geotermia

Coordinador de la edicin de Estudios Tcnicos PER 2011-2020: Jaume Margarit i Roset, Director de Energas Renovables de IDAE Ttulo: Evaluacin del potencial de energa geotrmica. Estudio Tcnico PER 2011-2020 Madrid, 2011 Autores: TECNOLOGA Y RECURSOS DE LA TIERRA, S.A.: Jos Sanchez Guzmn, Laura Sanz Lpez, Luis Ocaa Robles Coordinacin y revisin IDAE: M Carmen Lpez Ocn, Carmen M Roa Tortosa

El presente estudio ha sido promovido por el IDAE en el marco de la elaboracin del Plan de Energas Renovables (PER) en Espaa 2011-2020. Aunque el IDAE ha supervisado la realizacin de los trabajos y ha aportado sus conocimientos y experiencia para su elaboracin, los contenidos de esta publicacin son responsabilidad de sus autores y no representan necesariamente la opinin del IDAE sobre los temas que se tratan en ella.

NDICE4 6 8 10 38 65 74 170 192 Presentacin Objetivos y trabajos realizados Recopilacin de informacin Panorama actual de la utilizacin de la energa geotrmica en el mundo Tecnologas de aprovechamiento de los recursos geotrmicos Metodologa de evaluacin del potencial geotrmico Los recursos geotrmicos en Espaa. Definicin y reas de inters Estimacin de los recursos y reservas geotrmicos de Espaa Inventario de aprovechamientos geotrmicos de muy baja y baja temperatura en Espaa 213 Conclusiones y propuestas de inters a efectos del PER 2011-2020

1 Presentacin

Presentacin

El presente documento constituye la memoria correspondiente al Informe Final de los trabajos realizados en el estudio EVALUACIN DEL POTENCIAL DE ENERGA GEOTRMICA EN ESPAA PARA LA ELABORACIN DEL PER 2011-2020 (REF.: P.C.P. 11227.19/09), adjudicado por el INSTITUTO PARA LA DIVERSIFICACIN Y AHORRO DE LA ENERGA (IDAE) a TECNOLOGA Y RECURSOS DE LA TIERRA, S.A. (TRT), y llevado a cabo en el primer semestre de 2010. El Informe se compone de la presente Memoria y un conjunto de Anexos, cuya estructura se ajusta al esquema planteado en el Pliego de Prescripciones Tcnicas as como en la Oferta propuesta por TRT. La memoria se ha organizado en captulos correspondientes a los aspectos ms importantes abordados, que en sntesis son los siguientes: Objetivos: resumen de los planteados por el IDAE y fijados como meta en el presente estudio. Recopilacin de informacin: se trata de una labor esencial en el presente estudio, que ha sido necesario desarrollar prcticamente en todas y cada una de sus diferentes actividades a travs de consultas de muy diversa ndole, que son convenientemente expuestas lo largo del Informe. Panorama actual de la energa geotrmica en el mundo: se ha llevado a cabo un anlisis de la utilizacin actual de la energa geotrmica a nivel mundial, con datos actualizados al ao 2010 y pormenorizados por pases. Tecnologas de explotacin de los recursos geotrmicos: se trata de una amplia evaluacin del estado de desarrollo actual de dichas tecnologas, en la que se abordan tanto las destinadas a la generacin de energa elctrica como al aprovechamiento directo del calor. Metodologa de evaluacin de recursos y reservas: se analizan en este apartado las diferentes metodologas de evaluacin de recursos y reservas geotrmicos de uso ms extendido, as como los conceptos y definiciones imprescindibles para su aplicacin. Los recursos geotrmicos en Espaa. Definicin y reas de inters: se realiza una pormenorizada revisin de los recursos geotrmicos existentes en Espaa, clasificados en cinco diferentes tipos por el rango de temperatura. Se describen las caractersticas de cada uno de ellos y las reas de existencia. Estimacin de recursos y reservas geotrmicos en Espaa: en este captulo se lleva a cabo una

evaluacin detallada de los recursos y reservas presentes en diferentes reas de la geografa espaola, siguiendo para ello la metodologa previamente establecida y cuantificando para diferentes regiones geotrmicas tanto los recursos de base accesibles (RBA) como el calor almacenado (H0) y su fraccin recuperable (reservas). Inventario de aprovechamientos geotrmicos de muy baja y baja temperatura en Espaa: se trata de uno de los aspectos del estudio donde la recopilacin de informacin ha resultado ms decisiva, en la medida en que ha requerido una consulta directa a las empresas del sector, as como el anlisis exhaustivo de las publicaciones ms recientes en la materia. Conclusiones y propuestas de inters a efectos del PER 2011-2020: el Informe concluye con una serie de recomendaciones que, a juicio de los autores, resultaran de inters de cara a definir el marco de desarrollo de la energa geotrmica en el nuevo PER 2011-2020.

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2 Objetivos y trabajos realizados

Objetivos y trabajos realizados

De acuerdo con lo estipulado en el Pliego de Prescripciones Tcnicas que ha regido el desarrollo del trabajo, el objetivo general perseguido ha sido: Realizar el estudio de evaluacin del potencial de la energa geotrmica en Espaa, con miras a establecer los objetivos para este rea en el PER 2011-2020, que se integrar en un Sistema de Informacin Geogrfica de Energas Renovables de IDAE. Para alcanzar dicho objetivo general ha sido necesario desarrollar un amplio conjunto de actividades, que representan, a su vez, objetivos parciales, cuya consecucin resulta imprescindible para que el estudio en su conjunto alcance los fines previstos. En sntesis, se trata de los siguientes: Recopilacin de informacin relativa a los siguientes aspectos relacionados con la energa geotrmica a nivel mundial: grado actual de aprovechamiento, tecnologas de explotacin y metodologas de evaluacin. Recopilacin de informacin relativa a los siguientes aspectos relacionados con la energa geotrmica a nivel nacional: estudios y proyectos desarrollados desde los aos setenta hasta la actualidad; inventario de aprovechamientos actuales; mercado potencial de la energa geotrmica en Espaa; marco jurdico de referencia, etc. Sntesis del panorama actual de la energa geotrmica a nivel mundial en sus diferentes modalidades de aprovechamiento, as como de las tecnologas de explotacin actualmente aplicadas y en fase de desarrollo. Descripcin de las metodologas en uso de evaluacin de recursos y reservas. Definicin y caracterizacin de reas de inters geotrmico en Espaa. Seleccin de una metodologa eficaz y contrastada de evaluacin del potencial geotrmico y aplicacin de la misma al clculo de recursos y reservas en Espaa. Seleccin de los aspectos ms relevantes del estudio, tanto de carcter informativo como interpretativo, que habrn de incorporarse al Sistema de Informacin Geogrfica de Energas Renovables del IDAE. Planteamiento de las cuestiones esenciales que habrn de ser consideradas a la hora de establecer objetivos para la energa geotrmica en el marco del nuevo PER 2011-2020.

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3 Recopilacin de informacin

Recopilacin de informacin

En el marco de las actividades previstas en el Proyecto se ha llevado a cabo una amplia y variada labor de recopilacin de informacin, que concierne bsicamente a las siguientes reas de trabajo: a) Panorama actual de la utilizacin de la energa geotrmica en el mundo. Con el fin de disponer de la informacin ms actualizada, completa y fiable acerca del grado actual de aprovechamiento de la energa geotrmica en todos los pases que emplean actualmente este recurso, la recopilacin de datos se centr en las ponencias presentadas en el World Geothermal Congress 2010, celebrado en Bali en abril del presente ao. b) Tecnologas de aprovechamiento de los recursos geotrmicos. Comprende un anlisis tanto de las tecnologas empleadas actualmente para la generacin de energa elctrica y para usos directos de calor, como de aqullas que, si bien se encuentran an en fase experimental, se prev que a corto o medio plazo resulten competitivas a nivel tcnico y comercial. La documentacin empleada proviene principalmente de fuentes que son referencia en el mbito geotrmico a nivel internacional, especialmente en lo referente a tecnologas en desarrollo. c) Metodologas de evaluacin de recursos y reservas geotrmicos. La informacin recopilada comprende las metodologas de uso ms extendido, propuestas por autores de contrastado prestigio en cada una de ellas, si bien el inters se ha centrado principalmente en el mtodo volumtrico o heat in place aplicado en el marco del presente Proyecto. d) Documentos de referencia elaborados por el Instituto Geolgico y Minero de Espaa (IGME) en el mbito de la energa geotrmica. Es de sobra conocido que el IGME constituye el organismo de referencia en cuanto concierne a la investigacin geotrmica en Espaa, por lo que sus fondos documentales constituyen la mejor y ms completa fuente de informacin que puede encontrarse en este mbito a nivel nacional. Por este motivo, se consider de inters prioritario realizar un anlisis exhaustivo de dichos fondos documentales. En el Anexo 4 de este informe se presenta un listado completo de referencias bibliogrficas.

e) Inventario de aprovechamientos de energa geotrmica de muy baja temperatura en Espaa. El objetivo es disponer de una estimacin, lo ms ajustada a la realidad que la informacin disponible lo permita, del grado de aprovechamiento actual de los recursos geotrmicos de muy baja temperatura en Espaa. Ante la ausencia de inventarios nacionales o autonmicos de este tipo, se opt por realizar una consulta a las empresas del sector mediante el envo de cuestionarios, labor que se complement con una recopilacin de diversos documentos de reciente publicacin, en los que se describe de forma monogrfica algunos de los aprovechamientos geotrmicos realizados en Espaa en los ltimos aos.

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4 Panorama actual de la utilizacin de la energa geotrmica en el mundo

Panorama actual de la utilizacin de la energa geotrmica en el mundo

El World Geothermal Congress 2010 celebrado en Bali en abril del presente ao incluy, al igual que en ediciones anteriores, sendas ponencias en las que se pone al da la informacin relativa al grado de utilizacin de la energa geotrmica en usos directos1 y para generacin de energa elctrica2 a nivel mundial. Ambos artculos constituyen la referencia ms actualizada, completa y fiable sobre estos aspectos, por lo que se ha optado por emplearlos como fuente principal de informacin para definir el panorama actual de esta energa.

Figura 4.1. Energa geotrmica utilizada en usos directos en el mundo (ao 2010)2,7% 0,5% 0,2% 0,4% 2,6%

5,3%

14,4%

49,0%

4.1 USOS DIRECTOS4.1.1 Datos a escala mundialLa utilizacin directa como fuente de calor de la energa geotrmica constituye la forma ms antigua, verstil y tambin la ms comn de aprovechamiento de esta forma renovable de energa. Los datos disponibles indican que, a finales del ao 2009, el nmero de pases que hacan uso de la misma con el fin citado era de 78, con una capacidad instalada de 50.583 MWt. Esta ltima cifra representa un crecimiento del 78,9% respecto a los datos de 2005, lo que significa un incremento anual medio del 12,33%, con un factor de capacidad de 0,27 (equivalente a 2.365 horas de operacin a plena carga al ao). La energa trmica utilizada fue de 121.696 GWh/ao (438.071 TJ/ao), lo que significa un 60,2% ms que en 2005 (9,9% de incremento anual). Ello supuso un ahorro energtico por ao estimado de 307,8 millones de barriles de petrleo (46,2 millones de toneladas), as como un ahorro de emisiones de 148,2 millones de toneladas de CO2 (comparado con el empleo de petrleo para generar electricidad). La bomba de calor geotrmica represent el 49% de los usos trmicos de esta energa, mientras que el 24,9% se destin a usos balnearios y de calentamiento de piscinas y un 14,4% a la calefaccin de recintos. La Figura 4.1 refleja con mayor detalle esta distribucin por usos trmicos.24,9%

Bomba de calor geotrmica Bao y natacin Calefaccin recintos Calentamiento invernaderos Usos industriales Calentamiento estanques acuicultura Refrigeracin/fusin de nieve Secado productos agrcolas Otros

Segn se ha indicado, tanto la capacidad instalada como la energa trmica utilizada destinadas a usos directos se encuentran en franco crecimiento en el conjunto de los 78 pases que emplean energa geotrmica. Segn refleja la Figura 4.2, en los ltimos 15 aos ambos parmetros han experimentado fuertes incrementos de forma ininterrumpida, al punto de que, respecto a 1995, la capacidad instalada en 2010 se ha multiplicado por 5,8, y casi por 4 la energa utilizada. La distribucin por usos de dicha capacidad se refleja en la Figura 4.3.

