Energía geotérmica

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ENERGÍA GEOTÉRMICA
DESCRIPCIÓN
La Directiva 2009/28/CE para la promoción y uso de fuentes de energía renovable
define la energía geotérmica como “energía almacenada en forma de calor bajo la
superficie de la tierra sólida”. La energía geotérmica almacenada en las capas
subterráneas más superficiales de la corteza terrestre es aportada de manera
continua por la tierra, el sol, las aguas pluviales, etc.
PROPIEDADES Y CARACTERISTICAS
TIPOS DE ENERGÍA GEOTÉRMICA
Los recursos geotérmicos se clasifican en función de la temperatura del fluido
geotermal en cuatro categorías:
a) Alta entalpía (temperatura superior a 150 ºC)
b) Media entalpía (temperatura entre 100 y 150 ºC)
c) Baja entalpía (temperatura entre 25 y 100 ºC)
d) Muy baja entalpía (temperatura entre 5 y 25 ºC)
VENTAJAS E INCONVENIENTES
VENTAJAS
•
Fuente de energía ilimitada: el calor de la Tierra es ilimitado a la escala
humana y estará disponible muchos años en sus yacimientos para las
generaciones futuras, siempre que su explotación se haga de forma racional.
•
Fuente de energía limpia: no se emiten gases de efecto invernadero al no
quemar combustibles para su producción.
•
Coste de explotación bajo, y cada vez será más competitivo con la
explotación de las energía fósiles, donde los precios irán creciendo con el
agotamiento de los recursos y las restricciones ambientales.
•
No depende del clima, contrariamente a la energía solar o a la eólica. Está
disponible 24 horas al día, 365 días al año. La energía geotérmica depende de
las características intrínsecas del subsuelo (gradiente geotérmico,
permeabilidad de las rocas, etc.), constantes para cada caso concreto, lo cual
asegura una gran regularidad en su utilización.
•
Energía local que se consume sobre el propio terreno, reduciendo la
dependencia de importaciones energéticas y asegurando la regularidad en el
abastecimiento. Así, mediante su uso se disminuyen las pérdidas energéticas
derivadas del transporte de electricidad. La energía geotérmica ofrece
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oportunidades económicas para la implantación de nuevas industrias y
favorece el desarrollo local.
•
Amplio uso en diferentes tipos de edificaciones: se puede usar tanto en
edificaciones con grandes requerimientos energéticos (hospitales, edificios de
oficinas, bloques de viviendas, hoteles, etc.), como para construcciones con
menos consumo de energía (viviendas unifamiliares, casas de campo y chalés),
y se pueden implantar también en edificios ya construidos.
INCONVENIENTES
•
Inversión inicial elevada para el acceso a un recurso geotérmico de baja,
media o alta temperatura. Resultan caras las fases de exploración en terrenos
desconocidos, y la realización de uno o varios sondeos de investigación. Si
bien los períodos de amortización de la inversión no difieren del resto de
sistemas de energías renovables.
DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y/O APLICACIÓN
Dependiendo de la temperatura la energía geotérmica se puede aprovechar para
distintos usos (generación de electricidad, generación de calor para aplicaciones
industriales, climatización de edificios y producción de agua caliente,etc):
•
Alta entalpía (más de 150ºC): una temperatura superior a 150 ºC permite
transformar directamente el vapor de agua en energía eléctrica.
•
Media entalpía (entre 100 y 150ºC): permite producir energía eléctrica
utilizando un fluido de intercambio, que es el que alimenta a las centrales.
•
Baja entalpía (entre 25 y 100ºC): su contenido en calor es insuficiente para
producir energía eléctrica, pero es adecuado para calefacción de edificios y
en determinados procesos industriales y agrícolas.
•
Muy baja entalpía (entre 5 y 25ºC): puede ser utilizada para calefacción y
climatización, necesitando emplear bombas de calor.
En la Figura 1 se muestran las aplicaciones más importantes de la energía geotérmica
con los rangos de temperatura de utilización.
La sección HE-4 del Código Técnico de la Edificación (CTE), aprobado mediante el RD
314/2006, establece el requisito de una contribución solar mínima en la producción
del agua caliente sanitaria (ACS) para edificios nuevos o rehabilitados, cuya cuantía
depende de la zona climática, de la demanda total y del tipo de energía no
renovable utilizada. Sin embargo, en esta sección también se establece que la
energía solar térmica puede ser sustituida por otras fuentes de energía renovables,
como es la energía geotérmica.
