Estado del Arte de las Tecnologías Geotérmicas
La energía geotérmica (del griego geō, Tierra, y thermós, calor) aprovecha el calor interno de la Tierra, siendo una fuente de energía renovable, constante y con un alto factor de capacidad (80-90% para generación eléctrica). Su aprovechamiento se clasifica principalmente por la temperatura del recurso extraído:
Tipos de Aprovechamiento y Tecnologías
El estado del arte de la geotermia se divide en usos térmicos directos y generación de electricidad, basados en la entalpía (o temperatura) del recurso:
1. Alta y Media Entalpía (Generación Eléctrica)
Se localizan en zonas de actividad volcánica o geotérmica anómala. Las temperaturas del fluido (vapor o agua caliente) son superiores a 150ºC (alta entalpía) o entre 70ºC y 170ºC (media entalpía).
Tecnologías de Generación Eléctrica:
Vapor Seco: Utiliza directamente el vapor extraído para mover una turbina. Es la tecnología más antigua y eficiente, pero requiere recursos de alta pureza.
Flash (Vaporizado Instantáneo): El agua geotérmica a alta presión se extrae, y al reducir su presión en un separador, una parte se vaporiza (flash) para mover la turbina. El líquido restante se puede reinyectar. Puede ser de simple o doble flash.
Ciclo Binario: Ideal para recursos de media y baja entalpía (menores a 150ºC). El fluido geotérmico calienta un segundo fluido de trabajo (orgánico) con un bajo punto de ebullición (ej. isobutano). Este fluido se vaporiza y mueve la turbina en un ciclo cerrado (Ciclo Rankine Orgánico - ORC). Este tipo de planta es cada vez más relevante, ya que los recursos de menor temperatura son más comunes.
Plantas Híbridas: Combinan el calor geotérmico con otra fuente (ej. solar o biomasa) para aumentar la temperatura y, por ende, la eficiencia y producción de energía.
2. Baja y Muy Baja Entalpía (Usos Térmicos Directos y Climatización)
Estos recursos son más comunes, aprovechando el gradiente geotérmico regular de la Tierra (temperaturas entre 20ºC y 70ºC). Se utilizan para fines térmicos:
Climatización (Bombas de Calor Geotérmicas - BCG): La BCG aprovecha la temperatura constante del subsuelo, generalmente menor a 30ºC, para intercambiar calor, ofreciendo calefacción, refrigeración y agua caliente sanitaria. Se pueden instalar sistemas verticales, que son más profundos y estables, o horizontales, más superficiales.
Usos Directos:
Calefacción Urbana: Distribución de agua caliente desde una fuente central a múltiples edificios.
Usos Agrícolas e Industriales: Calefacción de invernaderos, acuicultura (piscifactorías), secado de madera, pasteurización, esterilización y extracción de sales.
Ingreso Generado: Uso de Ciclo Binario
El aprovechamiento que representa un crecimiento significativo y permite la utilización de recursos geotérmicos más comunes es la Generación Eléctrica mediante Plantas de Ciclo Binario (ORC).
Descripción del Ingreso:
El negocio se centra en el desarrollo, construcción y operación de Centrales Geotérmicas de Ciclo Binario para inyectar energía eléctrica a la red nacional, utilizando yacimientos de media entalpía (100ºC – 170ºC) y valorizando el calor residual de pozos petroleros o fluidos geotérmicos previamente utilizados a alta temperatura.
Ventaja Competitiva:
La planta de ciclo binario es más ubicua al no depender de recursos de alta temperatura, reduce el impacto ambiental mediante un sistema cerrado y ofrece un factor de capacidad superior al 90%, asegurando un suministro constante y predecible, lo que disminuye el riesgo de inversión y maximiza la rentabilidad al operar casi 24/7. [1]
Ejemplo de Aprovechamiento: Proyecto Cerro Prieto, México (o una extensión con binario)
Aunque Cerro Prieto es una planta de flash (alta entalpía), un ejemplo concreto de la aplicación de ciclo binario se da en plantas que aprovechan recursos de menor temperatura o el calor residual de una planta flash existente:
Ubicación Típica: Zonas con recursos geotérmicos de agua caliente que no alcanzan los 180ºC necesarios para una planta flash altamente eficiente.
Proceso:
- Se extrae agua caliente (ej. a 150ºC) del subsuelo.
- Esta agua pasa por un intercambiador de calor donde transfiere su energía a un fluido orgánico (ej. isopentano o R134a).
- El fluido orgánico se vaporiza a baja temperatura y presión.
- El vapor orgánico mueve una turbina acoplada a un generador.
- El fluido geotérmico enfriado (ej. a 80ºC) se reinyecta al yacimiento para su recalentamiento (sostenibilidad).
- El vapor orgánico pasa por un condensador, volviendo al estado líquido para repetir el ciclo.
Este enfoque permite maximizar la eficiencia del recurso, incluso en campos considerados marginales para la tecnología de vapor seco o flash tradicional. [2]
BIBLIOGRAFIA
[1] J. W. Lund, "Characteristics and uses of geothermal energy," Geo-Heat Center Quarterly Bulletin, vol. 25, no. 3, pp. 1–10, 2004.
[2] M. S. B. P. Silva, M. C. G. H. P. de Lacerda, and J. C. K. V. D. S. D. Santos, "Geothermal energy: An overview," Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 110, pp. 272-286, 2019.