Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y · PDF fileLas aguas termales y los balnearios Larderello (Italia), 1904: primera experiencia de ... • Captación de aguas subterráneas,

Celestino García de la Noceda MárquezInstituto Geológico y Minero de España

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Girona, 13 de diciembre de 2011

Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas

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GEOLO-MUN 2011 APROFITAMENT ENERGÈTIC DE LA GEOTÈRMIA DE BAIXA TEMPERATURA Girona, 13 de desembre de 2011


El problema energético-ambiental:

• El efecto invernadero y el calentamiento global

• Las dificultades de abastecimiento energético.

• Los efectos socio-políticos de la dependencia energética. Dependencia de suministro y dependencia tecnológica

• Las estrategias contra los efectos del cambio climático

• Los compromisos y voluntades de apoyo a fuentes de energía autóctonas y renovables

El contexto:



Geoter…mi…… ¿qué?……

geo térmica

El calor de la tierra



Las aguas termales y los balnearios

Larderello (Italia), 1904: primera experiencia de producción de electricidad

El hombre primitivo: las cavernas

Aprovechar el calor de la tierra:



El calor del globo:

> 5000 °C

> 3000 °C

> 1000 °C

~ 30 °C/km

> 5000 °C

> 3000 °C

> 1000 °C

~ 30 °C/km

la energía calorífica contenida en el interior de la Tierra

Flujo y gradiente geotérmico:



Cobertera

Almacén permeable

Base impermeable

Foco de calor

La geotermia clásica:



Tipos de yacimientos geotérmicos:

Tipo de yacimiento Rangos de temperatura Uso principal

Almacenes sedimentarios

profundosBaja entalpía (temperatura)

Zonas intramontañosas

o volcánicas

< 100º C Usos directos

Media entalpía (temperatura) 100º C < T < 150º C Electricidad ciclos binarios

Uso combinado

Alta entalpía (temperatura) > 150º C Electricidad

Recursos geotérmicos convencionales. Sistemas hidrogeotérmicos



Yacimientos geotérmicos de baja entalpía: uso directo del calor –calefacción

Yacimientos geotérmicos de alta entalpía: producción de electricidad

El aprovechamiento de los recursos geotérmicos



Yacimientos geotérmicos de baja entalpía: uso directo del calor – calefacción (1)

Curva de demanda












Yacimientos geotérmicos de media y alta entalpía: producción de electricidad (1)




El valor estratégico






Tipos de plantas geotérmoeléctricas:- Plantas de vapor seco

+ Ciclo directo sin condensación

- Plantas flash

- Plantas binarias

+ Ciclo directo con condensación

+ Ciclo indirecto con condensación y recuperación de aguas mineralizadas

+ Simple flash

+ Doble flash

+ ORC

+ Kalina



Producción electrica de origen geotérmico en 2004Principales países productores (GWh/y)

USA 17.840Filipinas 9.419Méjico 6.282Indonesia 6.085Italia 5.340Japón 3.467Nueva Zelanda 2.774Islandia 1.406Costa Rica 1.145Kenya 1.088El Salvador 967



Inventario general de manifestaciones geotérmicas en el territorio nacional. 1975

Mapa de evaluación de las áreas de mayor interés geotérmico en España



Evaluación preliminar del potencial geotérmico (1984):

600.000 TEP/año



Los proyectos de investigación del IGME:



La difusión de la información:



Los resultados de la investigación (1):




profundos

Cuenca del Tajo: MadridCuenca del Duero: León, Burgos y ValladolidÁrea Prebética e Ibérica: Albacete y Cuenca

Baja temperatura


y volcánicas

Galicia: zonas de Orense y PontevedraDepresiones catalanas: Vallés, Penedés, La Selva y AmpurdánDepresiones internas de las Cordilleras Béticas: Granada, Guadix, Baza, Cartagena, Mula, MallorcaCanarias: isla de Gran Canaria

Media temperaturaCordilleras Béticas: Murcia, Almería, GranadaCataluña: Vallés, Penedés, La Selva y OlotGalicia: áreas de Orense y PontevedraPirineo Oriental: zona de Jaca-Sabiñánigo

