Energía geotérmica

Desde un punto de vista energético, la Tierra no funciona como un cuerpo inerte sino que constituye un sistema activo que intercambia energía con el medio que la rodea, y una parte de importante de esa energía se transmite en forma de calor. Desde un punto de vista técnico, a la energía geotérmica es aquella que se encuentra almacenada en forma de calor por debajo de la superficie sólida de nuestro planeta.

El término geotermia hace referencia a la energía térmica producida en el interior de la Tierra, por lo que se trata de una fuente de energía inagotable en la práctica por lo que, si se gestionan de una manera adecuada, los yacimientos geotérmicos pueden producir energía útil para el hombre de modo indefinido. Al contrario que la mayoría de las fuentes de energía renovable no depende directa o indirectamente del sol, y se viene usando desde hace miles de años, un ejemplo de ello son los baños termales.

El calor contenido en el subsuelo es demasiado difuso para ser extraído directamente de forma útil, y es necesario utilizar un fluido (normalmente agua) para transportarlo hacia la superficie de manera concentrada. Esto se puede hacer por medio de sondeos, sondas geotérmicas, colectores horizontales o mediante intercambiadores de calor tierra-aire enterrados a poca profundidad.

El fluido geotermal que sale a la superficie podrá utilizarse directamente (o mediante el uso de intercambiadores de calor o bombas de calor) para la producción de energía térmica, o para la producción de energía eléctrica si tiene suficiente potencia térmica. Debido a esto se diferencian dos tipos principales de energía geotérmica:

1. Energía geotérmica de baja temperatura: se trata de la utilización directa o inmediata de esta fuente de energía, y sus usos engloban desde la producción de agua caliente sanitaria (ACS) hasta su aprovechamiento para calefacción y refrigeración por medio de las diferentes tecnologías que se han desarrollado hasta la fecha. Así, esa agua caliente puede ser utilizada en multitud de aplicaciones como para la climatización de edificios y viviendas, en piscinas cubiertas y baños termales, para la fabricación de productos industriales, para la recuperación de metales, en acuicultura o piscifactorías, para calefactar invernaderos y secar cosechas…

Las instalaciones geotérmicas de baja temperatura funcionan básicamente extrayendo el calor del subsuelo terrestre para calentar un fluido que puede ser directamente agua u otro más adecuado para captar y transmitir calor más eficientemente. La capacidad del subsuelo para mantener una temperatura constante a lo largo de todo el año, permite que en los meses de calor estos sistemas puedan ser utilizados en sentido contrario, refrigerando el edificio o vivienda en el que se hayan instalado.

Véanse a continuación los principales componentes de una instalación geotérmica de baja temperatura:

a. Intercambiador de calor: por medio de un fluido caloportante, este elemento conduce el calor desde el subsuelo a la superficie (calefacción) o en sentido inverso (refrigeración).

b. Evaporador: en este punto, el fluido caloportante transfiere esa energía a un fluido frigorífico, que se evapora, volviendo el primero al subsuelo.

c. Compresor: comprime el vapor elevando su temperatura.

d. Condensador: en este punto, el fluido frigorífico en estado gaseoso transfiere el calor al fluido del circuito de calefacción (generalmente agua) y vuelve al estado líquido.

e. Sistema de distribución de calor: es el encargado de ceder finalmente el calor al agua destinada a consumo o al habitáculo que se desea calentar, o enfriar (si el funcionamiento es a la inversa con el propósito de refrigerar).

f. Válvula de expansión: disminuye la presión sobre el líquido frigorífico y, si es de doble sentido, permite cambiar la dirección de funcionamiento del sistema (modo refrigeración) evacuando el calor al subsuelo que se encuentra a menor temperatura.

Al conjunto se le conoce como bomba de calor geotérmica, y se trata así de un circuito cerrado estanco por el que circulan una serie de fluidos que al cambiar de temperatura y estado, a su paso por los diferentes elementos vistos con anterioridad, permiten calentar agua para uso sanitario o controlar la temperatura de un habitáculo determinado.