Lund, J.W., Freeston, D.H., Boyd, T.H. Direct Utilization of Geothermal Energy 2010 Worldwide Review Proceedings World Geothermal Congress 2010 (Bali, Indonesia) 2 Bertani, R. Geothermal Power Generation in the World. 2005-2010 Update Report Proceedings World Geothermal Congress 2010 (Bali, Indonesia)1

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IDAE-TRT

Figura 4.2. Evolucin de la capacidad instalada y la energa trmica utilizada durante el perodo 1995-2005Miles Miles

60Capacidad (MWt)

450 300 150 01995 2000 2005 2010

40 20 0

La disminucin en el mismo perodo del factor de capacidad (ver Figura 4.4) y el crecimiento de la energa utilizada, son consecuencia del incremento del nmero de instalaciones que emplean la bomba de calor geotrmica. Slo en los ltimos cinco aos, la energa utilizada por estos dispositivos creci 2,45 veces, a un ritmo anual del 19,7%, mientras que la potencia instalada lo hizo en cifras parecidas: 2,25 veces y un 18% de crecimiento anual. El factor medio de capacidad en el caso concreto de la bomba de calor geotrmica en el conjunto de pases considerados fue, en el ao 2010, de 0,19.

Utilizacin (TJ/ao) Capacidad (MWt)

Factor de capacidad (MWt)

Utilizacin (TJ/ao)

Figura 4.4. Evolucin del factor de capacidad durante el perodo 1995-20100,450,41

0,40 0,35

0,40

Figura 4.3. Capacidad instalada para usos directos (ao 2010)1,3% 0,7% 0,3% 1,1% 0,1% 3,1% 10,7%

0,31

0,300,27

0,251995 2000 2005 2010

13,2%

69,7%

En lo referente a los diferentes usos de la energa, la tabla 4.1. ofrece un resumen, para cada uno de ellos, de los valores de la capacidad instalada, energa trmica utilizada y factores de capacidad correspondientes a los ltimos 15 aos. Estos resultados se presentan tambin de forma grfica en la Figura 4.5. En el caso de la calefaccin de recintos, a falta de datos ms precisos los autores estiman que los sistemas de calefaccin centralizada (district heating) concentran del orden del 85% de la capacidad instalada y del 84% de la energa utilizada en este tipo de aprovechamiento. Es importante destacar que la generalizacin del uso de la bomba de calor geotrmica ha abierto la posibilidad de que esta energa pueda aprovecharse casi en cualquier lugar, tanto para calefaccin como para refrigeracin. De igual modo, su uso est siendo fomentado por la utilizacin de recursos de baja y media temperatura en centrales de generacin combinada de electricidad y calor, donde aguas de temperatura inferior a 100 C se hacen circular primero, a travs de un ciclo binario (Rankine) para producir electricidad y, posteriormente, son empleadas como fuente de calor para diferentes aplicaciones (calefaccin, piscinas, invernaderos,

Bomba de calor geotrmica Bao y natacin Calefaccin recintos Calentamiento invernaderos Calentamiento estanques acuicultura Usos industriales Refrigeracin/fusin de nieve Secado productos agrcolas Otros

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acuicultura, etc.) antes de ser reinyectadas en el acufero. Este tipo de instalaciones, frecuentes en pases del norte de Europa como Islandia, Alemania o Austria, obviamente maximizan el aprovechamiento del recurso geotrmico as como su rendimiento econmico.

acerca de usos directos de la energa geotrmica, as como los valores para el ao 2010 de los tres parmetros anteriormente mencionados. Los cinco pases que cuentan con la mayor capacidad instalada son Estados Unidos, China, Suecia, Noruega y Alemania que, en conjunto, representan el 62,8% de la capacidad mundial.

4.1.2 Distribucin por pasesLa tabla 4.2 refleja la relacin alfabtica de los 78 pases para los que se dispone de informacin

Tabla 4.1. Evolucin de la capacidad instalada (a), energa trmica utilizada (b) y factor de capacidad (c) durante el perodo 1995-2010 (a)Capacidad instalada (MWt) Usos 1995 Bomba de calor geotrmica Calefaccin de recintos Calentamiento invernaderos Calentamiento estanques acuicultura Secado productos agrcolas Usos industriales Bao y natacin Refrigeracin/fusin de nieve Otros Total 1.854 2.579 1.085 1.097 67 544 1.085 115 238 8.664 2000 5.275 3.263 1.246 605 74 474 3.957 114 137 15.145 2005 15.384 4.366 1.404 616 157 484 5.401 371 86 28.269 2010 35.236 5.391 1.544 653 127 533 6.689 368 41 50.583

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IDAE-TRT

(b)Utilizacin (TJ/ao) Usos 1995 Bomba de calor geotrmica Calefaccin de recintos Calentamiento invernaderos Calentamiento estanques acuicultura Secado productos agrcolas Usos industriales Bao y natacin Refrigeracin/fusin de nieve Otros Total 14.617 3.823 15.742 13.493 1.124 1.012 15.742 1.124 2.249 112.441 2000 23.275 42.926 17.864 11.733 1.038 1.022 79.546 1.063 3.034 190.699 2005 87.503 55.256 20.661 10.976 2.013 10.868 83.018 2.032 1.045 273.372

(Continuacin)

2010 214.782 62.984 23.264 11.521 1.662 11.746 109.032 2.126 956 438.071

(c)Factor de capacidad Usos 1995 Bomba de calor geotrmica Calefaccin de recintos Calentamiento invernaderos Calentamiento estanques acuicultura Secado productos agrcolas Usos industriales Bao y natacin Refrigeracin/fusin de nieve Otros Total 0,25 0,47 0,46 0,39 0,53 0,59 0,46 0,31 0,3 0,41 2000 0,14 0,42 0,45 0,61 0,44 0,68 0,64 0,3 0,7 0,4 2005 0,18 0,4 0,47 0,57 0,41 0,71 0,49 0,18 0,39 0,31 2010 0,19 0,37 0,48 0,56 0,42 0,7 0,52 0,18 0,73 0,27

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Figura 4.5. Evolucin de la capacidad instalada (a), energa trmica utilizada (b) y factor de capacidad (c) durante el perodo 1995-2010 (a)Miles

40 35 30Capacidad (MWt)

25 20 15 10 5 0Secado productos agrcolas Bao y natacin Calentamiento invernaderos Bomba de calor geotrmica Calefaccin espacios Calentamiento estanques acuicultura Usos industriales Refrigeracin/ fusin de nieve Otros Uso

1995 2000 2005 2010

15

16Utilizacin (TJ/ao)

(b)

IDAE-TRT

100

150

200

250

50Miles

0Bomba de calor geotrmica

2010 Calefaccin espacios Calentamiento invernaderos Calentamiento estanques acuicultura Secado productos agrcolas Usos industriales Bao y natacin Refrigeracin/ fusin de nieve Otros Uso

2005

2000

1995


(c)0,8 0,7 0,6Factor de capacidad

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0Secado productos agrcolas Bao y natacin Calentamiento invernaderos Bomba de calor geotrmica Calefaccin espacios Calentamiento estanques acuicultura Usos industriales Refrigeracin/ fusin de nieve Otros Uso

1995 2000 2005 2010

Tabla 4.2. Distribucin de la capacidad instalada, energa trmica utilizada y factor de capacidad (ao 2010)Capacidad instalada (MWt) 11,5 2.485,4 55,6 307,5 Utilizacin anual TJ/ao 40,5 12.764,5 1.723,1 3.906,7 GWh/ao 11,2 3.546,0 478,7 1.085,3 Factor de capacidad

Pas

Albania Alemania Argelia Argentina

0,10 0,16 1,00 0,40

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IDAE-TRT

(Continuacin)

Pas

Capacidad instalada (MWt) 1,0 33,3 662,9 117,9 3,4 21.696,0 360,1 98,3 1.126,0 9,1 8.898,0 14,4 229,3 1,0 67,5 200,0 5,2 1,0 2,0 132,2 104,2 141,0 12.611,5

Utilizacin anual TJ/ao 15,0 235,1 3.727,7 547,0 33,8 255,36 6.622,4 1.370,1 8.873,0 131,8 75.348,3 287,0 1.954,7 21,0 468,9 2.500,0 102,4 15,0 40,0 3.067,2 1.136,4 684,1 56.551,8 GWh/ao 4,2 65,3 1.035,6 151,9 9,4 70,9 1.839,7 380,6 2.464,9 36,6 20.931,8 79,7 543,0 5,8 130,3 694,5 28,4 4,2 11,1 852,1 315,7 190,0 15.710,1

Factor de capacidad

Armenia Australia Austria Blgica Bielorrusia Bosnia & Herzegovina Brasil Bulgaria Canad Chile China Colombia Corea del Sur Costa Rica Croacia Dinamarca Ecuador Egipto El Salvador Eslovaquia Eslovenia Espaa Estados Unidos

0,50 0,20 0,20 0,20 0,30 0,30 0,60 0,40 0,25 0,46 0,27 0,63 0,27 0,67 0,22 0,40 0,63 0,48 0,63 0,74 0,35 0,15 0,14

18


(Continuacin)

Pas

Capacidad instalada (MWt) 63,0 2,2 3,3 857,9 1.345,0 24,5 134,6 2,3 1.410,3 1,9 654,6 265,0 2,3 41,6 152,9 1.826,0 0,1 82,4 867,0 2.099,5 153,3 16,0 1,6

Utilizacin anual TJ/ao 356,0 41,6 39,6 8.370,0 12.929,0 659,2 937,8 56,5 10.699,4 45,0 9.767,0 2.545,0 42,6 1.064,2 764,0 24.361,0 2,8 2.193,0 9.941,0 25.697,9 1.540,0 126,6 31,8 GWh/ao 98,9 11,6 11,0 2.325,2 3.591,7 183,1 260,5 15,7 2.972,3 12,5 2.713,3 707,0 11,8 295,6 212,2 6.767,5 0,8 609,2 2.761,6 7.138,9 427,8 35,2 8,8

Factor de capacidad

Estonia Etiopa Filipinas Finlandia Francia Georgia Grecia Guatemala Holanda Honduras Hungra India Indonesia Irn Irlanda Islandia Islas del Caribe Israel Italia Japn Jordania Kenia Letonia

0,18 0,60 0,38 0,31 0,30 0,85 0,22 0,78 0,24 0,74 0,47 0,30 0,59 0,81 0,16 0,42 0,85 0,84 0,36 0,39 0,32 0,25 0,62

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IDAE-TRT

(Continuacin)

Pas

Capacidad instalada (MWt) 48,1 47,2 5,0 155,8 6,8 2,7 3.300,0 393,2 0,1 2,4 281,1 28,1 186,6 151,5 153,2 308,2 100,8 4.460,0 1.060,9 6,0 2,5 2,9 43,8

Utilizacin anual TJ/ao 411,5 601,4 79,1 4.022,8 213,2 73,7 25.200,0 9.552,0 1,0 49,0 1.501,1 386,4 849,7 922,0 1.265,4 6.143,5 141,0 45.301,0 7.714,6 114,8 79,1 55,4 364,0 GWh/ao 114,3 167,1 22,0 1.117,5 59,2 20,5 7.000,6 2.653,5 0,3 13,6 417,0 107,3 236,1 256,1 351,5 1.706,7 39,17 12.584,6 2.143,1 31,9 22,0 15,4 101,1