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Figura 1. Principales usos de la energía geotérmica en función de la temperatura
(Fuente: Llopis y Rodrigo, 2008)
Para la climatización y producción de ACS en edificios la tecnología que se utiliza
para el aprovechamiento de la energía geotérmica de muy baja temperatura es la
bomba de calor adaptada a las condiciones de trabajo de la geotermia. Las bombas
de calor geotérmicas extraen calor del subsuelo en invierno y lo transfieren a los
edificios, realizando en verano el ciclo contrario. Un intercambiador geotérmico
(sistema de captación) transfiere la energía del terreno al refrigerante de la bomba
de calor aprovechando la energía geotérmica del terreno mediante el “gradiente
térmico”. Por ello estas bombas de calor están diseñadas exclusivamente para el
aprovechamiento de este tipo de energía.
La Directiva 2009/28/CE señala que las bombas de calor permiten la utilización del
calor geotérmico a un nivel de temperatura útil, pero reconoce la necesidad de
electricidad u otra energía auxiliar para su funcionamiento. Por ello, señala que en la
consideración de fuente de energía renovable debe deducirse esta energía auxiliar, y
así, solo deben tenerse en cuenta las bombas de calor cuya producción supere de
forma significativa la energía primaria necesaria para impulsarlas. Esta Directiva
establece que las bombas de calor deben cumplir en sus especificaciones técnicas un
coeficiente de operación (COP) mínimo, según se indica en la Decisión 2007/742/CE.
Los elementos que hay que tener en cuenta a la hora de dimensionar un sistema
geotérmico en edificios y viviendas son:
•
Características del terreno (geología)
•
Características de la vivienda o edificio.
•
Sistema de disipación de calor/frío (radiadores, suelo radiante, etc.)
•
Sistema de captación (vertical u horizontal)
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TIPOS DE INSTALACIONES PARA EXTRAER LA ENERGÍA GEOTÉRMICA
1. Captación horizontal: colectores horizontales enterrados
Sistema constituido por varios circuitos de tuberías de polietileno (PE)
enterrados con tan sólo una capa superficial de 0,8 m de espesor, que actúan
como intercambiadores de calor con el terreno, y por donde circula agua
glicolada (Figura 2). Estos tubos conectados a una bomba de calor geotérmica,
pueden satisfacer las necesidades de calefacción de una vivienda familiar de tipo
medio, alrededor de 150 m2. Se necesita que la parcela de terreno disponga de
un espacio despejado que sea 1,5 veces la superficie habitable a calentar, en el
caso de vivienda nueva, y hasta 3 veces para casas antiguas con malos
aislamientos térmicos.
Figura 2. Captación horizontal de energía geotérmica (Fuente: Llopis y Rodrigo, 2008)
2. Captación vertical: sondas geotérmicas
Las sondas geotérmicas son colectores de calor en posición vertical en el interior
de uno o varios sondeos, con profundidades que pueden ir desde cerca de 20 m
hasta más de 100 m, y diámetros de perforación de tan sólo 10 a 25 cm. Estas
sondas están constituidas por una intercambiador de calor que se compone de un
circuito doble de tuberías, generalmente de PE, por donde circula agua glicolada
(Figura 3).
Las sondas geotérmicas se pueden utilizar en las siguientes situaciones:
o
Si la superficie disponible para enterrar los colectores horizontales es
insuficiente, si existen canalizaciones en el subsuelo
o
Si la demanda energética es mayor que la que pueden proporcionar los
colectores horizontales.
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Figura 3. Sonda geotérmica (Fuente: Llopis y Rodrigo, 2008)
3. Sistemas abiertos: sondeos de captación de agua someros
En caso de disponerse de una fuente natural de agua abundante (un pozo con un
buen rendimiento, o la cercanía de un río o de un manantial), puede captarse
directamente la energía acumulada en ese agua (Figura 4).
Si se explotan acuíferos poco profundos, se requerirá de un estudio
hidrogeológico local y la perforación de, al menos, dos pozos, de extracción y de
reinyección. Los objetivos de este estudio hidrogeológico son la realización de:
o
Ensayos hidráulicos para comprobar que no se vean interferidos entre
ellos hidráulica y térmicamente.
o
Ensayos de calidad del agua, vigilando que tenga bajos contenidos en
hierro y bajo potencial redox, al objeto de evitar problemas de corrosión,
sarro y colmatación de tuberías y conducciones, que puedan afectar al
funcionamiento de la instalación a largo plazo.
o
Y la vigilancia de la posible afección al acuífero o ríos cercanos.
