Energia geotermica

1. LA ENERGÍA GEOTÉRMICA
ENRIQUE ORCHE
E.T.S. INGENIEROS DE MINAS
UNIVERSIDAD DE VIGO

2. ENERGÍA GEOTÉRMICA: ENERGÍA CALORÍFICA
CONTENIDA EN EL INTERIOR DE LA TIERRA
FLUJO DE CALOR 60 mW/m2
GRADIENTE GEOTÉRMICO
ORIGEN: INTERNO
46% de la energía solar
pero también EXTERNO
2

3. 3

4. MANIFESTACIONES DEL CALOR
4

5. 2ºC/100 m
EFECTO
SOLAR
GRADIENTE
GEOTÉRMICO
MANIFESTACIÓN
DEL CALOR:
VARIACIÓN DE
TEMPERATURA
EN SONDEOS
5

6. ¿DÓNDE SE PUEDE ENCONTRAR ESTE CALOR?
EL SUPERFICIAL, EN CUALQUIER PARTE EMERGIDA DEL PLANETA
ANOMALÍAS DE TEMPERATURA (ºC)
6

7. EL INTERNO, EN CUALQUIER PARTE DEL INTERIOR DE LA TIERRA
TEMPERATURA A 5.000 m DE PROFUNDIDAD 7

8. ZONAS GEOLÓGICAMENTE INESTABLES DE LA CORTEZA TERRESTRE 8

9. DORSALES OCEÁNICAS
Zonas de separación de placas en las que se genera continuamente corteza a
partir de magmas ascendentes. Islandia, Islas Azores
ZONAS DE SUBDUCCIÓN
Zonas de colisión de placas, con fusión de la corteza y generación de magma.
Costas sudamericana y asiática del Océano Pacífico
Zonas en las que se producen adelgazamientos de la corteza con salida de magma.
Fosa del Rin, Valle del Gran Rift de África Oriental
ZONAS DE ACTIVIDAD DISTENSIVA INTRAPLACA
Focos de calor concentrado que tienen una posición determinada en el manto que
no varía con el movimiento de las placas. Islas Hawai y Parque Nacional de
Yellowstone en Estados Unidos.
PUNTOS CALIENTES INTRAPLACA

10. ZONAS CON FLUJO DE CALOR
IRREGULAR
10

11. YACIMIENTOS GEOTÉRMICOS DE ALTA TEMPERATURA

12. Recursos base accesibles (corteza continental de 5 km
de espesor, técnicamente extraíbles con la tecnología actual) 1,4·1026 J
Recursos base útiles (recursos base accesibles en los 3 km
más superficiales) 6,0·1023 J
Recursos geotérmicos (recursos base útiles explotables en
los próximos 40-50 años) 5,0·1021 J
Reservas geotérmicas (recursos geotérmicos económicamente
explotables en los próximos 10-20 años) 5,0·1020 J
Reservas geotérmicas aptas para producir electricidad
(T>150ºC, 30%) 1,7·1020 J
Reservas geotérmicas aptas para aprovechamiento de calor y
producción eléctrica con ciclo binario (resto) 3,3·1020 J
INMENSO POTENCIAL
ESTIMACIÓN DE LOS RECURSOS Y RESERVAS GEOTÉRMICOS
12

13. CALOR PARA PRODUCCIÓN ENERGÍA ELÉCTRICA GEOTÉRMICA: 1,8·1017 J
RESERVAS GEOTÉRMICAS APTAS PARA PRODUCIR ELECTRICIDAD: 1,7·1020 J
DURACIÓN: 944 AÑOS
DURACIÓN DE LAS RESERVAS AL RITMO ACTUAL
CALOR PARA USO DIRECTO + CICLOS BINARIOS: 1,9·1017 J
RESERVAS APTAS PARA PRODUCIR CALOR + CICLOS BINARIOS : 3,3·1020 J
DURACIÓN: 1.737 AÑOS
13