Factor de capacidad

Lituania Macedonia Marruecos Mxico Mongolia Nepal Noruega Nueva Zelanda Papa Nueva Guinea Per Polonia Portugal Reino Unido Repblica Checa Rumana Rusia Serbia Suecia Suiza Sudfrica Tailandia Tajikistn Tnez

0,27 0,40 0,50 0,82 0,99 0,86 0,24 0,77 0,32 0,65 0,17 0,44 0,14 0,19 0,26 0,63 0,44 0,32 0,23 0,61 0,99 0,60 0,26

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(Continuacin)

Pas

Capacidad instalada (MWt) 2.084,0 10,9 0,7 31,2 1,0 50.583,0

Utilizacin anual TJ/ao 36.885,9 118,8 14,0 92,3 15,0 438.071,0 GWh/ao 10.246,9 33,0 3,9 25,6 4,2 121.696,0

Factor de capacidad

Turqua Ucrania Venezuela Vietnam Yemen Total

0,56 0,35 0,63 0,09 0,48 0,27

En lo que respecta a la energa utilizada, las cinco primeras posiciones estn ocupadas por China, Estados Unidos, Suecia, Turqua y Japn, en este caso con un 54,7% del total mundial. Espaa ocupa el puesto nmero 31 en capacidad instalada (141 MWt) y el 38 en energa utilizada (684 TJ/ao). No obstante, si se consideran la poblacin y la superficie, son los pases pequeos especialmente los del norte de Europa los que se sitan a la cabeza. En el primer caso (MWt/poblacin) los cinco primeros puestos corresponden a Islandia, Suecia, Noruega, Nueva Zelanda y Suiza mientras que, en trminos de energa utilizada (TJ/ao.superficie), seran Holanda, Suiza, Islandia, Noruega y Suecia. Los mayores incrementos de capacidad instalada (MWt) de los ltimos cinco aos se registran en el Reino Unido, Corea, Irlanda, Espaa y Holanda mientras que, en el caso de la energa utilizada (TJ/ao), las cinco primeras posiciones corresponden al Reino Unido, Holanda, Corea, Noruega e Irlanda. Ambos incrementos son consecuencia del empleo de bombas de calor geotrmicas.

viviendas en Europa occidental y Estados Unidos instaladas en 2010 es, aproximadamente, de 2,94 millones, ms del doble de las de 2005 y cuatro veces las del ao 2000. La capacidad individual de estas bombas oscila entre los 5,5 kW de las destinadas a usos residenciales, y las de ms de 150 kW empleadas en instalaciones comerciales e institucionales. Los pases lderes en unidades instaladas son Estados Unidos, China, Suecia, Noruega y Alemania. En Estados Unidos, la mayor parte de estos dispositivos estn dimensionados para cubrir cargas pico de refrigeracin, y se encuentran sobredimensionados para calefaccin salvo en los estados del norte, por lo que el valor medio estimado de horas de operacin al ao es de slo 2.000 (factor de capacidad = 0,23). Por el contrario, en Europa la mayora de las bombas de calor geotrmicas estn dimensionadas para proporcionar la carga base de calefaccin, mientras que los picos se cubren con combustibles fsiles. De ah que sus horas/ao de operacin superen con frecuencia las 6.000 a plena carga (factor de capacidad de 0,68), tal como ocurre en los pases nrdicos. No obstante, salvo que se conozca el valor exacto, el dato que suele emplearse como referencia para calcular la energa utilizada es de 2.200 horas, salvo en el ya mencionado caso de los pases nrdicos. b) Calefaccin de recintos. La capacidad instalada y la energa utilizada para este tipo de aplicacin en 2010 asciende, respectivamente, a 5.391 MWt y 62.984 TJ/ao, cifras que representan sendos

4.1.3 Distribucin por categoras de usoa) Bomba de calor geotrmica. Este tipo de dispositivo representa el 69,7% (35.236 MWt) y el 49,0% (214.782 TJ/ao), respectivamente, de la capacidad instalada y de la energa utilizada a nivel mundial, con un factor de capacidad medio de 0,19 (modo calor). El nmero de unidades equivalentes de 12 kW valor tpico para

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incrementos del 24% y del 14% respecto al ao 2005. Segn se indic anteriormente, el 85% de la capacidad instalada y el 84% de la energa utilizada corresponden a sistemas de calefaccin centralizada (district heating). Los pases lderes en la utilizacin de estos ltimos son Islandia, China, Turqua, Francia y Rusia, mientras que entre los mayores usuarios de los sistemas individuales figuran Turqua, Italia, Estados Unidos, Japn y Georgia. c) Calefaccin de invernaderos. La capacidad instalada y la energa utilizada para estas aplicaciones alcanza en el ao 2010 un total de 1.544 MWt de capacidad y 23.264 TJ/ao respectivamente, lo que supone sendos incrementos del 10% y del 13% respecto a 2005. Las posiciones de cabeza entre los 37 pases que emplean energa geotrmica para este fin corresponden a Turqua, Hungra, Rusia, China e Italia. Verduras y flores son los cultivos ms frecuentes en estas instalaciones. La cifra de energa utilizada antes mencionada corresponde aproximadamente a 1.163 hectreas de invernaderos calentadas al ao (unos 20 TJ/ao por hectrea). d) Aplicaciones en acuicultura. La capacidad instalada para este tipo de aplicaciones (653 MWt) se increment respecto a 2005 un 6%, y un 5% en lo referente a la energa utilizada (11.521 TJ/ao). Ello ha supuesto una inversin de la tendencia decreciente que vena manifestndose desde el ao 1995. El nmero de pases que emplean esta tecnologa asciende a 22, entre los que destacan China, Estados Unidos, Italia, Islandia e Israel. Tomando como referencia una cifra estimada para Estados Unidos de 0,242 TJ/ao por tonelada de pescado, la produccin asociada al consumo de energa geotrmica en 2010 habra ascendido a unas 47.600 t de este producto. e) Aplicaciones de secado de productos agrcolas. El nmero de pases en los que existe constancia del empleo de energa geotrmica para el secado de diversos tipos de grano, verduras, frutas etc., es de slo 14 en el ao 2010, con una capacidad instalada de 127 MWt y una energa utilizada de 1.662 TJ/ao. f) Aplicaciones asociadas a procesos industriales. Si bien el nmero de pases que emplean esta fuente de energa para usos industriales est descendiendo, las operaciones realizadas tienden a incrementar su magnitud y a

elevarse los consumos energticos. Entre sus aplicaciones destacan el curado de hormign, embotellado de agua y bebidas carbonatadas, pasteurizado de leche, industria del cuero, extraccin qumica, procesado de pulpa y papel, etc. La capacidad instalada y la energa utilizada ascienden actualmente a 533 MWt y 11.746 TJ/ao respectivamente. Este tipo de aprovechamiento posee el factor de capacidad ms elevado entre los usos directos (0,70), debido a que se trata de procesos industriales que operan durante gran parte del ao. g) Fundido de nieve y refrigeracin de recintos. Se trata de aplicaciones muy limitadas. La primera de ellas se reduce a una serie de proyectos en Argentina, Islandia, Japn, Suiza y Estados Unidos, con un total de 2 millones de metros cuadrados de pavimento calentado con esta energa, la mayor parte en Islandia, con requerimientos que oscilan entre 130 y 180 W/m2. La capacidad instalada es de 311 MWt y la energa utilizada de 1.845 TJ/ao, valores que, en el caso de las aplicaciones para refrigeracin, se reducen a 56 MWt y 281 TJ/ao. h) Aplicaciones en balnearios y piscinas. Bsicamente se refieren al empleo de energa geotrmica para el calentamiento de piscinas y en usos relacionados con la industria balnearia (spas, resorts, balneoterapia). En estos ltimos es frecuente que el agua termal fluya de forma continua. Pese a lo extendido de su uso actualmente son 67 los pases que informan de su empleo, y algunos ms los que lo hacen aunque sin aportar datos concretos, no siempre es posible cuantificarlos, si bien pueden emplearse como cifras caractersticas de una instalacin tipo las siguientes: 0,35 MWt y 7,0 TJ/ao. A escala mundial, la capacidad instalada alcanza en 2010 un valor de 6.689 MWt, con una energa utilizada de 109.032 TJ/ao, lo que representa un 24% y un 31% ms, respectivamente, que las cifras del ao 2005. Las ms elevadas corresponden a China, Japn, Turqua, Brasil y Mxico. i) Otros usos. Comprenden aplicaciones en granjas de animales, cultivo del alga espirulina, esterilizacin de recipientes y desalinizacin. La capacidad instalada y la energa utilizada en los siete pases que aportan informacin al respecto ascienden, respectivamente, a 41 MWt y 956 TJ/ao.

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4.1.4 Factor de capacidadLas tablas 4.1 y 4.2 antes citadas reflejan, respectivamente, los valores de los factores de capacidad clasificados por usos y por pases. Este parmetro refleja el porcentaje equivalente de horas de funcionamiento anual a plena carga de un determinado tipo de instalacin (por ejemplo, un factor de capacidad de 0,70 significa un 70% de horas/ao de funcionamiento a plena carga, es decir, 6.132 horas/ao equivalentes). Se calcula mediante la expresin: Factor de capacidad = (energa anual utilizada en TJ/ao)/(capacidad instalada en MWt) x 0,1317 Sus valores oscilan entre 0,09 y 0,99 en el caso de los pases, y entre 0,18 y 0,70 cuando se consideran categoras de uso. Los ms bajos pertenecen a los pases que emplean con ms intensidad la bomba de calor geotrmica, mientras que los ms elevados se asocian a aqullos en los que predominan las aplicaciones industriales y para piscinas y aguas de bao. El valor medio a escala mundial del factor de capacidad descendi de 0,40 en el ao 2000, a 0,31 en 2005 y a 0,27 en 2010. Tal variacin es consecuencia del incremento en la utilizacin de la bomba de calor geotrmica. Por el contrario, los valores por categoras de uso apenas difieren de los registrados en 2005.

tabla 1b, y un contenido energtico para el barril de petrleo de 6,06 x 109 J, en el caso de la generacin elctrica el ahorro ascendera a 206,5 millones de barriles (31 millones de toneladas de crudo al ao, equivalente a tres das de consumo mundial), mientras que si se hubiese empleado en usos directos la cifra sera prcticamente la mitad: 103,2 millones de barriles (15,5 millones de toneladas de crudo). La informacin disponible apunta a que el dato real probablemente se encuentre entre uno y otro valor. Por ltimo, en lo referente al ahorro de emisiones, la tabla 4.3 refleja los valores estimados por Lund considerando que la misma cantidad de energa geotrmica consumida en usos directos, hubiese sido utilizada en generar electricidad a partir de tres tipos de combustibles: gas natural, petrleo y carbn. En el caso de emplearse para producir calor, las emisiones seran, aproximadamente, la mitad de las reflejadas en dicha tabla.