Figura 4. Sondeos de captación de agua para uso en calefacción
(Fuente: Llopis y Rodrigo, 2008)
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4. Cimientos geotérmicos o termoactivos
Cuando en una excavación se emplean pilotes, pantallas subterráneas, muros de
contención o losas, fabricados con hormigón armado, que se hincan en el
terreno, de forma indirecta, se están creando unas condiciones propicias para el
intercambio de energía geotérmica de muy baja temperatura con el terreno. Así
insertando en el interior de parte, o de la totalidad, de esas piezas de hormigón,
una red de tubos de polietileno por los que circule agua con un anticongelante, y
conectarlos en circuito cerrado con una bomba de calor o con una máquina de
refrigeración, se puede aprovechar la energía geotérmica del terreno (Figura 5).
Esta opción de extracción de energía geotérmica es una de las más utilizadas
para calentar edificios de grandes dimensiones en invierno y para enfriarlos en
verano.
Figura 5. Sistema de cimientos geotérmicos para calefacción y climatización (Fuente:
Llopis y Rodrigo, 2008)
MEJORA DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA
La bomba de calor geotérmica se considera ideal para aplicaciones en edificios
residenciales, comerciales y gubernamentales en EE.UU. La tecnología que emplean
las bombas de calor geotérmicas ha sido calificada por la Agencia de Protección del
Medio Ambiente de Estados Unidos como la más eficiente para calefacción y
refrigeración existente hoy en día. Una instalación que utilice energía geotérmica,
comparada con instalaciones clásicas de bombas de calor o de climatización, permite
ahorros de energía de 30 a 70% en calefacción y de 20 a 50% en climatización:
•
Si la calefacción es la necesidad principal de la vivienda, la opción geotérmica
se ve favorecida por el menor consumo de electricidad y por el ahorro
económico al no consumir gas natural o fuel-oil.
•
Si las necesidades que prevalecen son las de refrigeración, el consumo de
energía eléctrica es muy inferior al de los climatizadores clásicos, menos
eficaces.
•
Si se necesita calefacción y refrigeración, la opción geotérmica tendrá un
menor coste de energía eléctrica, pues al ser los equipos de menor potencia,
el consumo en las horas pico de demanda, cuando las tarifas son más
elevadas, es menor.
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Además, en climas con variaciones de temperatura importantes, las bombas de calor
geotérmicas tienen mejores prestaciones que las bombas de calor que utilizan aire
exterior, cuyo rendimiento baja considerablemente con las temperaturas extremas.
EJEMPLOS DE APLICACIÓN
En la publicación “Proyectos Emblemáticos en el Ámbito de la Energía Geotérmica”
de la Fundación de la Energía de la Comunidad de Madrid y Energy Management
Agency (UE) se pueden encontrar diversos ejemplos de aplicación y utilización de
distintos tipos de sistemas geotérmicos. Algunos de estos ejemplos son:
•
Vivienda Unifamiliar con Climatización Pasiva Bioclimática y Sistema
Geotérmico de Baja Entalpía en Fuente el Saz de Jarama (Madrid).
•
Sistema de Bombas de Calor Geotérmico para la Estación de Pacífico de Metro
de Madrid.
•
Edificio Dotacional Mixto con Climatización Solar/Geotérmica.
•
Perforaciones para Sondas Geotérmicas en Puerta de Hierro (Madrid).
REFERENCIAS TÉCNICAS
Álvarez Antolin, J.F. (2009) El cumplimiento de la sección HE4 del CTE sustituyendo
las placas solares térmicas por bombas de calor geotérmicas y aerotérmicas. Obras
Urbanas, nº 16, p 72-75.
Aranda, A.; Zabalza, I.; Díaz, S. y E. Llera (2010) Eficiencia energética en
instalaciones y equipamiento de edificios. Prensas Universitarias de Zaragoza,
Zaragoza. 215 pp.
Llopis, G. y V. Rodrigo (2008) Guía de la Energía Geotérmica. Fundación de la
Energía de la Comunidad de Madrid y Energy Management Agency (UE). 185 pp.
(Contiene Documento Anexo con directrices para la redacción de un proyecto para el
aprovechamiento geotérmico de baja entalpía, directrices para la redacción de la
memoria–resumen, un modelo de ficha resumen de instalación, y un proyecto tipo de
perforación para instalación geotérmica de baja entalpía).
Varios autores (2010) Proyectos Emblemáticos en el Ámbito de la Energía
Geotérmica. Fundación de la Energía de la Comunidad de Madrid y Energy
Management Agency (UE). 59 pp.
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