14. A) CALOR DEL AGUA SUBTERRÁNEA
T. ALTA T. BAJA T. MUY BAJA
> 150ºC 30-100ºC < 30ºC
PRODUCCIÓN DE
ELECTRICIDAD
APROVECHAMIENTO
DEL CALOR
B) CALOR DEL TERRENO SECO
(EN INVESTIGACIÓN)
T. MEDIA
100-150ºC
CICLO BINARIO BOMBA DE CALORINTERCAMBIADOR
UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA
14

15. USOS DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA

16. APLICACIÓN
PORCENTAJE RESPECTO
ENERGÍA GEOTÉRMICA TOTAL (%)
Generación eléctrica 48
Utilización directa del calor
Servicios y uso residencial
Sector industrial
Calefacción invernaderos
Piscifactorías
Otros
52
33
19
7
6
6
TOTAL 100
PORCENTAJES DE UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA
16

17. PAÍS
POTENCIA INSTALADA (MW)
1990 1995 2000 2005 2007 2010(*)
Alemania
Argentina
Australia
Austria
China
Costa Rica
EE.UU
El Salvador
Etiopía
Filipinas
Francia (Guadalupe)
Guatemala
Indonesia
Islandia
Italia
Japón
Kenia
Méjico
Nicaragua
Nueva Zelanda
Papúa Nueva Guinea
Portugal (Azores)
Rusia (Kamchatka)
Tailandia
Turquía
TOTAL
0,0
0,7
0,0
0,0
19,2
0,0
2.774,6
95,0
0,0
891,0
4,2
0,0
144,8
44,6
545,0
214,6
45,0
700,0
35,0
283,2
0,0
3,0
11,0
0,3
20,6
5.831,1
0,0
0,7
0,2
0,0
28,8
55,0
2.816,7
105,0
0,0
1.227,0
4,2
33,4
309,8
50,0
631,7
413,7
45,0
753,0
70,0
286,0
0,0
5,0
11,0
0,3
20,4
6.866,1
0,0
0,0
0,2
0,0
29,2
142,5
2.228,0
161,0
7,3
1.909,0
4,2
33,4
589,5
170,0
785,0
546,9
45,0
755,0
70,0
437,0
0,0
16,0
23,0
0,3
20,4
7.972,9
0,2
0,0
0,2
1,1
27,8
163,0
2.544,0
151,0
7,0
1.930,0
14,7
33,0
797,0
202,0
790,0
535,0
129,0
953,0
77,0
435,0
6,0
16,0
79,0
0,3
20,4
8.932,6
7,4
0,0
0,2
1,1
27,8
162,5
2.923,5
204,2
7,3
1969,7
14,7
53,0
992,0
421,2
810,5
535,2
128,8
953,0
87,4
471,6
56,0
23,0
79,0
0,3
38,0
9.967,4
6,6
0,0
1,1
1,4
24,0
166,0
3.093,0
204,0
7,3
1.904,0
16,0
52,0
1.197,0
573,0
843,0
536,0
167,0
958,0
88,0
628,0
56,0
28,0
82,0
0,3
82,0
10.713,7
POTENCIA INSTALADA PARA PRODUCCIÓN ELÉCTRICA, POR PAÍSES
(*) Estimación

18. PAÍS
% DE LA ENERGÍA NACIONAL
DE ORIGEN GEOTÉRMICO
2000 2004
Filipinas 22 19
El Salvador 20 22
Nicaragua 17 10
Islandia 15 17
Costa Rica 10 15
Kenia 8 19
Nueva Zelanda 6 7
Indonesia 5 7
PAÍSES CON UN 5% O MÁS DE ENERGÍA ELÉCTRICA TOTAL
DE ORIGEN GEOTÉRMICO. AÑOS 2000 Y 2004
18

19. UTILIZACIÓN
PORCENTAJE (%)
2004 2009
Bombas de calor geotérmicas
Calentamiento de piscinas
Calefacción de ambientes
Calefacción de invernaderos
Usos industriales
Acuicultura
Fusión de nieve
Secado en agricultura
Otros
TOTAL
32,0
30,4
20,2
7,6
4,0
4,0
0,7
0,7
0,4
100,0
49,0
24,9
14,4
5,3
2,7
2,6
0,5
0,4
0,2
100,0
USOS DIRECTOS DEL CALOR
19