Tabla 4.3. Emisiones asociadas a la generacin de electricidad mediante una cantidad de energa similar a la de origen geotrmico consumida en usos directos durante el ao 2010, empleando diferentes tipos de combustiblesAhorro de emisiones (millones de toneladas) CO2 Gas natural Petrleo Carbn Total 23,48 99,44 115,96 SOx 0,0 0,66 0,61 NOx 0,05 0,19 0,19 0,43 Total 23,53 100,29 0,8 124,62

Combustible

4.1.5 Ahorro energticoLa energa geotrmica es una fuente de energa sostenible y renovable, capaz de reemplazar a otras fuentes energticas entre las que, naturalmente, se incluyen a los combustibles fsiles, con lo que ello significa en trminos de reduccin, tanto de la dependencia energtica como de las emisiones de gases de efecto invernadero y partculas. El artculo de J. W. Lund citado al comienzo de este captulo, incluye una estimacin de la reduccin del consumo de combustibles fsiles y de ahorro de emisiones asociados al empleo de la energa geotrmica, basado en la utilizacin de un factor de eficiencia de 0,35 si la misma energa se hubiera empleado para generar electricidad, y de 0,70 si el aprovechamiento lo fuese en forma de calor (por ejemplo, en un horno). Considerando el valor de 438.071 TJ/ao de consumo energtico en usos directos recogido en la

122,92 1,27

4.2 GENERACIN DE ENERGA ELCTRICA42.1 Datos a escala mundialSegn refleja el artculo de R. Bertani citado al comienzo de este captulo, la capacidad instalada de las plantas de produccin de electricidad a partir de energa geotrmica alcanz en el ao 2010 la

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cifra de 10.715 MWe, lo que significa un aumento del 19,9% (1.782 MWe) respecto al ao 2005. Ello supone un incremento lineal anual del orden de 350 MWe durante el perodo 2005-2010, superior a los 200 MWe del perodo 2000-2005. En lo referente a generacin, el incremento respecto al ao 2005 fue del 20,7%. La tabla 4.4 y la Figura 4.6 reflejan la evolucin quinquenal de la capacidad instalada a partir del

ao 1950, as como los datos de generacin elctrica anual, si bien estos ltimos se limitan al perodo 1995-2010. Asimismo, el citado autor incluye una estimacin de la potencia instalada para el ao 2015 de 18.500 MWe, basada en datos de proyectos existentes que se encuentran en fase ejecutiva. De cumplirse este pronstico, la variacin en el perodo 2010-2015 experimentara un fuerte aumento del 72,7% (7.785 MWe).

Tabla 4.4. Capacidad instalada (1950-2015) y produccin elctrica (1995-2010)Capacidad instalada Ao MW 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 200 270 386 520 720 1.180 2.110 4.764 5.834 6.833 7.972 8.933 10.715 18.500 35,0 43,0 34,7 38,5 63,9 78,8 125,8 22,5 17,1 16,7 12,1 19,9 72,7 38.035 49.261 55.709 67.246 29,5 13,1 20,7 Variacin (%) GWh Variacin (%) Electricidad producida

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Figura 4.6. Evolucin de la capacidad instalada y de la produccin elctricaMiles

20.000 17.500 15.000Capacidad inst. (MWe)

70 65 60Prod. elctrica (MWh)

12.500 10.000 7.500 5.000 2.500 01950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 Capacidad instalada Produccin elctrica

55 50 45 40 35 30

4.2.2 Distribucin por pasesEl plano de la Figura 4.7 refleja la distribucin por pases de la potencia instalada en el ao 2010, mientras que la Figura 4.8 hace lo propio con los valores de este parmetro previstos para el ao 2015. Asimismo, la tabla 4.5 recoge la informacin detallada por pases de la capacidad instalada y la produccin elctrica correspondientes a los aos 2005 y 2010, as como la previsin para 2015.

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Figura 4.7. Capacidad instalada en el ao 2010 (10,7 GWe)

EEUU 3.093 MW

Austria 1,4 MW Islandia 575 MW Alemania 6,6 MW

Rusia 82 MW

China 24 MW

Francia 16 MW Portugal 29 MW Italia 843 MW Turqua 82 MW Etiopa 7,3 MW Tailandia 0,3 MW Nicaragua 88 MW Kenia 167 MW Indonesia 1.197 MW Australia 1,1 MW

Japn 536 MW Filipinas 1.904 MW Papa Nueva Guinea 56 MW

Mxico 958 MW Guatemala 52 MW El Salvador 204 MW Costa Rica 166 MW

Nueva Zelanda 628 MW

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Figura 4.8. Capacidad instalada prevista para el ao 2015 (18,5 GWe)EUROPA Alemania 15 MW Austria 5 MW Eslovaquia 5 MW Espaa 40 MW Francia 35 MW Grecia 30 MW Holanda 5 MW NORTEAMRICA Canad 20 MW EEUU 5.400 MW Hungra 5 MW Islandia 800 MW Italia 920 MW Portugal 60 MW Rumana 5 MW Turqua 200 MW

ASIA China 60 MW Filipinas 2.500 MW Indonesia 3.500 MW Japn 535 MW Rusia 190 MW Tailandia 1 MW

CARIBE Nieves 35 MW CENTROAMRICA Costa Rica 200 MW El Salvador 290 MW Guatemala 120 MW Honduras 35 MW Mxico 1.140 Nicaragua 240 MW SURAMRICA Argentina 30 MW Chile 150 MW

FRICA Etiopa 45 MW Kenia 530 MW

OCEANA Australia 40 MW Nueva Zelanda 1.240 MW Papa Nueva Guinea 75 MW

Tabla 4.5. Capacidad instalada y produccin elctrica por pases (aos 2005, 2010 y estimacin para 2015)Ao 2005 Pas Capac. instal. (MWe) 0 0 0 1 Prod. elct. (GWh) 2 0 1 3 Ao 2010 Capac. instal. (MWe) 7 0 1 1 Prod. elct. (GWh) 50 0 1 4 Variacin absoluta Variacin relativa 2005-10 2005-10 Capac. (MWe) 6 0 1 0 Prod. (GWh) 49 0 0 1 633 27 -5 19 Capac. (MWe) (%) 2.774 Prod. (GWh) (%) 324 Capac. instal. ao 2015 (MWe)

Alemania Argentina Australia Austria

15 30 40 5

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(Continuacin)

Ao 2005 Pas Capac. instal. (MWe) 0 0 28 163 151 0 0 2.564 7 1.930 15 0 33 0 0 0 797 202 0 791 535 129 Prod. elct. (GWh) 0 0 96 1.145 967 0 0 16.840 0 9.253 102 0 212 0 0 0 6 1 0 5.340 3.467 1.088

Ao 2010 Capac. instal. (MWe) 0 0 24 166 204 0 0 3.093 7 1.904 16 0 52 0 0 0 1.197 575 0 843 536 167 Prod. elct. (GWh) 0 0 150 1.131 1.422 0 0 16.603 10 10.311 95 0 289 0 0 0 9.600 4.597 0 5.520 3.064 1.430

Variacin absoluta Variacin relativa 2005-10 2005-10 Capac. (MWe) 0 0 -4 3 53 0 0 530 0 -26 2 0 19 0 0 0 400 373 0 52 1 38 Prod. (GWh) 0 0 54 -14 455 0 0 -237 10 1.058 -7 0 77 0 0 0 3.515 3.114 0 180 -404 342 7 0 29 3 -12 31 50 184 58 210 58 36 21 0 -1 10 11 -7 -1 -13 2 35 57 -1 47 Capac. (MWe) (%) Prod. (GWh) (%)

Capac. instal. ao 2015 (MWe)

Canad Chile China Costa Rica El Salvador Eslovaquia Espaa Estados Unidos Etiopa Filipinas Francia Grecia Guatemala Holanda Honduras Hungra Indonesia Islandia Islas Nevis Italia Japn Kenia

20 150 60 200 290 5 40 5.400 45 2.500 35 30 120 5 35 5 3.500 800 35 920 535 530

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(Continuacin)

Ao 2005 Pas Capac. instal. (MWe) 953 77 435 Prod. elct. (GWh) 6.282 271 2.774 17 90 0 85 2 105 55.709

Ao 2010 Capac. instal. (MWe) 958 88 628 56 29 0 82 0 82 10.715 Prod. elct. (GWh) 7.047 310 4.055 450 175 0 441 2 490 67.246

Variacin absoluta Variacin relativa 2005-10 2005-10 Capac. (MWe) 5 11 193 50 13 0 3 0 62 1.783 Prod. (GWh) 766 39 1.281 433 85 0 356 0 385 11.538 4 0 308 20 419 11 368 21 Capac. (MWe) (%) 1 14 44 833 78 Prod. (GWh) (%) 12 15 46 2.547 94

Capac. instal. ao 2015 (MWe)

Mxico Nicaragua Nueva Zelanda

1.140 240 1.240 75 60 5 190 1 200 18.500

Papa6 Nueva Guinea Portugal Rumana Rusia Tailandia Turqua Total 16 0 79 0 20 8.933

Los cinco pases con valores ms elevados de capacidad y produccin son, por este orden, Estados Unidos, Filipinas, Indonesia, Mxico e Italia. Dos de ellos Estados Unidos e Indonesia son tambin los que han experimentado el mayor incremento de capacidad instalada, en trminos absolutos, durante el ltimo quinquenio. Las tablas 4.6 y 4.7 recogen estos resultados.

Tabla 4.6. Relacin de los 5 pases con mayor capacidad instalada en 2010Ao 2005 Pas MWe Estados Unidos Filipinas Indonesia Mxico Italia 2.564 1.930 797 953 791 GWh Pas GWh 14.533 10.311 9.600 7.047 5.520 Ao 2010

16.840 3.060 9.253 6.085 6.282 5.340 1.904 1.197 958 843

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Tabla 4.7. Relacin de los 5 pases con mayor incremento absoluto de su capacidad instalada respecto al ao 2005Variacin 2005-2010 Capac. inst. MWe (%) 19 50 184 44 308 Prod. elctrica GWh (%) -14 58 210 46 368

Tabla 4.8. Relacin de los 8 pases con mayor incremento relativo de su capacidad instalada respecto al ao 2005Capac. inst. Pas MWe Alemania 6 Variac. (%) 2.774 833 633 308 184 78 58 50 Prod. elctrica Variac. (%) 3.249 2.547 -5 368 210 94 36 58

Pas

GWh 49 433 0 385 3114 175 289 9.600

MWe Estados Unidos Indonesia Islandia Nueva Zelanda Turqua 496 400 373 193 62

GWh -2.307 3.515 3.114 1.281 385

Papa50 Nueva Guinea Australia Turqua Islandia Portugal Guatemala Indonesia 1 62 373 29 52 1.197

Los cuatro primeros pases de esta ltima tabla han construido plantas de capacidad superior a 100 MWe, una circunstancia que merece destacarse puesto que revela su inters por seguir potenciando el uso de esta energa, respaldado por polticas de incentivos y otras medidas de apoyo que siguen mantenindose pese a ser ya ms de 50 los aos transcurridos desde que iniciaron su actividad geotrmica. En trminos relativos, los cinco pases que incrementaron en mayor proporcin su capacidad instalada durante el perodo 2005-2010 fueron, por este orden, Alemania, Papa-Nueva Guinea, Australia, Turqua e Islandia, si bien en esta clasificacin Alemania y Australia resultan escasamente relevantes debido a su escasa capacidad instalada (tabla 4.8).

4.2.3 Nmero y caractersticas de las plantas actualmente en funcionamientoEl nmero de centrales geotrmicas de generacin de electricidad actualmente en operacin asciende a 526, con una capacidad media de 20,6 MWe y distribuidas en 24 pases. El 9,1% de las mismas 48 unidades supera los 55 MWe, con una capacidad media de 79,5 MWe, mientras que un 41,6% 219 unidades presenta potencias comprendidas entre 10 y 55 MWe. Las 259 unidades restantes (49,2% de las existentes) no superan los 10 MWe; su capacidad media es de 3,2 MWe. La tabla 4.9 refleja el nmero de unidades, la capacidad total instalada y su valor medio, as como la produccin media para cada categora de tecnologa empleada (excluidas las de tipo hbrido). Segn evidencian estos resultados, las plantas de vapor seco se encuentran a la cabeza tanto en capacidad instalada como en produccin elctrica por unidad. Sin embargo, las de ciclo binario son las ms numerosas, mientras que las de tipo flash son las que concentran el mayor valor de capacidad instalada (Figura 4.9).

