LA ENERGÍA GEOTÉRMICA
ENRIQUE ORCHEE.T.S. INGENIEROS DE MINAS
UNIVERSIDAD DE VIGO
ENERGÍA GEOTÉRMICA: ENERGÍA CALORÍFICA CONTENIDA EN EL INTERIOR DE LA TIERRA
FLUJO DE CALOR 60 mW/m 2
GRADIENTE GEOTÉRMICO
ORIGEN: INTERNO
46% de la energía solar
pero también EXTERNO
2
3
MANIFESTACIONES DEL CALOR
4
2ºC/100 m
EFECTO SOLAR
GRADIENTE GEOTÉRMICO
MANIFESTACIÓN DEL CALOR: VARIACIÓN DE TEMPERATURA EN SONDEOS
5
¿DÓNDE SE PUEDE ENCONTRAR ESTE CALOR?EL SUPERFICIAL, EN CUALQUIER PARTE EMERGIDA DEL PLA NETA
ANOMALÍAS DE TEMPERATURA (ºC)
6
EL INTERNO, EN CUALQUIER PARTE DEL INTERIOR DE LA T IERRA
TEMPERATURA A 5.000 m DE PROFUNDIDAD 7
ZONAS GEOLÓGICAMENTE INESTABLES DE LA CORTEZA TERRE STRE 8
DORSALES OCEÁNICAS
Zonas de separación de placas en las que se genera continuamente corteza a partir de magmas ascendentes. Islandia, Islas Azore s
ZONAS DE SUBDUCCIÓN
Zonas de colisión de placas, con fusión de la corte za y generación de magma. Costas sudamericana y asiática del Océano Pacífico
Zonas en las que se producen adelgazamientos de la corteza con salida de magma. Fosa del Rin, Valle del Gran Rift de África Orienta l
ZONAS DE ACTIVIDAD DISTENSIVA INTRAPLACA
Focos de calor concentrado que tienen una posición determinada en el manto que no varía con el movimiento de las placas. Islas Haw ai y Parque Nacional de Yellowstone en Estados Unidos.
PUNTOS CALIENTES INTRAPLACA
ZONAS CON FLUJO DE CALOR IRREGULAR
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YACIMIENTOS GEOTÉRMICOS DE ALTA TEMPERATURA
Recursos base accesibles (corteza continental de 5 kmde espesor, técnicamente extraíbles con la tecnología actual) 1,4·1026 J
Recursos base útiles (recursos base accesibles en los 3 kmmás superficiales) 6,0·1023 J
Recursos geotérmicos (recursos base útiles explotables enlos próximos 40-50 años) 5,0·1021 J
Reservas geotérmicas (recursos geotérmicos económicamenteexplotables en los próximos 10-20 años) 5,0·1020 J
Reservas geotérmicas aptas para producir electricidad (T>150ºC, 30%) 1,7·1020 J
Reservas geotérmicas aptas para aprovechamiento de calor y producción eléctrica con ciclo binario (resto) 3,3·1020 J
INMENSO POTENCIAL
ESTIMACIÓN DE LOS RECURSOS Y RESERVAS GEOTÉRMICOS
12
CALOR PARA PRODUCCIÓN ENERGÍA ELÉCTRICA GEOTÉRMICA: 1,8·1017 J
RESERVAS GEOTÉRMICAS APTAS PARA PRODUCIR ELECTRICID AD: 1,7·1020 J
DURACIÓN: 944 AÑOS
DURACIÓN DE LAS RESERVAS AL RITMO ACTUAL
CALOR PARA USO DIRECTO + CICLOS BINARIOS: 1,9·10 17 J
RESERVAS APTAS PARA PRODUCIR CALOR + CICLOS BINARIOS : 3,3·1020 J
DURACIÓN: 1.737 AÑOS
13
A) CALOR DEL AGUA SUBTERRÁNEA
T. ALTA T. BAJA T. MUY BAJA
> 150ºC 30-100ºC < 30ºC
PRODUCCIÓN DEELECTRICIDAD
APROVECHAMIENTO DEL CALOR
B) CALOR DEL TERRENO SECO
(EN INVESTIGACIÓN)
T. MEDIA
100-150ºC
CICLO BINARIO BOMBA DE CALORINTERCAMBIADOR
UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA
14
USOS DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA
APLICACIÓNPORCENTAJE RESPECTO
ENERGÍA GEOTÉRMICA TOTAL (%)
Generación eléctrica 48
Utilización directa del calor
Servicios y uso residencial
Sector industrial
Calefacción invernaderos
Piscifactorías
Otros
52
33
19
7
6
6
TOTAL 100
PORCENTAJES DE UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA
16
PAÍS POTENCIA INSTALADA (MW)
1990 1995 2000 2005 2007 2010(*)