20. LA GEOTERMIA SE PLANTEA COMO UNA OPCIÓN CON FUERTE IMPULSO Y
ELEVADAS GARANTÍAS, LO QUE RESULTA MUY NOVEDOSO Y POSITIVO
MARZO 2007 Consejo Europeo
AÑO 2020 OBLIGADO 20% ENERGÍA RENOVABLE EN EL
CONSUMO TOTAL DE ENERGÍA
FAVORECE A LA GEOTERMIA:
SITUACIÓN DE CRISIS ENERGÉTICA
EXIGENCIA PARA REDUCIR EMISIONES DE GAS EFECTO INVERNADERO
INMENSOS RECURSOS DE CALOR
FUTURO DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA
20

21. DESARROLLO FUTURO DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA EN LA UNIÓN EUROPEA.
PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA
Documento visión de la European Geothermal Energy Council
Objetivo 2020: Establecer la base de la industria geotérmica europea
- Desarrollar los recursos hidrotermales de Europa
- Expandir el concepto de EGS y de los ciclos binarios
- Establecer las bases de un modelo europeo de centrales eléctricas bien
integradas en el medio ambiente
- Lanzamiento de programas de investigación del subsuelo
- Mantener el liderazgo en el desarrollo de la industria geotérmica del futuro
Objetivo 2030: Geotermia como fuente de electricidad competitiva
- Disminuir los costes de las centrales EGS
- Poner en marcha programas de construcción masivos para reemplazar las
centrales de combustibles fósiles
- Transferir la tecnología EGS fuera de Europa
- Desarrollar tecnologías para la explotación de los fluidos y temperaturas
supercríticos (350-600ºC), y comenzar la explotación de los almacenes
submarinos
Objetivo 2050: Geotermia produce una parte sustancial del suministro base de
electricidad
- Desarrollo de EGS por todo el mundo a un coste competitivo 21

22. Objetivo 2020
- Uso directo. Construcción de nuevas redes de climatización de distrito, optimización de las
existentes y desarrollo de nuevas e innovadoras aplicaciones en el transporte, la industria y la
agricultura
- Cogeneración geotérmica con proyectos combinados de plantas de calor y de producción
eléctrica de baja entalpía con aprovechamientos EGS
- Bombas de calor. Desarrollo del mercado de la climatización con bombas de calor
Objetivo 2030
- Incremento de la producción de calor geotérmico para uso directo que multiplica por 7 (opción
conservadora) o por 15 (opción optimista) la producción de 2010
- Las bombas de calor estarán firmemente establecidas en la Unión Europea,
- Presencia notable en las aplicaciones agrícolas (invernaderos) y en los procesos industriales
- Cogeneración con EGS permitirá desarrollar nuevos sistemas de calefacción de distrito para
densas áreas urbanas
Objetivo 2050
- Los sistemas geotérmicos combinados de climatización para viviendas y barriadas serán
viables y económicos en cualquier lugar de Europa
DESARROLLO FUTURO DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA EN LA UNIÓN EUROPEA.
USO DIRECTO DEL CALOR
Documento visión 2020-2030 de la European Technology Platform
22

23. UTILIZACIÓN GEOTÉRMICA 2007 2010 2020 2030
Uso térmico directo (MW) 15.000 20.000 40.000 60.000
Generación de electricidad (MW)
Convencional
Ciclos binarios
EGS
830
815
15
0
1.000
920
70
10
6.000
1.200
300
4.500
POTENCIA GEOTÉRMICA INSTALADA EN LA UE 27 (ACTUAL Y PREVISIÓN)
23