Yacimientos geotérmicos

Alta temperatura Islas Canarias: Tenerife, Lanzarote y La Palma







Geotermia convencional

Rangos de temperatura Uso principal


profundosBaja temperatura


o volcánicas

< 100º C50-130º C Usos directos

Media temperatura100º C < T < 150º C120º C < T < 200º C130º C < T < 220º C

Electricidad ciclos binariosUso combinado

Alta temperatura> 150º C> 200º C> 220º C

Electricidad

Recursos geotérmicos convencionalesNuevos recursos y tecnologías geotérmicas



Nuevos recursos y tecnologías geotérmicas

Tecnología Almacenes geotérmicos Temperatura ºC Permeabilidad Uso

Muy bajaBomba de calor Muy baja

temperatura < 50Suficiente-alta

Usos directos

Baja temperatura 50-120 Suficiente - alta Usos directos

Media temperatura 120-200 Suficiente - alta Usos directos + electricidad

Geotermia convencional

Alta temperatura >200 Suficiente - alta Electricidad

Roca caliente seca HDR >200 Nula Electricidad

Sistemas geotérmicos

estimulados EGS

Diversas temperaturas Baja Electricidad

Usos directosNuevas tecnologías

Yacimientos supercríticos >350 Suficiente - alta Electricidad

Hidrógeno



Yacimientos de roca caliente seca:

(HDR)

Años 1970-73: La primera experiencia de HDR la lleva a cabo Los Alamos National Laboratoryat Fenton Hill, en el borde occidental de Valles Caldera en New Mexico.

Las primeras experiencias:

Año 1977: experiencia europea en Cornwall

Año 1980: experiencias en Hijiori, etc (Japón)

Año 1986: experiencia europea en Soultz



El desarrollo de una tecnología: EGSEnhanced Geothermal Systems

Engineered Geothermal Systems

Creación del yacimiento:





El informe del MIT (año 2006):• No es intermitente

• Alcanzable en casi todo el territorio

• Prácticamente sin impacto ambiental

• Tecnología disponible para producir grandes cantidades de energía eléctrica

• Costes competitivos en una generación



Tecnologías para el aprovechamiento de recursos geotérmicos de media entalpía:Tecnologías para el aprovechamiento de recursos geotérmicos de media entalpía y de sistemas geotérmicos estimulados:

Pruebas en Soultz. Julio 2005



Tecnologías para el aprovechamiento de recursos geotérmicos de media entalpía y de sistemas geotérmicos estimulados:

• Nuevos ciclos (Kalina, ...)• Mayores rendimientos• Menores temperaturas

Central binaria de Húsavík, al norte de Islandia.

Planta de demostración de 2 MW usando agua a 124ºC para producir electricidad.



Recursos geotérmicos someros (1):

• Propio subsuelo poco profundo• Acuíferos someros y otros (minas, túneles,…)

•uso de bomba de calor

•temperaturas estables debidas al calor geotérmico

•diferentes esquemas




• Propio subsuelo poco profundo: temperaturas estables debidas al calor geotérmico

Royal Edinburgh Observatory, media 1838-1854Datos de Everett, 1860Tomado de Sanner, proyecto Groundhit

Sondeo al sur de WetzlarTomado de Sanner

Tomado de Sanner




• Propio subsuelo poco profundo: diferentes esquemas

Esquemas verticales:

Esquemas horizontales:




Sistemas cerrados:

• Colectores en sondeos verticales o inclinados

• Colectores horizontales

• Cimentaciones termoactivas (pilotes, losas, pantallas)

Sistemas abiertos:

• Captación de aguas subterráneas, de minas o de drenajes de obras civiles

• Circulación de aire; pre-tratamiento térmico en sistemas de ventilación y renovación de aire




Almacenamiento de calor en el subsuelo o en acuíferos someros:

• Fuerte incremento de las necesidades de refrigeración

• La bomba de calor permite el uso reversible frío-calor



Recursos geotérmicos de muy baja entalpía (6):Intercambiadores tierra-aire en la renovación de aire:

pozos provenzales y técnicas emparentadas

Bioclimatizadores



Colectores:

Sistemas cerrados verticales:



Cimentaciones termoactivas:



Losa pilotada como inercambiador



El intercambiador geotérmico y la bomba de calor (1)

1 : Captador/Colector Geotérmico2 : Evaporador3 : Compresor 4 : Condensador5 : Suelo radiante6 : Válvula de expansión



Bomba de calor reversible:



Balance energético en la bomba de calor (1):

El COP:cociente entre la energía térmica cedida por el sistema y la energía de tipo convencional absorbida.