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Tabla 4.9. Distribucin de plantas geotrmicas por tecnologasCapacidad instalada Tipo N unidades Total (MWe) Sin condensacin* Ciclo binario Flash Doble flash Vapor seco 25 236 141 61 62 145 1.178 4.421 2.092 2.878 Media (MWe/unid) 6 5 31 34 46 Produccin media (GWh/unidad)

96 27 199 236 260

*Esta denominacin se corresponde en ingls con la de tipo Back Pressure

Figura 4.9. Nmero de unidades y capacidad instalada para diferentes tipos de tecnologas, excluidas las de tipo hbrido (ao 2010)N unidades25 61 236 19,5% 62 41,3%

Capacidad instalada (MWe)11,0% 1,4%

141

26,9%

Flash Vapor seco Doble ash Ciclo binario Sin condensacin

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La distribucin por pases del nmero de plantas y sus respectivas tecnologas de produccin aparece reflejada en la tabla 4.10. Entre los cinco pases con mayor capacidad instalada Estados Unidos, Filipinas, Indonesia, Mxico e Italia, las tecnologas que concentran el mayor porcentaje de dicha capacidad son la de vapor seco en el caso de Estados Unidos e Italia, de tipo flash en Filipinas e Indonesia y de doble flash en Mxico (tabla 4.11). A ttulo de resumen, la Figura 4.10 reproduce los diagramas recogidos en el ya citado artculo de R. Bertani,

en los que se refleja la aportacin de cada tecnologa incluyendo las de tipo hbrido en trminos de nmero de unidades, capacidad instalada y produccin elctrica. Segn estos datos, la mayor capacidad instalada corresponde a la de tipo flash, con un 41% del total (4.421 MWe), seguida de la de vapor seco (27%), doble flash (20%), ciclo binario (11%) y sin condensacin (1%). Las de tipo hbrido aparecen en todos los diagramas aunque con un valor del 0%, debido, probablemente, a la supresin por parte del autor de los decimales en estas representaciones.

Figura 4.10. Distribucin mundial de las plantas de generacin de energa elctrica de origen geotrmico (ao 2010)N unidades5% 12% 44% 12% 20% 41% 0%

Capacidad (MWe)11% 1% 0%

27%

27%

Produccin (GWh/ao)4% 0% 9%

21%

42%

Flash Vapor seco Doble ash Ciclo binario Sin condensacin Hbrido24%

32


Tabla 4.10. Distribucin por pases del nmero de plantas y sus respectivas tecnologas en el ao 2010 (excluidas las de tipo hbrido)Sin Ciclo condensac. binario Flash Doble flash Vapor seco Total Tecnologa predomin. Uds Tipo 3 2 3 8 6 7 209 2 56 3 8 22 25 33 20 10 37 5 43 %

Pas

MWe Uds MWe Uds MWe Uds MWe Uds MWe Uds MWe Alemania Australia Austria China Costa Rica El Salvador Estados Unidos Etiopa Filipinas Francia Guatemala Indonesia Islandia Italia Japn Kenia Mxico Nicaragua Nueva Zelanda 75 10 47 15 2 5 2 14 3 8 137 2 3 2 1 24 2 1 10 8 5 1 21 9 653 7 209 2 52 2 1 149 2 18 1 8 735 474 88 349 153 410 70 290 14 14 5 14 7 15 2 12 100 1 55 1 470 5 160 3 90 3 755 24 28 1 460 7 1.330 31 10 1 365 5 7 1 140 160 59 3 5 4 35 795 1 30 1.585 25 7 1 1 3 2 3 24 8 7 1 1 24 166 204 3.094 7 1.904 16 52 1.197 574 843 535 167 958 88 628

Ciclo 100 binario Ciclo 100 binario Ciclo 100 binario Doble flash Flash Flash Vapor seco 100 84,3 78,4 51,2

Ciclo 100 binario Flash Flash 69,9 62,5

Ciclo 100 binario Flash Flash Vapor seco Flash Flash Doble flash Flash Flash 61,4 82,6 89,6 65,2 91,6 49,1 79,5 46,2

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IDAE-TRT

(Continuacin)

Pas

Sin Ciclo condensac. binario

Flash

Doble flash Vapor seco Total

Tecnologa predomin. Uds Tipo 3 5 11 1 4 Flash % 89,3

MWe Uds MWe Uds MWe Uds MWe Uds MWe Uds MWe Papa6 Nueva Guinea Portugal Rusia Tailandia Turqua Total 145 25 14 2 20 1 1 29 5 82 11 0 47 1 1 2.878 62 50 2 56 29 82 0 82

Ciclo 100 binario Flash Doble flash Doble flash Flash 100 100 57,3 41,3

1.178 236

4.421 141

2.092 61

10.715 526

Tabla 4.11. Tecnologas predominantes en los 5 pases con mayor capacidad instalada (ao 2010)Capacidad instalada (MWe) Tecnologa predominante Capac. instalada (MWe) 1.585 1.330 735 430 755 % respecto a la capacidad total 51,2 69,9 61,4 49,1 89,6

Pas

Tipo Vapor seco Flash Flash Doble flash Vapor seco

Estados Unidos Filipinas Indonesia Mxico Italia

3.060 1.904 1.197 958 843

4.2.4 Previsiones de crecimiento de la energa geotrmicaLa tabla 4.12 refleja las previsiones de evolucin de la produccin elctrica de origen geotrmico en dos escenarios temporales: 2015 y 2050, segn la clasificacin mundial en 18 regiones establecida por la Global Energy Assessment (GEA), entidad gestionada por el International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA), bajo el patrocinio de

las Naciones Unidas y la World Energy Conference (WEC). Asimismo, dicha tabla recoge tambin la produccin correspondiente a los aos 2000, 2005 y 2010, todas ellas expresadas en TWh/ao. Estos datos revelan ratios de crecimiento en un rango hasta de dos dgitos en algunas regiones. A finales de 2010, la energa geotrmica habr suministrado 67 TWh/ao de electricidad, valor que se incrementara hasta los 116 TWh/ao en 2015 y a 1.167 TWh/ao en el ao 2050 segn estas previsiones (Figura 4.11).

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Tabla 4.12. Utilizacin presente y futura de la energa geotrmica en las 18 regiones GEAElectricidad (TWh/ao) Regin GEA* 2000 Estados Unidos Canad Europa Occidental Europa Central/Oriental ex-Unin Sovitica Norte de frica frica Oriental frica Central/Occidental frica Meridional Oriente Medio China Asia Oriental India Asia Meridional Japn Pacfico asitico (otros) Oceana Amrica Latina Mundo 14,0 0,0 3,9 0,0 0,0 0,0 0,4 0,0 0,0 0,0 0,1 0,0 0,0 0,0 1,7 8,3 2,4 7,3 38,0 2005 16,8 0,0 7,1 0,0 0,1 0,0 1,1 0,0 0,0 0,0 0,1 0,0 0,0 0,0 3,5 15,4 2,8 8,9 56,0 2010 16,6 0,0 10,9 0,0 0,4 0,0 1,4 0,0 0,0 0,0 0,2 0,0 0,0 0,0 3,1 20,4 4,1 10,2 67,0 2015 34,1 0,1 13,3 0,1 1,2 0,0 3,7 0,0 0,0 0,0 0,4 0,0 0,0 0,0 3,4 37,8 8,0 14,0 116,0 2050 508,0 8,3 125,0 25,0 67,0 0,0 25,0 0,0 0,0 17,0 42,0 0,0 17,0 0,0 17,0 166,0 25,0 125,0 1.167,0

*Global Energy Assessment (GEA)

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IDAE-TRT

Figura 4.11. Previsiones de produccin de electricidad en las 18 regiones GEA en TWh/ao. Negro = ao 2010, Azul = ao 2015, Rojo = ao 2050. Los valores representados corresponden a unas capacidades efectivas de 10,7 GWe en 2010, 18,4 GWe en 2015 y 140 GWe en 2050 (suponiendo una contribucin del EGS de 70 GWe)FSU 0,4 1,2 67

CAN 0,0 0,1 8,3

EEU 0,0 0,1 25

USA 17 34 508

WEU 11 13 125 NAF WCA

OSA OEA MEE 0,0 0,1 17

CHN 0,2 0,4 42

JPN 3,1 3,4 17

LAC 10 14 125

EAF 1,4 3,7 25

SAF

IND 0,0 0,0 17

PAS 20 38 166

OCN 4,1 8,0 25

No obstante, en lo referente a la cuantificacin del potencial geotrmico global, Bertani seala la existencia de discrepancias de varios rdenes de magnitud entre diferentes autores, relacionadas bsicamente con los sistemas EGS y/o con el tipo y funcionamiento de las tecnologas de aprovechamiento. Por ejemplo, la generacin de electricidad a baja temperatura mediante las plantas de ciclo binario abre una nueva va a los pases que no cuentan con yacimientos de alta temperatura. En lo referente a la tecnologa EGS, si bien se encuentra an en fase de desarrollo, no cabe duda que su aplicacin a escala comercial generara un enorme potencial de desarrollo de la geotermia en numerosos pases. Finalmente, incluye Bertani en su artculo una interesante valoracin acerca del potencial geotrmico de cada una de las 18 regiones GEA, cuyos resultados aparecen recogidos en la tabla 4.13. Estos ltimos estn referidos al calor almacenado

disponible tanto para usos directos como para generacin de electricidad, a excepcin de los valores de la columna de produccin elctrica, calculados empleando una media ponderada para la eficiencia de conversin (aproximadamente 17 julios de calor por cada julio de electricidad) y un factor de capacidad del 95%. En el caso de la utilizacin de calor para usos directos, el factor de capacidad empleado es del 40%.

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Tabla 4.13. Potencial geotrmico de las 18 regiones GEA (expresado en exajulios, 1 EJ = 109 GJ)Potencial tcnico Potencial terico Calor para usos directos EJ/ao 7,0 4,8 3,0 0,5 9,9 2,8 1,3 3,2 1,8 2,0 4,7 0,3 1,4 3,7 0,2 1,4 3,5 9,9 61,4 5.000 GWt Potencial econmico Calor para Produccin electricidad elctrica EJ/ao 34,9 0,307 6,216 1,243 3,097 0,0 0,918 0,0 0,0 0,612 1,856 0,0 0,613 0,0 0,612 7,424 1,568 6,216 65,582 140 GWe TW/ao 508 8,3 125 25 67 0,0 25 0,0 0,0 17 42 0,0 17 0,0 17 166 25 125 1.167

Regin GEA*

Calor Calor para para usos electricidad directos EJ/ao 75 52 32 5,1 104 29 14 33 19 21 52 3,4 15 38 2,9 17 36 109 657 1.200 GWe EJ/ao 1,215 0,099 4,311 0,852 0,508 0,103 0,004 0,0 0,0 0,175 1,764 0,018 0,062 0,002 0,201 0,004 0,391 0,383 10,092 800 GWt

106 EJ Estados Unidos Canad Europa Occidental Europa Central/Oriental ex-Unin Sovitica Norte de frica frica Oriental frica Central/Occidental frica Meridional Oriente Medio China Asia Oriental India Asia Meridional Japn Pacfico asitico (otros) Oceana Amrica Latina Mundo Capacidad equivalente *Global Energy Assessment (GEA) 4,738 3,287 2,019 0,323 6,607 1,845 0,902 2,103 1,233 1,355 3,288 0,216 0,938 2,424 0,182 1,092 2,304 6,886 41,743

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5 Tecnologas de aprovechamiento de los recursos geotrmicos

Tecnologas de aprovechamiento de los recursos geotrmicos

5.1 GENERALIDADESEl contexto energtico actual y la creciente sensibilizacin ambiental de la sociedad han convertido a las energas renovables, junto con el ahorro y la eficiencia energtica, en una de las principales opciones para dar respuesta a los problemas planteados para satisfacer las necesidades de suministro energtico demandadas por la poblacin. Segn consta en el Manual de geotermia editado por el IDAE3, se consideran renovables las fuentes energticas primarias que tienen su origen en la radiacin solar, ya sea de forma directa como la solar trmica o la fotovoltaica, o de forma indirecta como la elica, la hidroelctrica y la biomasa. Entre ellas tambin se incluye la energa geotrmica, que, a diferencia del resto de energas renovables, proviene del calor interior de la Tierra, que tiene su origen en los movimientos diferenciales entre las distintas capas que la constituyen principalmente, entre manto y ncleo, en el calor inicial que se liber durante su formacin que an est llegando a la superficie, en la desintegracin de istopos radiactivos presentes en la corteza y en el manto bsicamente, uranio 235, uranio 238, torio 282 y potasio 40, y en el calor latente de cristalizacin del ncleo externo. En el mbito europeo, la aprobacin, en junio de 2009, de la nueva Directiva Europea de Energas Renovables Directiva 2009/28/CE del Parlamento Europeo y del Consejo de 23 de abril de 2009 relativa al fomento del uso de energa procedente de fuentes renovables supone un importante respaldo al desarrollo de la energa trmica a partir de fuentes renovables en general, y de la energa geotrmica en particular.

