Energia Geotérmica

El calor del interior de la tierra tiene suficiente potencial para convertirse en un recurso energético renovable del alta importancia

Una de las tecnologías de generación eléctrica que ha recibido mucha atención en los últimos años es el desarrollo de las centrales geotérmicas, las cuales utilizan el calor del interior de la tierra para producir electricidad. Debajo de la superficie terrestre, se alberga una fuente de energía que podríamos cuantificar de inagotable en la escala de consumo humano. El núcleo terrestre es una gran bola de Hierro y Nickel que arde a una temperatura cercana a los 5,700 °C. A medida que se perfora hacia el interior encontraremos que la temperatura aumentara gradualmente. En una zona idónea para la producción geotérmica, el calor aumentara a una razón promedio de 3°C cada 100m. No obstante, la distribución del calor debajo de la tierra no es uniforme en todo el globo terráqueo.

Los depósitos acuíferos acaparan el agua proveniente principalmente de las lluvias y el derretimiento de las nieves, las cuales generalmente se aposan a varios kilómetros de profundidad sobre una capa rocosa e impermeable. Cuando la profundidad es adecuada se produce suficiente calor para que el agua subterránea se convierta en vapor y este emane hacia la superficie. Entoces se puede obtener una columna de vapor que sube varios kilómetros hasta la superficie para accionar directamente una turbina o bien calentar agua para generar el vapor en un circuito separado.

Los primeros ensayos de generación de electricidad por medios geotérmicos datan de principios del siglo XX, cuando en 1911 se construyó la primera central geotérmica en Larderello, Italia, por una iniciativa del Piero Ginori Conti, principe de Trevignano. La ciudad de Larderello posee condiciones excepcionales para la generación de electricidad, debido a su actividad volcánica y la relativa poca profundidad de sus acuíferos. Esto permite que allí se genere vapor por encima de los 200°C. En Larderello existen unas 34 plantas de generación y una potencia combinada de 769MW. Esto representa el aprox. el 10% de la energía geotérmica que se produce en el mundo.

Hasta la segunda parte del siglo XX, el desarrollo de la industria geotérmica fue un tanto modesto y se limitó a zonas de baja perforación. En cambio, las últimas décadas han traído consigo nuevas necesidades climáticas, lo que ha hecho ver la energía geotérmica como una opción ecológicamente sostenible. El potencial de esta fuente energética es, al menos en teoría, colosal. Según el USUCS la cantidad de calor contenida a 10,000m debajo de la superficie es unas 50,000 veces mayor que la contenida en todo el petróleo y gas del mundo. Sin embargo, al igual que sucede con otros recursos energéticos “sub-utilizados”, la tecnología actual no es lo suficientemente avanzada para que aquella sea aprovechada de forma más extensa.
Idealmente, encontrar un emplazamiento adecuado para generar electricidad requiere de reservorios acuíferos que, se encuentren cercanos a la superficie terrestre y que tengan el suficiente potencial térmico para generar vapor o expulsar agua caliente. Aproximadamente, solo un 10% de la superficie terrestre resulta aceptable para la instalación de plantas geotérmicas con las tecnologías que se emplean actualmente. Gran parte de los países en donde actualmente se produce energía geotérmica del mundo se encuentran en la trayectoria geográfica que limita el llamado cinturón de fuego, pues en esas zonas se requiere una perforación menor. Los principales productores a nivel mundial son EE.UU. y Filipinas con 3450 y 1870MW respectivamente. En Latinoamérica encontramos que México, Costa Rica y Nicaragua disponen de centrales.

Si se evalúa el ciclo de funcionamiento de una planta geotérmica encontraremos que esta es extremadamente simple, comparado con el de una central termoeléctrica convencional. Esto se debe al hecho de que la primera no requiere combustible ni calderas para producir el vapor. Los costos asociados a su operación resultan bastante competitivos aunque la inversión inicial es considerable y tiende a ser costosa principalmente por la perforación, ya que requiere taladrado de alta tecnología. Un pozo geotérmico rara vez tiene una profundidad mayor a 3000m, por razones económicas.

Una central geotérmica tendrá al menos dos pozos uno eyector y otro inyector. El primero es por donde se extrae el vapor desde el interior de la tierra y el segundo sirve para retornar el agua. Esta última juega un papel muy importante en el rendimiento de la perforación. Si los recursos acuíferos merman así mismo lo hará el flujo de vapor que se extraiga. El agotamiento de las aguas subterráneas es un grave problema que debe enfrentar la explotación geotérmica. Algunas plantas que tienen ya décadas de operación han requerido la instalación de un sistema de inyección de agua para poder sustentar el ciclo. Tal es el caso del complejo energético de Geysers en California, el cual tiene una capacidad instalada de 1,517MW y alimenta sus pozos de producción, desde hace ya varios años, con las aguas tratadas provenientes de dos comunidades vecinas.

Tipos de Centrales

Dependiendo del diseño podemos tener plantas geotérmicas de
Vapor seco, en las cuales se utiliza directamente el vapor extraído del pozo para accionar directamente la turbina.
Destello, en las cuales más que vapor se extrae agua caliente. De esta luego se separa el vapor que accionara la turbina.
Ciclo binario, las cuales utilizan el agua extraída para calentar un circuito secundario que se encargara de producir vapor.

Las centrales de vapor seco no son totalmente “verdes” dado que emiten una pequeña fracción de gases de efecto invernadero contenidos en el vapor, esto debido a las fugas inevitables durante el proceso condensación del vapor. Cuando se utiliza la energía térmica para producir vapor adicional entonces el flujo que se extrae es el mismo que se inyecta. Generalmente la temperatura a la que es extraído el vapor supera los 100 °C. Esquemas modernos han logrado producir vapor con líquidos de menor punto de ebullición que el agua. Así ha sido posible producir vapor con 57 °C. Esto permite varias mejoras en el ciclo de uso del calor, entre ellas una mayor eficiencia y una menor profundidad del pozo. La eficiencia promedio de las centrales geotérmicas es de un 8-10% debido a la baja temperatura a que es obtenido el vapor en comparación con el vapor que genera una caldera convencional.

Los principales riesgos medioambientales asociados con la explotación de centrales geotérmicas son la actividad sísmica y la contaminación de aguas subterráneas. Se han registrados mini terremotos vinculados directamente a la explotación en algunos lugares. Por otro lado existe el riesgo de que el agua que retorne a los acuíferos se encuentra contaminada debido el ciclo de producción de energía.

Actualmente se vislumbra la utilización de pozos petroleros agotados como infraestructura para producir energía geotérmica y tener así que evitar la costosa perforación. Las cavidades serian hidratadas con agua para poder generar el vapor. Otra opción que existe para maximizar la producción de los pozos es la de incrementar el tamaño de los reservorios por medio de la fractura de la roca que los contiene. Esquemas más ambiciosos contemplan el funcionamiento combinado de pozos geotérmicos y centrales de generación convencionales.

En principio la energía geotérmica plantea un escenario favorable sin embargo, las proyecciones futuras acerca de su utilización a gran escala son bastante reservadas. La incertidumbre asociada a la tecnología necesaria para explotar de forma sostenible pozos geotérmicos mayores a 3,000 m es un factor a considerar. Por otro lado, la perforación de pozos profundos es todavía un proceso no muy difundido comercialmente y que utiliza tecnología exclusiva. Sin embargo, no cabe duda de que la naturaleza nos sigue ofreciendo formas rebosantes de energía. Nos queda simplemente encontrar la manera de aprovecharlas.

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