24. a) Yacimientos en rocas permeables en los que el fluido geotérmico es agua o vapor de agua:
En función de la temperatura del fluido geotérmico:
· Alta temperatura (T>150ºC):
- Campos de vapor dominante. Campos de vapor seco.
- Campos de líquido dominante. Campos de vapor húmedo.
· Media temperatura (100ºC<T<150ºC).
· Baja temperatura (30ºC<T<100ºC).
· Muy baja temperatura (T<30ºC).
En función de la presión del fluido geotérmico:
· Geopresurizados (P = 600-900 atm, temperatura la de gradiente normal).
b) Yacimientos en rocas impermeables o secas (sin fluido geotérmico natural):
· Alta temperatura (250ºC<T<300ºC).
- Roca caliente seca (HDR) o Sistemas geotérmicos estimulados (EGS).
· Muy baja temperatura (T<30ºC).
c) Yacimientos especiales:
· Sistemas marinos (T~300ºC)
· Sistemas magmáticos (T~800ºC)
INV
INV metano
24

25. CAMPOS DE MUY BAJA TEMPERATURA (T<30ºC)
APROVECHAMIENTO DE CALOR MEDIANTE BOMBA DE CALOR
CAMPOS DE ALTA TEMPERATURA (T>150ºC)
CAMPOS DE VAPOR SECO
PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN CICLO DIRECTO
SIN CONDENSACIÓN
CON CONDENSACIÓN
CAMPOS DE VAPOR HÚMEDO.
PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA MEDIANTE EXPANSIÓN SÚBITA (FLASH)
EN UNA ETAPA
EN VARIAS ETAPAS
CAMPOS DE MEDIA TEMPERATURA (100ºC<T<150ºC)
PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA MEDIANTE CICLO BINARIO (T↑)
APROVECHAMIENTO DE CALOR MEDIANTE INTERCAMBIADORES
CAMPOS DE BAJA TEMPERATURA (30ºC<T<100ºC)
APROVECHAMIENTO DE CALOR MEDIANTE INTERCAMBIADORES
UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA

26. ALTA TEMPERATURA (150-300ºC)
26
CENTRAL THE GEYSERS DE VAPOR SECO (EE.UU)

27. ALTA TEMPERATURA (150-300ºC)
CENTRAL CON EXPANSIÓN SÚBITA (FLASH)
EN UNA ETAPA ( MESA, EE.UU)

28. MEDIA TEMPERATURA (100-150ºC)
CENTRAL WENDELL-AMADEE DE
CICLO BINARIO (ESTADOS UNIDOS)
CENTRAL GRANJA EMPIRE DE CICLO
BINARIO (3,6 MW) (ESTADOS UNIDOS)

29. CONCEPTO
VAPOR
SECO
FLASH
SIMPLE
DOBLE
FLASH
TRIPLE
FLASH
CICLO
BINARIO
OTROS
TOTAL/
MEDIO
% Unidades
(Total 500 aprox.)
17 29 10 0,2 39 5 100
% MW instalados
(Total 8.700 aprox.)
23 45 24 0,1 4 4 100
Potencia media
(MW/central)
22 25 38 10 2 14 17
DISTRIBUCIÓN DE LAS CENTRALES GEOTÉRMICAS POR TECNOLOGÍA
29

30. MEDIA-BAJA TEMPERATURA (30-130ºC)
POLIDEPORTIVO LOS REMEDIOS (ORENSE)

31. TERMAS DE CHAVASQUEIRA (ORENSE)
BAJA TEMPERATURA (30-100ºC)
31

32. MUY BAJA TEMPERATURA (T<30ºC)
SISTEMA ABIERTO
SISTEMAS CERRADOS
32

33. CAMPOS GEOPRESURIZADOS
PLANTA PILOTO DE PLEASANT BAYOU
(TEJAS, EE.UU)
33

34. ROCA CALIENTE SECA (HDR)-SISTEMAS GEOTÉRMICOS ESTIMULADOS (EGS)
PLANTA PILOTO DE SOULTZ (FRANCIA)
34

35. ¿?
SISTEMAS MARINOS
35

36. LACOLITO
CÁMARA
MAGMÁTICA
CHIMENEA
VOLCÁNICA
VOLCÁN
SILL
SILL
CHIMENEA VOLCÁNICA CON
DIQUES RADIALESDIQUE
COLADA DE LAVA
PIROCLASTOS
SISTEMAS MAGMÁTICOS
36

