Informe Energía Geotérmica (1471566)

UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
“La geotermia en la matriz energetica
chilena”
Nombre:
Álvaro Maldonado
Profesores:
Teresita Marzialetti
Ljubisa Radovic
Asignatura:
Comunicación en Ingeniería
Fecha:
02 de junio 2014
1. Introducción
La geotermia es una fuente de energía renovable [3] que en Chile no ha tenido grandes avances y
tampoco difusión importante. Por sus características es interesante estudiarla con mayor cuidado,
ya que es de conocimiento general, por ejemplo, la gran actividad volcánica que presenta el país.
Como referencia, Estados Unidos cuenta al día de hoy con más de 60 plantas geotérmicas, las
cuales le entregan un sostén sólido de energía generada alcanzando anualmente un aproximado
de 15 mil [GW], siendo gracias a estas cifras su mayor productor en el mundo [8].
El interés mundial por explotar esta energía y otras del tipo renovables no convencionales (ERNC)
es cada vez mayor. La dependencia de los combustibles fósiles provoca un efecto de monopolio
energético, donde las alzas desmesuradas en sus costos derivan en graves crisis económicas
nacionales. Esto obliga a buscar nuevas alternativas energéticas que, por lo demás, en el caso de
las ERNC, causan un considerable menor impacto ambiental debido, por ejemplo, a la disminución
de emisión de gases contaminantes a la atmósfera [6].
En los medios de comunicación es habitual ver semana a semana aumentos en los costos de los
combustibles fósiles y de otros medios energéticos, alcanzando valores por sobre los registros
pasados como país y muy superiores a países vecinos [2][9][10] . En Chile al menos, es urgente un
análisis profundo en el tema energético, ya que en su largo territorio hay potenciales de sobra en
diversas fuentes, entre las cuales, la energía geotérmica amerita un estudio detallado.
En este informe se realiza un estudio de la geotermia, donde se pueden encontrar: definiciones
generales, conceptos claves, ventajas y desventajas con respecto a otras energías, así como
también una inspección en su desarrollo mundial y nacional. Además, se intenta generar una
visión futura de lo esperado de esta fuente energética en el país. Se espera obtener resultados
provechosos que prometan cambios con respecto a la actualidad energética chilena.
2. Metodología
Para obtener información relevante y confiable, se procedió a:
2.1 Google
La indagación se realizó con la finalidad de encontrar los fundamentos esenciales de la geotermia
y su símil con otras fuentes energéticas. Las palabras claves utilizadas fueron: energía geotérmica y
geothermal energy. De los resultados mostrados, los estudiados se encontraron en la primera
plana arrojada por la búsqueda. De ahí, la información que se extrajo se obtuvo de [3], [4], [5], [6]
y [7].
2.2 Google Patent Search
Se efectuó la exploración dando enfoque en el funcionamiento de una planta geotérmica. Se
enunció en la barra de búsqueda las siguientes palabras claves: energía geotérmica, geothermal
energy, geotermia. De la frase geothermal energy, se obtuvieron los resultados más cercanos a los
de interés por la investigación. De ahí, se encontró la patente [1].
2.3 Revistas Científicas
Se realizó la revisión de las revistas “Ingenieros”, donde la perspectiva de búsqueda fue centrada
en la actualidad energética de Chile. Se consideraron los volúmenes más recientes (desde inicio
del año 2013) para obtener datos vigentes y relevantes. Así, la información de interés se obtuvo de
[2].
2.4 Página web del Ministerio de Energía de Chile
La exploración se centró en la búsqueda de información que compare la actualidad energética con
las realidades pasadas y con expectativas futuras, enfocándose en la geotermia. Se realizó una
inspección exhaustiva de los artículos presentes en la sección de documentos y se logró rescatar
los escritos mencionados en [8], [9] y [10].
3. Resultados
3.1 Definiciones y características principales de la energía geotérmica
3.1.1 ¿Qué es la energía geotérmica?
La energía geotérmica es una fuente de energía considerada renovable, que se obtiene de las
profundidades de la tierra gracias a la constante emisión de calor desde su centro, el cual alcanza
temperaturas aproximadas a los 6000 [°C] (Figura 1) [3].
Figura 1: Temperatura según la profundidad de la Tierra [3].
Cuando el agua de lluvia o el agua proveniente de los deshielos fluye por las gritas y los poros de
los suelos del planeta, se forman y se alimentan los llamados acuíferos termales subterráneos
(figura 2), los cuales, a su vez, crean un yacimiento geotérmico (Figura 2) [3].
Figura 2: Formación de un yacimiento geotérmico [3].
Cuando el fluido desciende por las profundidades de las placas rocosas presencia un aumento en
su temperatura, debido a la transferencia de calor generada por el centro del planeta. Este calor
transferido provoca que a unos pocos kilómetros de profundidad, que es donde se encuentran
estos acuíferos subterráneos, las temperaturas comprendan un rango promedio entre los 50 y 400
°C [3], lo que calienta las aguas y vapores presentes en el lugar llevándolos a elevadas
temperaturas.
Si se extrae el enorme potencial calorífico que tienen estos pozos, se obtiene su energía
geotérmica.
3.1.2 ¿Cómo se encuentra y extrae la energía geotérmica?
Para buscar y encontrar yacimientos subterráneos con un gran potencial geotérmico, es decir, a
pocos kilómetros de profundidad hallar acuíferos a las temperaturas más altas posibles, es
necesario de una investigación y de exploraciones exhaustivas.