31

4

COP=4/1=4



Balance energético en la bomba de calor (2):



Instalaciones geotérmicas someras con bomba de calor: principales países



Crecimiento del sector gshp en Alemania:



Crecimiento de las energías renovables: previsiones de la calefacción y refrigeración para 2020 en la UE.



Sistemas geotérmicos

estimulados (EGS)

Tectónica activa

Geotermia ConvencionalZonas volcánicas activas y sistemas Hidrotermales activos asociados

Geotermia de muy baja Temperatura

Intercambio de calor a muy baja temperatura

Bombas de calor geotérmicas GHP

Calor de Distrito

Geotermia profunda de baja temperatura, uso directo (GDH)

Acuíferos profundos

Modificado de BRGM



Posibilidades de la energía geotérmica en España:En recursos de muy baja temperatura

Para viviendas unifamiliaresPara bloques de viviendas o edificios públicosClimatización (frío-calor) y a.c.s.Posibilidad de almacenamiento de calor

Amplia extensión en el territorio. En todo lugar

Demanda in-situ

Existen áreas mas favorables para utilizar un determinado esquema de aprovechamiento

Criterios técnico-económicos

La Geotermia somera:





Sistemas geotérmicos de baja temperatura asociados a cuencas sedimentarias profundas

En recursos de baja temperaturaPara bloques de viviendas (calor de distrito)

Las anomalías se deben a la presencia de “acuíferos profundos” cuyas aguas adquieren la temperatura conforme al gradiente geotérmico



Sistemas geotérmicos de baja temperatura asociados a cuencas sedimentarias profundas






En recursos convencionales de media y alta temperaturaProducción de electricidadCon posibles aplicaciones complementarias en

baja temperatura (usos directos del calor)



Sistemas geotérmicos de baja y media temperatura extendidos, asociados a materiales carbonatados



Sistemas geotérmicos de baja y media temperatura localizados, con zócalo fracturado






En recursos convencionales de media y alta temperaturaProducción de electricidadCon posibles aplicaciones complementarias en

baja temperatura (usos directos del calor)Con tecnología de EGS?



Sistemas petrotérmicos: sistemas geotérmicos profundos que precisan de técnicas EGS (geotermia estimulada)



Sistemas petrotérmicos: sistemas geotérmicos profundos que precisan de técnicas EGS (geotermia estimulada)



Características y ventajas de la geotermia:

• Energía gestionable. Disponible 24 horas y 365 días al año

• Respetuosa con el medio ambiente

• Permite un aprovechamiento sostenible

• Importante inversión inicial y bajos costes de mantenimiento

• Costes finales competitivos

• Riesgo geológico minimizable

• Tecnología altamente eficiente en calefacción/climatización



2010-2020: Una década crucial para la energía geotérmica en España

Usos directos

Producción electricidad



El comienzo del nuevo siglo para la geotermia:

HDR-EGS:

El informe del MIT

Geotermia somera Nuevos

agentes



Programa GEOTCASA



CALENER: determina el nivel de eficiencia energética del edificio.



PANER: Plan de Acción Nacional de Energías Renovables en España



Planes de energías renovables:

•Primer PER (1986)Presentes Energía Geotérmica y Energía Ambiental

• …

• …

•PER 2005-2010Ausente la geotermia

•PER 2011-2020Aprobado por el Consejo de Ministros de 11-11-2011



La iniciativa empresarial



APPA: Asociación de Productores de Energías Renovables



Grupo de trabajo en AENOR:



Se crea la Plataforma Tecnológica Española de Geotermia - GEOPLAT. www.geoplat.org



GeoPlat: participantes, documentos• Documento de Visión a 2030

• Agenda Estratégica de Investigación

• Instrumentos de financiación nacionales e internacionales para promoción de la I+D+i



GeoPlat participa en la Plataforma Europea de Climatización Renovable y lidera el Panel de Geotermia http://www.rhc-platform.org/



Una imagen sugerente y esperanzadora



http://www.igme.es/internet/Geotermia/ Para ampliar información:



Muchas gracias por su atención

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Girona, 13 de diciembre de 2011


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