AlemaniaArgentinaAustraliaAustriaChinaCosta RicaEE.UUEl SalvadorEtiopía FilipinasFrancia (Guadalupe)GuatemalaIndonesiaIslandiaItaliaJapónKeniaMéjicoNicaraguaNueva ZelandaPapúa Nueva GuineaPortugal (Azores)Rusia (Kamchatka)TailandiaTurquíaTOTAL
0,00,70,00,0
19,20,0
2.774,695,00,0
891,04,20,0
144,844,6
545,0214,645,0
700,035,0
283,20,03,0
11,00,3
20,65.831,1
0,00,70,20,0
28,855,0
2.816,7105,0
0,01.227,0
4,233,4
309,850,0
631,7413,745,0
753,070,0
286,00,05,0
11,00,3
20,46.866,1
0,00,00,20,0
29,2142,5
2.228,0161,0
7,31.909,0
4,233,4
589,5170,0785,0546,945,0
755,070,0
437,00,0
16,023,00,3
20,47.972,9
0,20,00,21,1
27,8163,0
2.544,0151,0
7,01.930,0
14,733,0
797,0202,0790,0535,0129,0953,077,0
435,06,0
16,079,00,3
20,48.932,6
7,40,00,21,1
27,8162,5
2.923,5204,2
7,31969,7
14,753,0
992,0421,2810,5535,2128,8953,087,4
471,656,023,079,00,3
38,09.967,4
6,60,01,11,4
24,0166,0
3.093,0204,0
7,31.904,0
16,052,0
1.197,0573,0843,0536,0167,0958,088,0
628,056,028,082,00,3
82,010.713,7
POTENCIA INSTALADA PARA PRODUCCIÓN ELÉCTRICA, POR P AÍSES
(*) Estimación
PAÍS% DE LA ENERGÍA NACIONAL
DE ORIGEN GEOTÉRMICO2000 2004
Filipinas 22 19
El Salvador 20 22
Nicaragua 17 10
Islandia 15 17
Costa Rica 10 15
Kenia 8 19
Nueva Zelanda 6 7
Indonesia 5 7
PAÍSES CON UN 5% O MÁS DE ENERGÍA ELÉCTRICA TOTALDE ORIGEN GEOTÉRMICO. AÑOS 2000 Y 2004
18
UTILIZACIÓNPORCENTAJE (%)
2004 2009Bombas de calor geotérmicasCalentamiento de piscinasCalefacción de ambientesCalefacción de invernaderosUsos industrialesAcuiculturaFusión de nieveSecado en agriculturaOtrosTOTAL
32,030,420,27,64,04,00,70,70,4
100,0
49,024,914,45,32,72,60,50,40,2
100,0
USOS DIRECTOS DEL CALOR
19
LA GEOTERMIA SE PLANTEA COMO UNA OPCIÓN CON FUERTE IMPULSO Y ELEVADAS GARANTÍAS, LO QUE RESULTA MUY NOVEDOSO Y P OSITIVO
MARZO 2007 Consejo Europeo
AÑO 2020 OBLIGADO 20% ENERGÍA RENOVABLE EN EL CONSUMO TOTAL DE ENERGÍA
FAVORECE A LA GEOTERMIA:
SITUACIÓN DE CRISIS ENERGÉTICA
EXIGENCIA PARA REDUCIR EMISIONES DE GAS EFECTO INVE RNADERO
INMENSOS RECURSOS DE CALOR
FUTURO DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA
20
DESARROLLO FUTURO DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA EN LA UN IÓN EUROPEA. PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA
Documento visión de la European Geothermal Energy C ouncil
Objetivo 2020: Establecer la base de la industria g eotérmica europea- Desarrollar los recursos hidrotermales de Europa- Expandir el concepto de EGS y de los ciclos binarios- Establecer las bases de un modelo europeo de centrales eléctricas bien integradas en el medio ambiente- Lanzamiento de programas de investigación del subsuelo- Mantener el liderazgo en el desarrollo de la industria geotérmica del futuro
Objetivo 2030: Geotermia como fuente de electricidad competitiva- Disminuir los costes de las centrales EGS- Poner en marcha programas de construcción masivos para reemplazar las centrales de combustibles fósiles- Transferir la tecnología EGS fuera de Europa- Desarrollar tecnologías para la explotación de los fluidos y temperaturas supercríticos (350-600ºC), y comenzar la explotación de los almacenes submarinos
Objetivo 2050: Geotermia produce una parte sustancia l del suministro base de electricidad
- Desarrollo de EGS por todo el mundo a un coste competitivo 21
Objetivo 2020- Uso directo . Construcción de nuevas redes de climatización de distrito, optimización de las
