CAPÍTULO 8. Energía geotérmica
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- Paula Giménez Iglesias
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1 1 CAPÍTULO 8 Energía geotérmica
2 MATERIAL DEL CAPÍTULO 8 Bibliografía Gupta, H. y S. Roy. Geothermal Energy: An Alternative Resource for the 21st Century. Capítulo 2: Basic concepts, pp Capítulo 4: Geothermal systems and resources, pp Capítulo 8: Worldwide status of geothermal resource utilization, pp Kaltschmitt, M., W. Streicher y A. Wiese. Renewable Energy Technology, Economics and Environment. Capítulo 10.3 : Geothermal power generation, pp
3 ENERGÍA GEOTÉRMICA Calor proveniente de la tierra: geo (tierra) therme (calor) Características principales Se debe a la formación del planeta, al decaimiento de isótopos radioactivos y a reacciones químicas. Es una fuente de energía renovable (prácticamente ilimitada) y sostenida (24hs/365días). No involucra combustión de fósiles. En algunos casos pueden liberarse algunas sustancias al ambiente (CO2, Nox, H2S) y acumular sedimentos. Amplia variabilidad del recurso de acuerdo al lugar. De acuerdo a la temperatura se distinguen dos formas Alta temperatura (mayor a 200 C): regiones volcánicas y cadenas de islas. Se emplean en generación de electricidad Moderada a baja temperatura (50 C a 200 C): regiones continentales. Se emplean en uso directo. 3
4 RESEÑA HISTÓRICA Uso directo Hasta el siglo XIX: se utilizaba exclusivamente para baños termales. 1892: primera aplicación para producción de agua caliente (Boise, Idaho). 1930: comienza a utilizarse en Islandia para calentamiento en gran escala. 4 Recinto que alberga los dos pozos originales Cuatro circuitos de agua caliente para edificios públicos y privados
5 RESEÑA HISTÓRICA Uso directo (cont.) En la actualidad su uso está difundido en otras aplicaciones Documentado en 82 países totalizando MWt. Mayoritariamente (70%) en bombas de calor geotérmicas. 5
6 RESEÑA HISTÓRICA Generación de electricidad Comienza a implementarse en el siglo XX 1897: se genera vapor para mover una máquina en Larderello, Italia. 1904: la máquina a vapor se utiliza para generar electricidad (demostrativa). 1911: primera planta de generación en la Toscana (~12.5 MW en 1913) : primeras plantas en EE.UU, Japón, Nueva Zelanda e Islandia. 6 Generación de vapor (Larderello, Italia, 1897) Generador de electricidad (Larderello, Italia, 1904)
7 RESEÑA HISTÓRICA Generación de electricidad (cont.) En la actualidad existen MWe instalados en 24 países. Para 2020 se estima una potencia instalada entre 15 y 17GW. 7 Fuente: Geothermal Energy Association. Anual report
8 RESEÑA HISTÓRICA Generación de electricidad (cont.) Países con más instalaciones 8 Fuente: Geothermal Energy Association. Anual report
9 Se aproxima por una serie de capas esféricas concéntricas Núcleo Interior sólido (5100 y 6378 km de profundidad) Exterior líquido (2900 y 5100 km) Manto Inferior (700 y 2900 km) Transición (400 y 700 km) Superior (100 y 400 km) Corteza Espesor variable (5-100 km) 9
10 Flujo de calor hacia la superficie El calor fluye hacia la superficie desde el núcleo interior (~4200 C) con una potencia de 42x10 6 MWt. La estructura térmica de la tierra no se conoce en forma completa. Las mediciones directas están limitadas a 12 km en Rusia (~180 C) y 9 km en Alemania (~265 C). A mayores profundidades la temperatura se calcula en base al flujo de calor en la superficie y la conductividad térmica de los materiales (modelos). Modelo aproximado (Gupta y Roy, 2006) 10
11 Flujo de calor hacia la superficie (cont.) En general, la mayor parte del calor que llega a la superficie lo hace a baja temperatura y con gradientes térmicos bajos. En la litósfera continental se tiene Gradiente térmico promedio inferior a 30 C/km. Densidad de potencia promedio de 65 mw/m 2 (en las oceánicas es de 101 mw/m 2 ) La figura muestra una familia de geotérmicas (temperatura vs. prof.) para diferentes flujos de calor en la superficie (litosfera continental) 11
12 Flujo de calor hacia la superficie (cont.) En algunos lugares se tienen gradientes térmicos mayores y se pueden aprovechar (competitivamente) mediante perforaciones. Regiones hipertérmicas ( 80 C/km) Se dan en los bordes de las placas tectónicas. Se evidencian por la actividad sísmica, volcanes, géiseres, fumarolas y hot-springs. Regiones semitérmicas (~40-80 C/km) Se dan en algunos lugares interiores de las placas, por anomalías en la composición y estructura de la corteza. 12
13 Litosfera (esfera de piedra) Parte externa de la tierra hasta km. Abarca la corteza terrestre y la capa externa del manto, y está compuesta por una serie de placas rígidas denominadas placas tectónicas. La transmisión de calor es por conducción, y como las rocas son poco conductoras, en las regiones normales la temperatura a pocos km de la superficie no supera los 100 C. Con perforaciones de 5 km se pueden alcanzar 200 o 300 C con grandes riesgos de fallo. Además, no es suficiente alcanzar la roca caliente, debe extraerse el calor inyectando algún fluido. Desde el punto de vista económico no es redituable extraer energía geotérmica en cualquier lugar. Se aprovechan los bordes de las placas y algunos puntos interiores donde pueden alcanzarse temperaturas altas a pocos km. 13
14 Placas tectónicas Las placas se mueven debido a la convección en la astenósfera (capa inmediatamente inferior). Se pueden separar o chocar, permitiendo que el magma o roca fundida (1000 C) se acerca a la superficie. 14
15 Placas tectónicas y ubicación de volcanes 15
16 Placas tectónicas y zonas con mayor potencial geotérmico 16
17 Placas tectónicas y plantas de generación eléctrica 17
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