 

2. Energía geotérmica de alta temperatura: tiene como fin último la producción de energía eléctrica a partir del calor del subsuelo. Pero se va a necesitar alcanzar una temperatura suficiente como para producir vapor de agua a gran presión que alimente una turbina de dimensiones adecuadas para la generación de electricidad. Será además imprescindible que el caudal proporcionado por el yacimiento geotérmico sea continuo y constante.

Según la temperatura y el estado del fluido (gas o líquido), existen fundamentalmente cuatro tipos de centrales geotérmicas:

a. Central de vapor seco: explota yacimientos geotermales de alta temperatura y es la primera tipología de planta que aparece en el mercado eléctrico. Aprovecha directamente el vapor generado en depósitos subterráneos, que es entubado ya desde el pozo de producción (o de extracción) para alimentar una o varias turbinas a su vez conectadas a un generador eléctrico. El exceso de vapor se condesa en forma de agua líquida, y es devuelta al depósito subterráneo mediante un pozo de inyección. Estas plantas generan vapor de agua y una pequeña cantidad de otros gases. El campo de vapor seco más grande del mundo está en San Francisco, se llama The Geysers y está a unos 150 km al norte de la ciudad.

b. Central flash: extrae la energía de recursos geotérmicos de media y alta temperatura, en un rango que va desde los 130º C a los 330º C, y el agua se mantiene en fase líquida debido a las altas presiones a las que está sometida, lo que hace que su punto de vaporización suba notablemente. Se separa de las sales y otras sustancias de arrastre (que son devueltas a la reserva subterránea), su fase gaseosa es enviada a las turbinas y la fase líquida se separa y se bombea a alta presión a través del pozo de de producción o de extracción hasta un tanque separador (tanque flash) donde, ya a presión atmosférica, el fluido se convierte inmediatamente en vapor. Este vapor posteriormente hace girar las turbinas, y el vapor sobrante se condensa en las torres y lagunas, para posteriormente ser devuelto al depósito subterráneo por medio del pozo de inyección. Esta es la planta de energía geotermoeléctrica más frecuente en la actualidad.

c. Central binaria:estas plantas son capaces de generar electricidad con reservas geotermales de media temperatura (de 110 a 160º C) y con fluidos geotermales muy salinos (salmueras), y tienen la particularidad de que en ellas el fluido (agua o vapor) nunca entra en contacto con las turbinas. En estos sistemas el agua geotérmica pasa por un intercambiador de calor cediendo su energía térmica a un segundo líquido (freón) que hierve a temperaturas más bajas que el agua. Al calentarse, este líquido binario se convierte en vapor y mueve las hélices de las turbinas, tras lo cual es de nuevo recondensado, convertido en líquido, y utilizado repetidas veces en un circuito cerrado. Por su parte, el fluido hidrotermal utilizado es conducido de vuelta a la reserva subterránea mediante un pozo de inyección. Se trata de la tipología de planta con más futuro y al ser un ciclo cerrado no se producen emisiones a la atmósfera.

d. Central de roca caliente: se diferencia del resto en que de manera natural no hay fluido portador de calor ni materiales permeables, ambos factores son introducidos artificialmente por el hombre. Se bombea agua o fluido a presión hacia el subsuelo, por un pozo de inyección perforado hasta la zona de roca caliente (a profundidades entre 4,8 y 8 kilómetros es posible hallar roca seca caliente en casi cualquier lugar del mundo, incluso en algunas áreas se hallan más cerca de la superficie). El agua viaja a través de fracturas en la roca capturando el calor de la misma, donde alcanza temperaturas muy elevadas y es forzada a un segundo pozo de producción. Al salir del mismo se evapora y alimenta directamente una turbina, o un sistema binario, para producir electricidad. El agua se enfría, se condensa y se devuelve nuevamente al terreno, y el ciclo vuelve a comenzar.