existentes y desarrollo de nuevas e innovadoras aplicaciones en el transporte, la industria y la agricultura- Cogeneración geotérmica con proyectos combinados de plantas de calor y de producción eléctrica de baja entalpía con aprovechamientos EGS- Bombas de calor . Desarrollo del mercado de la climatización con bombas de calorObjetivo 2030- Incremento de la producción de calor geotérmico para uso directo que multiplica por 7 (opción conservadora) o por 15 (opción optimista) la producción de 2010- Las bombas de calor estarán firmemente establecidas en la Unión Europea, - Presencia notable en las aplicaciones agrícolas (invernaderos) y en los procesos industriales- Cogeneración con EGS permitirá desarrollar nuevos sistemas de calefacción de distrito para densas áreas urbanasObjetivo 2050- Los sistemas geotérmicos combinados de climatización para viviendas y barriadas serán
viables y económicos en cualquier lugar de Europa
DESARROLLO FUTURO DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA EN LA UN IÓN EUROPEA. USO DIRECTO DEL CALOR
Documento visión 2020-2030 de la European Technolog y Platform
22
UTILIZACIÓN GEOTÉRMICA 2007 2010 2020 2030
Uso térmico directo (MW) 15.000 20.000 40.000 60.000
Generación de electricidad (MW)ConvencionalCiclos binariosEGS
830815150
1.0009207010
6.0001.200300
4.500
POTENCIA GEOTÉRMICA INSTALADA EN LA UE 27 (ACTUAL Y PREVISIÓN)
23
a) Yacimientos en rocas permeables en los que el fl uido geotérmico es agua o vapor de agua :
En función de la temperatura del fluido geotérmico:
· Alta temperatura (T>150ºC):
- Campos de vapor dominante. Campos de vapor seco.
- Campos de líquido dominante. Campos de vapor húmed o.
· Media temperatura (100ºC<T<150ºC).
· Baja temperatura (30ºC<T<100ºC).
· Muy baja temperatura (T<30ºC).
En función de la presión del fluido geotérmico:
· Geopresurizados (P = 600-900 atm, temperatura la de gradiente norma l).
b) Yacimientos en rocas impermeables o secas (sin f luido geotérmico natural) :
· Alta temperatura (250ºC<T<300ºC).
- Roca caliente seca (HDR) o Sistemas geotérmicos est imulados (EGS).
· Muy baja temperatura (T<30ºC).
c) Yacimientos especiales :
· Sistemas marinos (T~300ºC)
· Sistemas magmáticos (T~800ºC)
INV
INV metano
24
CAMPOS DE MUY BAJA TEMPERATURA (T<30ºC)APROVECHAMIENTO DE CALOR MEDIANTE BOMBA DE CALOR
CAMPOS DE ALTA TEMPERATURA (T>150ºC)CAMPOS DE VAPOR SECO
PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN CICLO DIRECTOSIN CONDENSACIÓNCON CONDENSACIÓN
CAMPOS DE VAPOR HÚMEDO .PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA MEDIANTE EXPANSIÓN SÚBITA (FLASH)
EN UNA ETAPAEN VARIAS ETAPAS
CAMPOS DE MEDIA TEMPERATURA (100ºC<T<150ºC)PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA MEDIANTE CICLO BINARIO (T↑)APROVECHAMIENTO DE CALOR MEDIANTE INTERCAMBIADORES
CAMPOS DE BAJA TEMPERATURA (30ºC<T<100ºC)APROVECHAMIENTO DE CALOR MEDIANTE INTERCAMBIADORES
UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA
ALTA TEMPERATURA (150-300ºC)
26
CENTRAL THE GEYSERS DE VAPOR SECO (EE.UU)
ALTA TEMPERATURA (150-300ºC)
CENTRAL CON EXPANSIÓN SÚBITA (FLASH) EN UNA ETAPA ( MESA, EE.UU)
MEDIA TEMPERATURA (100-150ºC)
CENTRAL WENDELL-AMADEE DE CICLO BINARIO (ESTADOS UNIDOS)
CENTRAL GRANJA EMPIRE DE CICLO BINARIO (3,6 MW) (ESTADOS UNIDOS)
CONCEPTOVAPOR SECO
FLASH SIMPLE
DOBLEFLASH
TRIPLE FLASH
CICLO BINARIO
OTROSTOTAL/MEDIO
% Unidades(Total 500 aprox.)
17 29 10 0,2 39 5 100
% MW instalados(Total 8.700 aprox.)
