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

Transcripción

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 ORIGEN: INTERNO pero también EXTERNO FLUJO DE CALOR 60 mw/m 2 GRADIENTE GEOTÉRMICO 46% de la energía solar 2

3 3

4 MANIFESTACIONES DEL CALOR 4

5 MANIFESTACIÓN DEL CALOR: VARIACIÓN DE TEMPERATURA EN SONDEOS 2ºC/100 m EFECTO SOLAR GRADIENTE GEOTÉRMICO 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 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 DE ACTIVIDAD DISTENSIVA INTRAPLACA Zonas en las que se producen adelgazamientos de la corteza con salida de magma. Fosa del Rin, Valle del Gran Rift de África Oriental PUNTOS CALIENTES 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.

10 ZONAS CON FLUJO DE CALOR IRREGULAR 10

11 YACIMIENTOS GEOTÉRMICOS DE ALTA TEMPERATURA

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

13 DURACIÓN DE LAS RESERVAS AL RITMO ACTUAL CALOR PARA PRODUCCIÓN ENERGÍA ELÉCTRICA GEOTÉRMICA: 1, J RESERVAS GEOTÉRMICAS APTAS PARA PRODUCIR ELECTRICIDAD: 1, J DURACIÓN: 944 AÑOS CALOR PARA USO DIRECTO + CICLOS BINARIOS: 1, J RESERVAS APTAS PARA PRODUCIR CALOR + CICLOS BINARIOS : 3, J DURACIÓN: AÑOS 13

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

15 USOS DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA

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

17 POTENCIA INSTALADA PARA PRODUCCIÓN ELÉCTRICA, POR PAÍSES PAÍS 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 POTENCIA INSTALADA (MW) (*) 0,0 0,0 0,0 0,2 7,4 6,6 0,7 0,7 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,2 0,2 0,2 0,2 1,1 0,0 0,0 0,0 1,1 1,1 1,4 19,2 28,8 29,2 27,8 27,8 24,0 0,0 55,0 142,5 163,0 162,5 166, , , , , , ,0 95,0 105,0 161,0 151,0 204,2 204,0 0,0 0,0 7,3 7,0 7,3 7,3 891, , , ,0 1969, ,0 4,2 4,2 4,2 14,7 14,7 16,0 0,0 33,4 33,4 33,0 53,0 52,0 144,8 309,8 589,5 797,0 992, ,0 44,6 50,0 170,0 202,0 421,2 573,0 545,0 631,7 785,0 790,0 810,5 843,0 214,6 413,7 546,9 535,0 535,2 536,0 45,0 45,0 45,0 129,0 128,8 167,0 700,0 753,0 755,0 953,0 953,0 958,0 35,0 70,0 70,0 77,0 87,4 88,0 283,2 286,0 437,0 435,0 471,6 628,0 0,0 0,0 0,0 6,0 56,0 56,0 3,0 5,0 16,0 16,0 23,0 28,0 11,0 11,0 23,0 79,0 79,0 82,0 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 20,6 20,4 20,4 20,4 38,0 82, , , , , , ,7 (*) Estimación

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

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

20 FUTURO DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA 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 LA GEOTERMIA SE PLANTEA COMO UNA OPCIÓN CON FUERTE IMPULSO Y ELEVADAS GARANTÍAS, LO QUE RESULTA MUY NOVEDOSO Y POSITIVO 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 ( ºC), 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 DESARROLLO FUTURO DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA EN LA UNIÓN EUROPEA. USO DIRECTO DEL CALOR Documento visión de la European Technology Platform Objetivo 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 Incremento de la producción de calor geotérmico para uso directo que multiplica por 7 (opción conservadora) o por 15 (opción optimista) la producción de 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 Los sistemas geotérmicos combinados de climatización para viviendas y barriadas serán viables y económicos en cualquier lugar de Europa 22

23 POTENCIA GEOTÉRMICA INSTALADA EN LA UE 27 (ACTUAL Y PREVISIÓN) UTILIZACIÓN GEOTÉRMICA Uso térmico directo (MW) Generación de electricidad (MW) Convencional Ciclos binarios EGS

24 INV metano INV 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 = 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) 24

25 UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA 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 CAMPOS DE MUY BAJA TEMPERATURA (T<30ºC) APROVECHAMIENTO DE CALOR MEDIANTE BOMBA DE CALOR

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

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

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

29 DISTRIBUCIÓN DE LAS CENTRALES GEOTÉRMICAS POR TECNOLOGÍA CONCEPTO % Unidades (Total 500 aprox.) % MW instalados (Total aprox.) Potencia media (MW/central) VAPOR SECO FLASH SIMPLE DOBLE FLASH TRIPLE FLASH CICLO BINARIO OTROS TOTAL/ MEDIO , ,

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

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

32 MUY BAJA TEMPERATURA (T<30ºC) SISTEMAS CERRADOS SISTEMA ABIERTO 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 SISTEMAS MAGMÁTICOS CHIMENEA VOLCÁNICA VOLCÁN COLADA DE LAVA DIQUE SILL CHIMENEA VOLCÁNICA CON DIQUES RADIALES PIROCLASTOS SILL LACOLITO CÁMARA MAGMÁTICA 36

37 UTILIZACIÓN EN CASCADA 37

38 ESTIMACIÓN DE INVERSIONES EN CENTRALES GEOTÉRMICAS EN ESPAÑA (2010) PROYECTO TIPO 20 MW Flash 20 MW Ciclo binario 10 MW EGS Temperatura (ºC) Profundidad pozos (m) Capacidad neta de la central (MW) 18, Factor de capacidad (%) Producción en la red (GWh) Duración del desarrollo de la central (años) INVERSIÓN (M ) INVERSIÓN (M /MW) 3,8 8,1 15,1 Fuente. Hidalgo (2010). EUROPEAN GEOTHERMAL ENERGY COUNCIL (EGEC) prevé que entre 2008 y 2020 se invertirán en la UE M en centrales eléctricas. 38

39 COSTE DEL MWh EN NUEVAS PLANTAS DE EE.UU CON ENTRADA EN SERVICIO EN 2016 TIPO DE CENTRAL Carbón Convencional Avanzada Avanzada con captura de CO 2 Gas natural Ciclo combinado convencional Ciclo combinado avanzado Ciclo combinado con captura de CO 2 COSTE (US$ de 2008/MWh) 100,4 110,5 129,3 83,1 79,3 113,3 Nuclear avanzada 119,0 Eólica Terrestre Marina Solar Térmica Fotovoltaica 149,3 191,1 256,6 396,1 Biomasa 111,0 Hidroeléctrica 119,9 GEOTÉRMICA 115,7 Fuente: Departamento de Energía de EE.UU (2009). Sin subvenciones. 39

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

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

42 MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN 42