(EGEC), que establece que la energa geotrmica es la energa almacenada en forma de calor bajo la superficie de la Tierra. Segn figura en dicha Declaracin, se trata de una fuente de energa sostenible, renovable, casi infinita, que proporciona calor y electricidad las 24 horas del da a lo largo de todo el ao. La energa geotrmica engloba el calor almacenado en rocas, suelos y aguas subterrneas, cualquiera que sea su temperatura, profundidad y procedencia, pero no el contenido en masas de agua superficiales, continentales o marinas.

5.1.2 Gradiente geotrmicoSe define como el incremento de temperatura registrado al profundizar desde la capa ms externa de la Tierra la corteza hacia las partes interiores de la misma. El gradiente geotrmico observado en la mayor parte del Planeta, conocido como gradiente trmico normal, es de unos 2,5-3 C cada 100 metros, si bien en regiones muy delimitadas y especficas, el incremento de la temperatura con la profundidad es muy superior al indicado. Estas regiones, de gradiente geotrmico anmalo, se sitan sobre reas geolgicamente activas de la corteza terrestre. El gradiente geotrmico permite estimar el flujo de calor que se transmite desde las zonas internas de la corteza hacia las externas. Representa la cantidad de calor geotrmico que se desprende por unidad de superficie y se expresa en mW/m2.

5.1.3 Fluido geotrmicoEl calor contenido en rocas y suelos es demasiado difuso para ser extrado directamente de forma econmica, por lo que es necesario disponer de un fluido para transportarlo hasta la superficie de forma concentrada, mediante sondeos, sondas geotrmicas, colectores horizontales o intercambiadores de calor tierra-aire enterrados a poca profundidad en el subsuelo. El fluido geotrmico lquido caliente rico en sales minerales y/o vapor es, generalmente, agua. Una vez en superficie, el fluido geotrmico, en funcin de su contenido de calor, se destinar, si es posible, a la produccin de energa elctrica;

5.1.1 Energa geotrmicaLa energa geotrmica es, en su sentido ms amplio, la energa calorfica que la Tierra transmite desde sus capas internas hacia la parte ms externa de la corteza terrestre. En la Directiva 2009/28/CE, se define como la energa almacenada en forma de calor bajo la superficie de la tierra slida (Artculo 2). Esta definicin coincide con la recogida en la Declaracin de Bruselas de 2009 del Consejo Europeo de Energa Geotrmica

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IDAE-IGME. Manual de geotermia. Junio 2008

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IDAE-TRT

en caso contrario, su calor se aprovechar directamente, utilizando intercambiadores o bombas de calor. Las caractersticas del fluido geotrmico, incluidas las qumicas, la temperatura y el contenido de gases no condensables, pueden influir en el diseo del sistema de aprovechamiento en especial de las centrales elctricas.

5.1.4 Recurso geotrmicoSe define el recurso geotrmico como la fraccin de la energa geotrmica que puede ser aprovechada de forma tcnica y econmicamente viable. Incluye, no slo los recursos actualmente conocidos y cuyo aprovechamiento es factible desde los dos puntos de vista considerados, sino tambin los que lo sern en un futuro relativamente prximo. El concepto de recurso geotrmico es tan amplio que incluye desde el calor que puede encontrarse en los horizontes ms superficiales del suelo hasta el almacenado en rocas situadas a las profundidades que podran alcanzarse con tcnicas de perforacin de pozos petrolferos. En cuanto a sus tipos, los recursos geotrmicos se clasifican segn su nivel trmico o lo que es lo mismo, su entalpa4, factor que condiciona claramente su aprovechamiento. Los valores de temperatura establecidos como lmite para su diferenciacin pueden variar segn los autores. Los admitidos por la Plataforma Tecnolgica Espaola de Geotermia (GEOPLAT), siguiendo las ltimas tendencias, son los que se indican en la siguiente clasificacin: Recursos geotrmicos de alta entalpa (T > 150 C). Se encuentran principalmente en zonas con gradientes geotrmicos elevados y se sitan a profundidades muy variables (son frecuentes entre 1.500 y 3.000 m). Estn constituidos por vapor seco (muy pocos casos) o por una mezcla de agua y vapor, y se aprovechan fundamentalmente para la produccin de electricidad. Recursos geotrmicos de media entalpa (T: 100-150 C). Pueden localizarse en zonas con un gradiente geotrmico elevado a profundidades inferiores a los 2.000 m, y en cuencas sedimentarias a profundidades entre los 3.000 y 4.000 m. Su temperatura permite el uso para

la produccin de electricidad mediante ciclos binarios. Tambin pueden aprovecharse para uso trmico en calefaccin y refrigeracin en sistemas urbanos y en procesos industriales. Recursos geotrmicos de baja entalpa (T: 30-100 C). Se localizan habitualmente en zonas con un gradiente geotrmico normal a profundidades entre 1.500 y 2.500 m, o a profundidades inferiores a los 1.000 m en zonas con un gradiente geotrmico ms elevado. Su utilizacin se centra en los usos trmicos en sistemas de calefaccin/climatizacin y ACS urbanos, y en diferentes procesos industriales. Los fluidos geotrmicos raras veces se utilizan directamente, lo ms frecuente es el aprovechamiento de su energa mediante intercambiadores y/o bombas de calor. Suelen requerir una demanda importante de energa calorfica en las proximidades. Recursos geotrmicos de muy baja entalpa (T < 30 C). Las temperaturas de estos recursos suelen acercarse a la media anual del lugar donde se captan. Corresponden a la energa trmica almacenada en las aguas subterrneas, incluidas las provenientes de labores mineras y drenajes de obras civiles, siempre para uso exclusivamente energtico y no consuntivo del agua, y en el subsuelo poco profundo (normalmente, a menos de 200 m, incluyendo las captaciones de calor asociadas a elementos constructivos de la edificacin). En este ltimo caso, la energa renovable puede captarse de manera muy eficiente dada la estabilidad trmica del subsuelo frente a la oscilacin estacional del ambiente, como consecuencia de la transmisin de calor hacia la zonas ms externas de la corteza. Dicha transmisin hace posible que, a partir de 8-10 m de profundidad, la temperatura del terreno se mantenga prcticamente estable durante todo el ao. Su aplicacin son los usos directos del calor: aporte energtico a sistemas de ventilacin, calefaccin y refrigeracin de locales y/o procesos, con o sin utilizacin de una bomba de calor.

5.1.5 Yacimiento geotrmicoEspacio fsico en el interior de la corteza terrestre con unas determinadas condiciones geolgicas, en el que se sita un recurso geotrmico cuya explotacin es econmicamente viable.

4

Cantidad de energa trmica que un fluido puede intercambiar con entorno. Se expresa en kJ/kg o en kcal/kg

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Los yacimientos geotrmicos pueden clasificarse segn diferentes criterios: contexto geolgico, nivel de temperatura, modo de explotacin y tipo de utilizacin. Lo habitual es clasificarlos en funcin del nivel trmico de los fluidos que contienen, es decir, de los recursos que albergan, adoptndose los mismos intervalos de temperatura considerados para stos: Yacimientos de alta entalpa, en los que el fluido se encuentra en condiciones de presin y alta temperatura (> 150 C). Yacimientos de media entalpa, en los que el fluido se encuentra a temperaturas entre 100 y 150 C. Yacimientos de baja entalpa, en los que la temperatura del fluido vara entre 30 y 100 C. Para el caso de energa geotrmica de muy baja temperatura no suele utilizarse el trmino yacimiento, ya que este recurso se encuentra difuso en toda la superficie terrestre. Adems, hay que considerar los yacimientos geotrmicos no convencionales, que constituyen casos singulares de los yacimientos de alta entalpa (T > 150 C). Se trata de los siguientes: Yacimientos de roca caliente seca (HDR: Hot Dry Rock), creados, mediante la accin del hombre, en materiales geolgicos de escasa o nula permeabilidad y/o porosidad existentes en condiciones de alta temperatura y a profundidades no muy elevadas, carentes de fluido. El calentamiento de estos materiales se debe a su proximidad a cmaras magmticas en reas volcnicas. Las tcnicas empleadas persiguen la creacin, en el macizo de roca profundo y caliente, de una red de fracturas que permitan la formacin de una zona de intercambio trmico almacn artificial, por la que se hace circular un fluido inyectado desde la superficie, que retorna a sta con un elevado incremento de su temperatura. La fracturacin se consigue inyectando, a travs de un pozo, grandes volmenes de agua a elevada presin, en un proceso denominado hidrofracturacin o fracturacin hidrulica, usado frecuentemente en la produccin de petrleo y gas. La distribucin en profundidad del sistema de fracturas creado puede modelizarse usando mtodos ssmicos de prospeccin geofsica, al objeto de determinar la ubicacin del pozo de extraccin del agua caliente, que se enviar a una central de ciclo binario para la produccin de energa elctrica y posteriormente se reinyectar en el yacimiento.

Los resultados obtenidos en la creacin de yacimientos geotrmicos de roca caliente seca han abierto la posibilidad de aplicar las tcnicas de fracturacin indicadas a yacimientos de baja permeabilidad en produccin, con objeto de incrementar las reservas geotrmicas y la productividad. Sera el caso de los yacimientos de roca caliente fracturada (HFR: Hot Fractured Rock), que contienen un fluido caliente y presentan fracturas que pueden estimularse artificialmente para aumentar la recuperacin de energa. Estos yacimientos en los que es precisa la intervencin directa del hombre para su creacin y/o estimulacin activa, son tambin denominados Sistemas Geotrmicos Estimulados (EGS: Enhanced Geothermal System). Yacimientos geotrmicos supercrticos (T > 300 C), cuya investigacin se viene desarrollando en los ltimos tiempos, en los que las condiciones termodinmicas permitiran la produccin de electricidad y tambin la de hidrgeno. Los recursos asociados volcnicos profundos o supercrticos estn calentados por el magma subsuperficial en regiones volcnicas. La tecnologa necesaria para este tipo de recursos supone el desarrollo de equipos que puedan funcionar adecuadamente y durante largos perodos de tiempo a temperaturas extremadamente elevadas. Yacimientos geopresurizados, en los que el agua contenida en el acufero est sometida a grandes presiones (entre un 40% y un 90% superiores a la presin hidrosttica que correspondera a la profundidad a la que se halla) y se encuentra casi completamente sellada para el intercambio con las rocas circundantes. Adems de la energa trmica del agua geotermal, los sistemas geopresurizados tambin contienen energa mecnica como consecuencia del exceso de presin del fluido, as como cierto potencial de energa de combustin, ya que, normalmente, se encuentran cantidades importantes de metano (gas natural) disueltas en el agua geotermal. La mayor parte de la energa trmica de los yacimientos geopresurizados es resultado de la contribucin, aproximadamente a partes iguales, de la temperatura del agua y del metano disuelto. Los yacimientos geopresurizados se forman generalmente en cuencas sedimentarias ms que en reas volcnicas. De hecho, se han descubierto como consecuencia de exploraciones petrolferas en cuencas sedimentarias con gradiente geotrmico normal, pero en las que el agua se encuentra a una profundidad

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IDAE-TRT

de 6.000 m o mayor y, por tanto, a temperaturas superiores a 150 C. Actualmente, ninguno se encuentra en explotacin, ya que las condiciones econmicas para ello no son favorables. Puede citarse como ejemplo el yacimiento situado en la zona costera del Golfo de Texas-Louisiana, el ms importante de esta naturaleza localizado en Estados Unidos. Con los avances de la tecnologa geotrmica y el aumento de los precios de los combustibles fsiles, estos sistemas, histricamente no viables desde el punto de vista econmico, podran llegar a convertirse en una fuente significativa tanto de gas natural como de energa geotrmica. Los Sistemas Geotrmicos Estimulados (EGS), slo utilizan la energa almacenada en la roca ya que el agua debe adicionarse como un fluido secundario externo, tambin se conocen como sistemas petrotermales, y se usan fundamentalmente para la produccin de electricidad. Por el contrario, los aprovechamientos hidrotermales de la energa geotrmica, referidos tanto a acuferos calientes asociados a cuencas sedimentarias profundas (HSA: Hot Sedimentary Acuifer) como a sistemas convectivos magmticos en entornos volcnicos, suponen la utilizacin del agua presente de forma natural en el yacimiento considerado. La transicin entre sistemas hidrotermales y petrotermales es gradual. Existe consenso general en aceptar que un proyecto se puede considerar EGS cuando no es posible obtener ndices del flujo procedente del yacimiento natural econmicamente viables, de modo que es necesaria una estimulacin hidrulica para crear vas de circulacin para el fluido inyectado.