23 45 24 0,1 4 4 100
Potencia media(MW/central)
22 25 38 10 2 14 17
DISTRIBUCIÓN DE LAS CENTRALES GEOTÉRMICAS POR TECNO LOGÍA
29
MEDIA-BAJA TEMPERATURA (30-130ºC)
POLIDEPORTIVO LOS REMEDIOS (ORENSE)
TERMAS DE CHAVASQUEIRA (ORENSE)
BAJA TEMPERATURA (30-100ºC)
31
MUY BAJA TEMPERATURA (T<30ºC)
SISTEMA ABIERTO
SISTEMAS CERRADOS
32
CAMPOS GEOPRESURIZADOS
PLANTA PILOTO DE PLEASANT BAYOU (TEJAS, EE.UU)
33
ROCA CALIENTE SECA (HDR)-SISTEMAS GEOTÉRMICOS ESTIM ULADOS (EGS)
PLANTA PILOTO DE SOULTZ (FRANCIA)
34
¿?
SISTEMAS MARINOS
35
LACOLITO
CÁMARA MAGMÁTICA
CHIMENEA VOLCÁNICA
VOLCÁNSILL
SILL
CHIMENEA VOLCÁNICA CON DIQUES RADIALESDIQUE
COLADA DE LAVA
PIROCLASTOS
SISTEMAS MAGMÁTICOS
36
UTILIZACIÓN EN CASCADA
37
PROYECTO TIPO20 MW Flash
20 MWCiclo binario
10 MW EGS
Temperatura (ºC) 220-250 150-180 100-150
Profundidad pozos (m) 2.500 3.600 4.000
Capacidad neta de la central (MW) 18,8 16 7
Factor de capacidad (%) 95 90 90
Producción en la red (GWh) 156 126 55
Duración del desarrollo de la central (años) 5 5 5
INVERSIÓN (M€) 72 129 106
INVERSIÓN (M€/MW) 3,8 8,1 15,1
ESTIMACIÓN DE INVERSIONES EN CENTRALES GEOTÉRMICAS EN ESPAÑA (2010)
Fuente. Hidalgo (2010).
EUROPEAN GEOTHERMAL ENERGY COUNCIL (EGEC) prevé que entre 2008 y 2020 se invertirán en la UE-27 6.400 M€ en centrales eléctri cas.
38
TIPO DE CENTRAL COSTE (US$ de 2008/MWh)
CarbónConvencionalAvanzadaAvanzada con captura de CO2
100,4110,5129,3
Gas naturalCiclo combinado convencionalCiclo combinado avanzadoCiclo combinado con captura de CO2
83,179,3113,3
Nuclear avanzada 119,0Eólica
TerrestreMarina
149,3191,1
SolarTérmicaFotovoltaica
256,6396,1
Biomasa 111,0
Hidroeléctrica 119,9
GEOTÉRMICA 115,7Fuente: Departamento de Energía de EE.UU (2009). Sin subvenciones.
COSTE DEL MWh EN NUEVAS PLANTAS DE EE.UU CON ENTRAD A EN SERVICIO EN 2016
39
TIPO DE CENTRAL COSTE (€/kWh)EGSVapor secoFlashCiclo binario (ORC)
0,20-0,300,050,080,10
COSTES TOTALES DEL KWh PRODUCIDO EN 2010 SEGÚNEUROPEAN GEOTHERMAL ENERGY COUNCIL (EGEC)
CONCEPTO(%) DEL COSTE
OperaciónMantenimientoSUBTOTALAmortizaciónGastos financierosSUBTOTAL TOTAL
201030637
70100
DESGLOSE PORCENTUAL DEL COSTE ANUAL DE UNA CENTRAL GEOTÉRMICA
40
TIPO DE APROVECHAMIENTO INVERSIÓNCalefacción de distritoAlmacenamiento subterráneo de calorBomba de calor pequeña (10 kW). Sistema cerradoBomba de calor grande (100 kW). Sistema abierto
1.000.000 €/MW100.000 - 150.000 €/MW
1.000 - 3.000 €/kW500 - 800 €/kW
INVERSIÓN EN APROVECHAMIENTOS DIRECTOS DEL CALOR E N 2009 SEGÚNEUROPEAN GEOTHERMAL ENERGY COUNCIL (EGEC)
COSTES MEDIOS DEL APROVECHAMIENTO DIRECTO DEL CALO R EN 2009 SEGÚNEUROPEAN GEOTHERMAL ENERGY COUNCIL (EGEC)
TIPO DE APROVECHAMIENTO COSTE (€/kWh) Calefacción de distritoAlmacenamiento subterráneo de calorBomba de calor pequeña (10 kW)Bomba de calor grande (100 kW)
0,050,025 0,10 0,06
EUROPEAN GEOTHERMAL ENERGY COUNCIL (EGEC) prevé que entre 2008 y 2020 se invertirán en la UE-27 31.000 M€ en usos directos de calor. En total, junto con la inversión en centrales, las inversiones suman 37.400 M€.
41
42
MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN
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