37. UTILIZACIÓN EN CASCADA
37

38. PROYECTO TIPO
20 MW
Flash
20 MW
Ciclo binario
10 MW
EGS
Temperatura (ºC) 220-250 150-180 100-150
Profundidad pozos (m) 2.500 3.600 4.000
Capacidad neta de la central (MW) 18,8 16 7
Factor de capacidad (%) 95 90 90
Producción en la red (GWh) 156 126 55
Duración del desarrollo de la central (años) 5 5 5
INVERSIÓN (M€) 72 129 106
INVERSIÓN (M€/MW) 3,8 8,1 15,1
ESTIMACIÓN DE INVERSIONES EN CENTRALES GEOTÉRMICAS EN ESPAÑA (2010)
Fuente. Hidalgo (2010).
EUROPEAN GEOTHERMAL ENERGY COUNCIL (EGEC) prevé que entre 2008 y 2020 se
invertirán en la UE-27 6.400 M€ en centrales eléctricas.
38

39. TIPO DE CENTRAL COSTE (US$ de 2008/MWh)
Carbón
Convencional
Avanzada
Avanzada con captura de CO2
100,4
110,5
129,3
Gas natural
Ciclo combinado convencional
Ciclo combinado avanzado
Ciclo combinado con captura de CO2
83,1
79,3
113,3
Nuclear avanzada 119,0
Eólica
Terrestre
Marina
149,3
191,1
Solar
Térmica
Fotovoltaica
256,6
396,1
Biomasa 111,0
Hidroeléctrica 119,9
GEOTÉRMICA 115,7
Fuente: Departamento de Energía de EE.UU (2009). Sin subvenciones.
COSTE DEL MWh EN NUEVAS PLANTAS DE EE.UU CON ENTRADA EN SERVICIO EN 2016
39

40. TIPO DE CENTRAL COSTE (€/kWh)
EGS
Vapor seco
Flash
Ciclo binario (ORC)
0,20-0,30
0,05
0,08
0,10
COSTES TOTALES DEL KWh PRODUCIDO EN 2010 SEGÚN
EUROPEAN GEOTHERMAL ENERGY COUNCIL (EGEC)
CONCEPTO
(%) DEL
COSTE
Operación
Mantenimiento
SUBTOTAL
Amortización
Gastos financieros
SUBTOTAL
TOTAL
20
10
30
63
7
70
100
DESGLOSE PORCENTUAL DEL COSTE ANUAL DE UNA CENTRAL GEOTÉRMICA
40

41. TIPO DE APROVECHAMIENTO INVERSIÓN
Calefacción de distrito
Almacenamiento subterráneo de calor
Bomba de calor pequeña (10 kW). Sistema cerrado
Bomba de calor grande (100 kW). Sistema abierto
1.000.000 €/MW
100.000 - 150.000 €/MW
1.000 - 3.000 €/kW
500 - 800 €/kW
INVERSIÓN EN APROVECHAMIENTOS DIRECTOS DEL CALOR EN 2009 SEGÚN
EUROPEAN GEOTHERMAL ENERGY COUNCIL (EGEC)
COSTES MEDIOS DEL APROVECHAMIENTO DIRECTO DEL CALOR EN 2009 SEGÚN
EUROPEAN GEOTHERMAL ENERGY COUNCIL (EGEC)
TIPO DE APROVECHAMIENTO COSTE (€/kWh)
Calefacción de distrito
Almacenamiento subterráneo de calor
Bomba de calor pequeña (10 kW)
Bomba de calor grande (100 kW)
0,05
0,025
0,10
0,06
EUROPEAN GEOTHERMAL ENERGY COUNCIL (EGEC) prevé que entre 2008 y 2020 se invertirán
en la UE-27 31.000 M€ en usos directos de calor. En total, junto con la inversión en centrales, las
inversiones suman 37.400 M€.
41

42. 42
MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN