la energÍa geotÉrmica

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

10

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