Energía geotérmica

El calor es una forma de energía y la energía geotérmica es el calor contenido en el interior de la Tierra. El término energía geotérmica es a menudo utilizado para indicar aquella porción del calor de la Tierra que puede o podría ser utilizado y explotado por el hombre. El descubrimiento del calor radiogénico, que podemos comprender plenamente a tal fenómeno como el calor continuamente generado por el decaimiento de los isótopos radioactivos de larga vida del Uranio (U238, U235), del Torio (Th 232) y del Potasio (K40), que están presentes en toda la Tierra. Además del calor radiogénico, en proporciones inciertas, están otras posibles fuentes de calor como ser la energía primordial de la acreción planetaria.

El flujo calórico total que la Tierra irradia al espacio se estimó en 42.1012 W (conducción, convexión y radiación). De este total, 8x1012 W provienen de la corteza, la cual representa sólo el 2% del volumen total de la Tierra, pero que es rica en isótopos radioactivos; 32.3x1012 W provienen del manto, el cual representa el 82% del volumen total de la Tierra y 1,7x1012 W provienen del núcleo, el cual corresponden al 16% del volumen total.

Utilización de los recursos geotérmicos

La generación de electricidad es la forma de utilización más importante de los recursos geotérmicos de alta temperatura (> 150°C). Los recursos de temperatura media a baja corresponde a temperaturas (<150°c).>

Diagrama que muestra la utilización de los fluidos geotérmicos.

El límite inferior de 20°C de la temperatura del fluido geotérmico está solamente sobrepasado en condiciones muy particulares, como puede ser el uso de bombas de calor. Los diseños existentes para procesos termales pueden, sin embargo, modificarse para la utilización de fluidos geotermales que en ciertos casos, pueden ampliar sus campos de aplicación.

Generación de electricidad

Dependiendo de las características del recurso geotérmico, la generación de electricidad se realiza principalmente mediante turbinas de vapor convencionales y plantas de ciclo binario. Las turbinas de vapor convencionales, requieren fluidos a temperaturas de a lo menos 150°C y están disponibles con descarga atmosférica o bien con descarga de condensación. Las turbinas con escape atmosférico son más simples y de menor costo. Las turbinas de descarga atmosférica son inmensamente útiles como plantas pilotos, plantas portátiles en el caso de pequeños abastecimientos desde pozos aislados. Ellas son útiles también cuando el vapor tiene un alto contenido de gases no condensables. Las unidades de descarga atmosférica pueden ser construidas e instaladas muy rápido y puestas en operación en poco más de 13-14 meses desde la fecha que son ordenadas. Este tipo de máquinas esta usualmente disponible en tamaños pequeños (2,5 – 5MWe). Las unidades de condensación, como tienen más equipos auxiliares, son más complejas que las unidades de descarga atmosférica y como son de tamaños mayores requieren el doble del tiempo para su construcción e instalación. El consumo específico de vapor de las unidades de condensación es, sin embargo, cerca de la mitad de las unidades de descarga atmosférica. Las plantas de condensación de 55-60 MWe de capacidad son muy comunes, y recientemente se han construido e instalado plantas de 110 Mwe. Ver figura:

Esquema de una planta geotermoeléctrica de condensación. El flujo del fluido de alta temperatura está indicado en rojo y el agua fría en azul

La generación de electricidad a partir de fluidos de temperatura baja a media, ha tenido significativos progresos debido al mejoramiento logrado en la tecnología de fluidos binarios. Las plantas binarias utilizan un fluido secundario, usualmente de carácter orgánico (principalmente n-pentano), que tiene un bajo punto de ebullición y una alta presión de vapor a bajas temperaturas, en comparación con el vapor de agua. El fluido secundario es manejado según el ciclo convencional Rankine (ORC): el fluido geotermal entrega calor al fluido secundario a través de intercambiadores de calor, en los cuales éste fluido es calentado y vaporizado; el vapor producido acciona una turbina normal de flujo axial, posteriormente es enfriado y condensado, y el ciclo comienza nuevamente. Ver siguiente Figura:

Esquema de una planta geotermal binaria. El flujo del fluido geotermal está en rojo, el fluido secundario en verde y el agua fría en azul

Seleccionando un fluido secundario apropiado, el sistema binario puede diseñarse para utilizar fluidos geotermales con un rango de temperatura entre 85 y 170°C.

Usos directos del calor

El uso directo del calor es una de las formas más antiguas, versátiles y comunes de la utilización de la energía geotérmica. Las aplicaciones en baños, calefacción ambiental y distrital, en agricultura, acuicultura y algunos usos industriales constituyen las formas más conocidas de utilización, pero las bombas de calor son las más generalizadas (12,5% del total de la energía utilizada en el año 2000). En menor escala hay muchos otros tipos de utilización, siendo algunos de ellos poco usuales.

• Calefacción ambiental y distrital: ha tenido un gran desarrollo en los países de Europa Oriental, como también en Estados Unidos, China, Japón y Francia.
• Refrigeración: es una opción factible de utilizar geotermia mediante la adaptación de equipos de absorción.
• Aire acondicionado: Tanto la calefacción como el enfriamiento ha tenido una considerable expansión desde los años 1980, conjuntamente con la introducción y generalización del uso de las bombas de calor .
• Aplicaciones agrícolas: Los fluidos geotermales se utilizan mucho en la calefacción de cultivos a campo abierto e invernaderos.
• Granjas de animales: se pueden beneficiar en calidad y en cantidad con un acondicionamiento óptimo de su temperatura ambiente
• Acuicultura: es la crianza controlada de organismos acuáticos, actividades que actualmente esta adquiriendo importancia a nivel mundial, debido al aumento de la demanda.
• Aplicaciones industriales: Las diferentes formas posibles de utilización incluye procesos de calefacción, evaporación, secado, destilación, esterilización, lavado, descongelamiento y extracción de sales, entre otras.

Presente y futuro

La energía termal presente en el subsuelo es enorme. Un grupo de expertos ha estimado el potencial geotérmico de cada continente en términos de recursos de alta y baja temperatura (International Geothermal Association, 2001).

Si se explota correctamente, la energía geotérmica podría verdaderamente asumir un rol importante en el balance de energía de algunos países. En ciertas circunstancias, algunos recursos geotérmicos, son aptos para solucionar numerosos problemas locales y mejorar la calidad de vida de pequeñas comunidades aisladas.