Si se desconoce, se considera ésta 25 ºC.

Cuando solo existe pozo de extracción, R adopta un valor de (GRINGARTEN, 1979): R0 ~ 0,1

El recurso identificado (RI) se dividirá en probado, probable o posible en función de si se ha cuantificado respectivamente mediante sondeos, geoquímica y/o geofísica o por simples referencias geológicas.

Se trata de una estimación muy conservadora. En este trabajo, no se establecen cuantificaciones de zonas geológicamente favorables que no posean indicios. En consecuencia, prácticamente no aparecen recursos posibles, dado que casi todos los indicios del territorio andaluz han sido estudiados, al menos, bajo el punto de vista geoquímico, pasando a conceptuarse como probables.

A su vez, el criterio de recurso identificado probable también se adopta con criterio restrictivo al considerar los manantiales como descargas puntuales. Dado que en la mayor parte de los casos solo se conoce su temperatura de equilibrio geotermométrica, ignorándose la extensión y posición del acuífero que lo alimenta, el calor almacenado (H0) se calcula tan solo como un cilindro de influencia térmica.

Anexo 1. Metodología de Evaluación - Agencia Andaluza de ... · Clasificación de Recursos y...

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