Usos directos del calor calefaccin y refrigeracin, redes de climatizacin de distrito, ACS y aplicaciones en agricultura (invernaderos, secado de productos agrarios, etc.), acuicultura (piscifactoras, produccin de algas, etc.), procesos industriales y balneoterapia (spas y otros), para los recursos de baja y muy baja entalpa. Las tecnologas aplicadas en cada caso varan en funcin del tipo de recurso que se pretende utilizar, de su profundidad y del aprovechamiento previsto.

5.2.1 Tecnologas aplicables para la obtencin de electricidadEn lneas generales, la energa geotrmica que se utiliza para generar electricidad puede obtenerse a partir de tres tipos distintos de fluidos que representan, a su vez, tres tipos de recursos diferentes: Recursos de vapor seco, que corresponden a los denominados sistemas de vapor dominante, en los que no hay o es muy escasa fase lquida asociada. The Geysers, en California o Lardarello en Italia, son ejemplos de estos sistemas hidrotermales de alta temperatura, donde los poros de las rocas estn ms saturados por vapor que por agua lquida. Los sistemas de vapor dominante no requieren la separacin del vapor del agua, por lo que la energa que contienen es relativamente fcil de aprovechar de un modo eficiente. Esta circunstancia los convierte en los ms favorables para la produccin de energa elctrica, si bien, comparativamente, son los menos frecuentes. Recursos de vapor hmedo, pero de alta entalpa, que corresponden a sistemas hidrotermales de agua caliente capaces de producir vapor que se aprovecha directamente para generar electricidad. En estos sistemas, el fluido es total o mayoritariamente lquido, pero se transforma en una mezcla de vapor y agua lquida cuando asciende y se descarga a travs de los pozos de produccin. Existen multitud de ejemplos de este tipo de aprovechamiento. Recursos de moderada entalpa, correspondientes a sistemas que producen fluido que no llega a transformarse en una mezcla de vapor y lquido, de modo que el transporte del calor slo se realiza a travs de la fase lquida. Sin embargo, pese a que estos sistemas hidrotermales no son capaces de producir vapor a una presin lo

5.2 TECNOLOGAS DE APROVECHAMIENTOComo ya se ha indicado, el tipo de recurso geotrmico alta y media o baja entalpa, bsicamente determina sus posibilidades de aprovechamiento, las cuales varan en funcin de las tecnologas disponibles en cada momento. No obstante, pueden establecerse dos tipos principales de aplicaciones o aprovechamientos: Produccin de electricidad, para los recursos geotrmicos de alta y media entalpa, incluidos los sistemas geotrmicos estimulados.

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suficientemente alta para su aprovechamiento directo en la generacin de electricidad, se encuentran a una temperatura lo bastante elevada como para producir, mediante un intercambiador que incorpora un segundo fluido fluido secundario o de trabajo un vapor a alta presin capaz de mover un sistema turbina-generador. Esta tcnica de produccin elctrica, en la que el calor geotrmico se transfiere a otro fluido con una temperatura de vaporizacin inferior a la del agua, se conoce como ciclo binario. Un sistema de las caractersticas indicadas se encuentra cerca de Mammoth Lakes, al este de Sierra Nevada, en California. Los aspectos tecnolgicos que controlan la explotacin geotrmica de alta y moderada entalpa con el propsito considerado son dos: la extraccin de la energa calorfica y su transformacin a una forma de energa utilizable. Es importante sealar que, a medida que disminuye el nivel trmico del recurso, aumenta el consumo especfico de la central de generacin elctrica, disminuyendo rpidamente su rendimiento neto. Del mismo modo que las caractersticas del yacimiento geotrmico tipo, dimensiones, capacidad de renovacin del fluido que contiene, etc. condicionan el diseo del modelo de gestin del campo geotrmico, las propiedades del fluido temperatura y presin, fase en la que se encuentra, salinidad, naturaleza de los elementos disueltos en l, etc. determinan los aspectos tecnolgicos relacionados con el equipamiento de la central de generacin. Existen tres tipos de plantas para generar energa elctrica procedente de recursos geotrmicos, en funcin de las caractersticas y la naturaleza del fluido geotermal disponible (descritos anteriormente) y de su profundidad: Plantas de vapor seco, que utilizan un flujo directo de vapor geotrmico. Plantas flash hasta ahora, las ms habituales, que utilizan una mezcla de agua lquida y vapor. Plantas de ciclo binario, que funcionan como sistemas de circuito cerrado que aprovechan recursos de media temperatura. El ciclo Rankine es el ciclo binario comercial que se emplea en Estados Unidos. Hay que considerar, adems, las plantas de ciclo combinado, que aprovechan los beneficios de las tecnologas binaria y flash.

5.2.1.1 Plantas de vapor secoSe trata de plantas en operacin desde hace ms de cien aos ms que cualquier otra tecnologa de conversin geotrmica, que utilizan recursos de vapor seco. El fluido que llega a la superficie, procedente de las fracturas del suelo, es vapor en estado de saturacin o ligeramente recalentado (vapor seco), que se dirige directamente a una turbina para producir electricidad. Los costes de produccin de la planta, al generarse electricidad de forma directa, resultan muy bajos. Los sistemas de vapor seco son relativamente simples: slo requieren vapor, un pozo para la inyeccin del condensado y un mnimo de dispositivos de limpieza del vapor. Necesitan, adems, un colector para retirar slidos de gran tamao, un centrifugador para separar el condensado y las partculas slidas de pequeo tamao, puntos para el drenaje del condensado a lo largo de las tuberas y, finalmente, un filtro para eliminar partculas pequeas y slidos disueltos. El esquema de funcionamiento de este tipo de plantas, que se refleja en la Figura 5.1, sigue siendo similar al de la primera instalacin que oper en 1904 en Larderello (Italia). No obstante, los crecientes avances tecnolgicos continan mejorando estos sistemas. Actualmente, algo menos del 40% de la electricidad geotrmica que se produce en Estados Unidos tiene su origen en este tipo de plantas, todas localizadas en The Geysers (California). En Matsukawa (Japn), ste es tambin el proceso utilizado.

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IDAE-TRT

Figura 5.1. Esquema de funcionamiento de una planta de vapor seco

Turbina

Generador Vapor de agua Condensador Torre de refrigeracin Aire Air Agua Aire Agua

Vapor

Condensado

Pozo de produccin

Reserva geotrmica

Pozo de inyeccin

Fuente: KAGEL, A. The State of Geothermal Technology - Part II: Surface Technology. Geothermal Energy Association. January 2008 Existen plantas que explotan yacimientos de vapor seco que utilizan un ciclo directo sin condensacin, ms simple y ms barato en lo que a costes de la instalacin respecta. En ellas, el vapor procedente del pozo pasa directamente a la turbina, desde donde se libera a la atmsfera. Estas instalaciones suelen emplearse como plantas piloto, para pequeos suministros locales a partir de pozos de produccin aislados o como pequeas centrales de punta. Su uso es obligado cuando el contenido en gases no condensables es superior al 50% o cuando el contenido total de gases excede del 10%, por el alto costo que supondra su separacin en los condensadores. Las turbinas sin condensacin pueden llegar a consumir doble cantidad de vapor por kilovatio producido que las unidades con condensacin, las ms utilizadas en las centrales geotrmicas. Algunas veces, como en el caso de las primeras unidades de Larderello (Italia), no es posible el paso directo del vapor a las turbinas, debido a su naturaleza corrosiva. En estas situaciones, la tecnologa aplicable se basa en un ciclo indirecto con condensacin y recuperacin de aguas mineralizadas, en el que el vapor que se enva a la turbina es un vapor limpio, al que ha cedido su energa el procedente del pozo. Este sistema prcticamente no se utiliza desde mediados del siglo XX, debido a la aparicin de otros mtodos de produccin ms econmicos de los minerales recuperados (principalmente, cido brico y amonaco, cuyo valor haba hecho competitivo al sistema hasta entonces, pese al excesivo gasto energtico que supona) y a los nuevos materiales empleados en la construccin de las turbinas, capaces de resistir la presencia de productos corrosivos en el vapor.

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5.2.1.2 Plantas flashSon las indicadas para el aprovechamiento del recurso geotrmico de alta entalpa ms comn, consistente en una mezcla de vapor y salmuera. Normalmente, utilizan recursos que se encuentran a temperaturas situadas entre 180 y 250 C. El fluido que llega a la superficie es una mezcla vapor-lquido, a una presin que depende del pozo y de la temperatura del estado de saturacin, por lo que es preciso, en primer lugar, separar ambas fases. Para ello, el fluido se conduce a unos separadores vapor/ agua, desde donde la fraccin vapor resultante se enva a una turbina para producir electricidad. La fraccin lquida (salmuera), que se rechaza, puede utilizarse en otras aplicaciones, como agricultura y procesos de calor industriales, haciendo uso de la tcnica conocida como produccin en cascada. El ciclo flash puede constar de una o varias etapas, tantas como permita la entalpa del agua separada. Los sistemas de vapor doble-flash pasan la salmuera caliente por sucesivos separadores que se encuentran cada vez a menor presin. El vapor separado a baja presin de dicha salmuera se enva a una turbina de baja presin o a la zona de baja de una turbina multietapas. Las ventajas de este sistema incluyen la mejora de la eficiencia total del ciclo y el mayor aprovechamiento del recurso geotrmico, aunque a cambio de un incremento del coste de produccin y de concentrar los componentes qumicos que pudieran estar presentes en el agua geotermal. En Wairakei (Nueva Zelanda), existen plantas con ciclo de doble flash. El tratamiento del vapor es una parte importante del ciclo de funcionamiento de las plantas flash, en las que los separadores utilizados tienen por objeto aislar y purificar el vapor geotrmico antes de enviarlo a la turbina. Un sistema flash requiere varias etapas de separacin y limpieza, que incluyen un separador inicial que asla el vapor del lquido geotrmico, depsitos de goteo a lo largo de la lnea de vapor y, finalmente, un filtro/separador de limpieza. A veces, se aade un proceso de lavado del vapor para incrementar su pureza. Todas las centrales geotrmicas tienen que disponer de sistemas de tuberas para el transporte de agua o vapor con el fin de completar el ciclo de produccin elctrica e inyeccin. En la Figura 5.2, se muestran los esquemas de funcionamiento de las plantas flash y doble-flash.

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Figura 5.2. Esquemas de funcionamiento de plantas flash (arriba) y doble-flash (abajo)

Turbina

Generador

Vapor de agua

Condensador

Torre de refrigeracin Aire Agua Aire Agua

Vapor

Separador

Vapor Aguas residuales

Condensado Usos directos del calor

Agua

Pozo de produccin

Reserva geotrmica

Pozo de inyeccin

Turbina

Turbina

Generador

Vapor de agua Torre de refrigeracin Aire Agua Aire Agua

Condensador

Vapor Separadores

Vapor alta presin

Vapor baja presin Aguas residuales

Condensado Usos directos del calor

Agua

Agua

Pozo de produccin

Reserva geotrmica

Pozo de inyeccin

Fuente: KAGEL, A. The State of Geothermal Technology - Part II: Surface Technology. Geothermal Energy Association. January 2008

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5.2.1.3 Plantas de ciclo binarioPermiten extraer energa de yacimientos de media temperatura (entre 100 y 150 C) y de recursos geotrmicos con elevada salinidad de forma ms eficiente que las plantas flash, provocando un menor impacto ambiental al no emitir gases a la atmsfera. Se basan en evitar el uso directo del fluido termal, utilizando un fluido secundario. Cuando el fluido geotrmico tiene suficiente entalpa (> 200 kcal/kg), se puede utilizar agua como fluido secundario, pero si tiene menor entalpa (yacimientos de media temperatura), se usa como fluido secundario alguno con un comportamiento termodinmico mejor (bajo punto de ebullicin y alta presin de vapor a altas temperaturas). En este caso, es comn el empleo de mezclas de hidrocarburos altamente voltiles como propano, n-butano, isobutano o isopentano.

Los desarrollos tecnolgicos durante la dcada de los ochenta y noventa, han supuesto notables avances en la produccin de energa elctrica a partir de recursos geotrmicos de temperaturas ms bajas, de modo que, en la actualidad, estas plantas pueden utilizar recursos de temperaturas de 75 C y recursos de temperaturas hasta 180 C. A travs de un intercambiador de calor, el fluido termal que puede ser agua caliente, vapor o una mezcla de ambos cede el calor al fluido secundario (o de trabajo), que se calienta y vaporiza. El vapor resultante acciona la turbina y, posteriormente, se condensa en un condensador de aire o agua y se bombea de nuevo al intercambiador, donde vuelve a vaporizarse. El fluido secundario, por tanto, se encuentra en un circuito cerrado. El esquema de funcionamiento de una planta de ciclo binario se recoge en la Figura 5.3.

Figura 5.3. Esquema de funcionamiento de una planta de ciclo binario

Turbina

Generador

Vapor de agua Torre de refrigeracin Aire Aire Agua

Vapor orgnico

Condensador

Intercambiador

Agua enfriada

Bomba Pozo de produccin Reserva geotrmica Pozo de inyeccin

Fuente: KAGEL, A. The State of Geothermal Technology - Part II: Surface Technology. Geothermal Energy Association. January 2008

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Los fluidos geotrmicos nunca entran en contacto con la atmsfera antes de ser bombeados de nuevo al yacimiento geotrmico. Por otra parte, el agua geotermal nunca se vaporiza en las plantas de ciclo binario con sistema de refrigeracin por aire, de modo que el 100% de la misma puede reinyectarse al almacn a travs de un circuito cerrado, circunstancia que, adems de contribuir a reducir prcticamente a cero las ya de por s bajas emisiones, permite mantener la presin del almacn, prolongando de este modo el tiempo de duracin del proyecto. La generacin de energa elctrica a partir de recursos de baja entalpa (hasta 180 C) solo es econmicamente viable en plantas binarias que siguen el proceso Orgnico Rankine (ORC: Organic Rankine Cycle) o el proceso Kalina. El desarrollo de estos ciclos ha permitido superar las dificultades de costes y rendimientos que presentaban hace aos las plantas binarias, posibilitando, incluso, el aprovechamiento de recursos procedentes de yacimientos de rocas calientes (HDR/EGS) para generar electricidad. Ciclo Orgnico Rankine (ORC). El sistema de produccin elctrica basado en el ciclo Orgnico Rankine es un sistema de ciclo binario avanzado, completamente cerrado, basado en un simple proceso de evaporacin. Las plantas elctricas de ciclo binario que operan con este ciclo tienen un extenso campo de aplicacin con recursos de temperaturas superiores a 120 C. Tambin pueden utilizarse en ellas recursos de temperaturas ms bajas como sucede en la central geotrmica ORC de Simbach-Braunau (Austria), que usa salmueras a 80 C para producir energa elctrica, pero con costes ms altos y eficacias ms bajas en la conversin de calor a electricidad. Las plantas elctricas ORC utilizan como fluido secundario uno de naturaleza orgnica (normalmente, un hidrocarburo, como propano, butano o isopentano), cuya seleccin depende, fundamentalmente, de la temperatura de la salmuera geotrmica. El ciclo de Rankine incluye cuatro procesos que cambian el estado del fluido secundario, en los que intervienen, como dispositivos principales, un evaporador, una turbina, una torre de refrigeracin y una bomba de alimentacin (ver Figura 5.4). Ejemplos de aplicaciones en proyectos geotrmicos son las centrales elctricas de Landau (Alemania) y Soultz-sous-Forts (Francia). La eficiencia en la conversin de energa bruta de una central elctrica ORC es funcin de la

temperatura inicial de la salmuera geotrmica, aumentando desde un 5,5% a 80 C hasta un 12% a una temperatura de 180 C. El principal inconveniente del ciclo Orgnico Rankine es su limitada capacidad de adaptacin a posibles cambios en las variables que condicionan el proceso. Parmetros de control como la temperatura, a veces solo se conocen cuando finaliza la perforacin y se completa la fase de pruebas, dificultando el diseo previo de las plantas geotrmicas. No obstante, el proceso ORC constituye una tecnologa probada y fiable. El principal proveedor de plantas de este tipo, la compaa Ormat Systems Ltd., ha comprobado su xito con una potencia instalada de 1.200 MW en yacimientos de baja y alta entalpa de todo el mundo (Legmann 2009).

Figura 5.4. Esquema del ciclo Orgnico Rankine

Fluido geotrmico > 165 F

1

Evaporador 2

Bomba Mdulo de potencia 4Condensador

Turbina

Generador

3 Torre de refrigeracin

Agua caliente Fluido de trabajo Agua fra

Fuente: http://thefraserdomain.typepad.com/ energy/geothermal/ La compaa americana Ormat Technologies Inc. ha construido plantas modulares de ciclo binario Rankine, utilizando una unidad de generacin elctrica de diseo propio, comercializada como Ormat Energy Converter (OEC). La potencia de las unidades producidas vara desde 250 kW

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hasta 130 MW. Las OEC estn diseadas para instalaciones al aire libre que trabajan con una amplia variedad de fuentes de calor, incluidos los recursos de baja temperatura. Cabe citar como ejemplo una de las unidades pequeas de Ormat instalada en Tailandia, que utiliza fluidos geotrmicos a unos 49 C. Los componentes principales de una unidad OEC son un vaporizador/precalentador, un turbogenerador, un condensador con sistema de enfriamiento por aire o por agua, una bomba de alimentacin y dispositivos de control. Se trata de un producto comercial suficientemente desarrollado, probado en campo, utilizado en 71 pases de todo el mundo. Ciclo Kalina. Utiliza un fluido secundario con, al menos, dos componentes qumicos (normalmente amonaco y agua, actuando esta ltima como disolvente). La proporcin de los componentes vara para permitir el cambio de fase a unas determinadas condiciones de presin y temperatura. Esto supone una mayor adaptabilidad a variaciones de temperatura de la salmuera geotrmica. De modo similar a como sucede en el ciclo Orgnico Rankine, la energa trmica se transmite a un fluido secundario. Como consecuencia de los diferentes puntos de ebullicin, se genera un vapor rico en amonaco y un agua pobre en este compuesto. La eficiencia en la conversin de energa bruta de una central elctrica de ciclo Kalina depende, igualmente, de la temperatura inicial de la salmuera geotrmica, aumentando desde el 8,5% a 80 C hasta el 12% a una temperatura de 160 C, superando, de este modo, la eficiencia de las plantas ORC, especialmente a bajas temperaturas. Este hecho, junto a su mayor flexibilidad, constituye la principal ventaja de la tecnologa Kalina, relativamente reciente, frente a la tecnologa ORC. Ejemplos de aplicaciones geotrmicas de la tecnologa Kalina son las centrales elctricas de Husavik, en Islandia, y Unterhaching, en Alemania.

En las plantas de ciclo combinado, el vapor separado mediante un proceso flash se aprovecha en una turbina para generar electricidad, mientras que el vapor que sale de dicha turbina a baja presin se condensa en un sistema binario. De este modo, se hace un uso eficaz de las torres de refrigeracin por aire en aplicaciones flash y se aprovechan las ventajas del proceso binario. Este sistema funciona en la instalacin Puna Geo Venture, en Hawai, desde 1991. Para sistemas de alta entalpa de agua dominante, la configuracin ms eficaz supone la integracin en una sola planta de un ciclo combinado para vapor y una unidad binaria convencional para la salmuera separada. En este caso, cada unidad funciona con controles ordinarios, recoleccin de fluidos y sistemas de inyeccin. En las plantas de ciclo combinado es necesario un control estricto de la temperatura del agua de inyeccin, ya que un descenso de la misma podra suponer un recorte de produccin.

5.2.2 Otras tecnologas para la produccin de electricidadLos tipos de plantas descritos representan tecnologas de conversin de energa geotrmica en electricidad que pueden catalogarse como convencionales. Ante la existencia de un importante recurso de base an sin explotar, se han considerado o estn surgiendo otras aplicaciones tecnolgicas diferentes algunas ya demostradas con xito y usadas comercialmente que podran ampliar el potencial geotrmico disponible. Algunas de ellas son las que se describen a continuacin.

5.2.2.1 Sistemas geotrmicos hbridosLos sistemas hbridos integran otro tipo de recurso en una central elctrica geotrmica, por lo que pueden generar ms electricidad sin incrementar el uso del recurso geotrmico, aumentando as la eficacia. Estos sistemas ofrecen la posibilidad de determinar la temperatura ptima del vapor independientemente de la que presente la fuente geotrmica. El recurso geotrmico puede combinarse con otra fuente de energa de cualquier origen, incluyendo biomasa, carbn o energa hidroelctrica. Biomasa. La compaa Infinifuel Biodiesel ha construido una instalacin para la fabricacin de

5.2.1.4 Plantas de ciclo combinadoCon el fin de aprovechar los beneficios de las tecnologas binaria y flash, se ha utilizado una combinacin de ambas, conocida como ciclo combinado flash-binario, de la que fue pionera la compaa Ormat Technologies, Inc. El sistema flash-binario alcanza su mxima eficacia en yacimientos con vapor a alta presin.

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biodiesel en una pequea planta geotrmica, en Wabuska (Nevada). Dicha instalacin es prcticamente autnoma, debido, principalmente, al calor que le suministra la planta geotrmica. sta, que utiliza agua a 104 C, genera la electricidad necesaria para el funcionamiento de la planta de biodiesel y vende la produccin restante. Uso combinado de calor y electricidad (utilizacin en cascada). En ciertas localizaciones y bajo determinadas circunstancias, los recursos geotrmicos pueden utilizarse para producir electricidad y tambin para usos directos. Este modelo hbrido, conocido como uso combinado de calor y electricidad (CHP: Combined Heat and Power) o produccin en cascada, aprovecha el calor residual producido por las plantas elctricas la energa disponible tras haber empleado los recursos geotrmicos en la generacin de electricidad, ut

geotermia

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