Luego de estos estudios, comienzan las etapas de análisis financiero e inicio de obra. En esta
última, se consideran como más importantes la perforación y la construcción de una planta
geotérmica [7].
Es importante distinguir entre tres tipos de plantas de energía geotérmica. En primer lugar, las
plantas de vapor seco corresponden a las más comunes y simples (Figura 3). Estas utilizan el vapor
liberado de las fuentes subterráneas para mover turbinas y así generar electricidad. El vapor
elimina la necesidad de quemar combustibles fósiles para hacer funcionar la turbina, además de
suprimir la necesidad de transportar y almacenar estos materiales orgánicos. Estas plantas sólo
emiten vapor de agua y el exceso de cantidades muy pequeñas de gas [1][7].
Figura 3: Planta de vapor seco [7].
En segundo lugar, las plantas flash (Figura 4) son las más utilizadas hoy en día; usan largas tuberías
que se extienden hasta depósitos subterráneos profundos, donde la presión extrema que se
encuentra ahí permite que el agua permanezca líquida por encima de su punto de ebullición de
superficie. De esta manera, el agua a temperaturas mayores de 182 [° C] es llevada a los estanques
de retención; al pasar a estos estanques de baja presión, el líquido se convierte rápidamente en
vapor (flash). En caso de que queden residuos de líquido en el estanque, estos se pueden dirigir a
un segundo estanque para conseguir una mayor eficiencia energética [1][7].
Figura 4: Planta flash [7].
Por último, en una planta de ciclo binario, el agua caliente también se canaliza a partir de
depósitos subterráneos, pero un fluido con una temperatura de ebullición menor que el agua
captura su calor, a través de un intercambiador de calor, adquiriendo este nuevo fluido su carácter
vaporizado (Figura 5). Finalmente, el calor de este fluido es utilizado para activar las turbinas y
plantas de electricidad. Una planta de ciclo binario puede operar en zonas geotérmicas con
temperaturas entre 107 a 182 grados celsius, inferior a la temperatura requerida por las otras
plantas [1][7].
Figura 5: Planta de ciclo binario [7].
También es opción inyectar un fluido artificialmente a alguna zona caliente, generar el aumento de
su temperatura y retirarlo para su posterior uso [3].
Es esencial una reinyección de las aguas retiradas a los mismos acuíferos, para así respetar la
conservación de la masa y con ello fomentar el carácter renovable.
3.1.3 Duración del desarrollo de un proyecto geotérmico
Las principales etapas del proceso de desarrollo de una central geotérmica corresponden a la
exploración superficial, exploración profunda (o perforación), construcción de planta-línea y
operación; el proceso completo comprende una duración aproximada entre cinco y diez años
dependiendo de las condiciones geológicas del lugar, la información disponible del recurso, el
éxito en las campañas de exploración, el estado de desarrollo institucional y regulatorio y el acceso
a financiamiento [4][7].
En la tabla 1 es posible observar el tiempo aproximado que ocupan las principales etapas, con sus
respectivas actividades, en el desarrollo de un proyecto geotérmico.
Tabla 1: Etapas en detalle de un proyecto geotérmico [7]
3.1.4 Costos de un proyecto geotérmico
Los costos son muy variables ya que dependen de factores como caracterización y potencial del
yacimiento, duración de la exploración, tecnologías usadas, economías de perforación, entre otros
[7]. A continuación en la tabla 2 y 3 [7] puede observar la estimación de costos para un proyecto
geotérmico de 50 [MW] realizado en Nueva Zelanda y E.E.U.U, respectivamente. En ellos no se
considera los costos de operación y mantenimiento.
Tabla 2
Tabla 3
Planta de 50 MW
MM US$
Exploración Superficial 2,835
Exploración Superficial
3,2
Exploración Profunda
98,82
Exploración Profunda
76,8
Construcción central
95,58
Construcción central
97,5
Costo total
197,235
Costo total
177,5
Planta de 50 MW
MM US$
3.1.5 Beneficios de la energía geotérmica
Dentro de las principales ventajas de la explotación y uso de la energía geotérmica se encuentran:
Energía renovable, continua y estable, utilizable 24/7 e independiente de las condiciones
climáticas [3].
Buen complemento a la energía eólica y/o solar, ya que es posible controlar el flujo de
calor requerido.
Posee una eficiencia como factor de planta que alcanza el 90% [7], igualando o hasta
superando la entregada por la energía nuclear o por combustibles como el carbón, y
siendo muy superior a las fuentes de energía intermitentes (Gráfico 1).
Aumento de empleos (construcción, operación, administración, entre otros).
Independencia de los combustibles fósiles.
La emisión de gases contaminantes y CO2 es considerablemente más baja que otros tipos
de energía que necesitan de combustión (Gráfico 2).
Se encuentra en todo el mundo, especialmente donde hay recursos calientes (potencial
geotérmico).
Puede generar electricidad o directamente calor.
Proporciona el menor costo energético entre las energías de carácter renovable [6],
generando además precios fijos por largos periodos de tiempo.
Gráfico 1: Factor de planta ERNC [7].
Gráfico 2: Comparación de gas CO2 emitido por diferentes fuentes energéticas en [GWh] [6].
3.2 Desarrollo de la energía geotérmica en los Estados Unidos
3.2.1 Desarrollo histórico
Estados Unidos es el mayor productor mundial de energía geotermoeléctrica, con una capacidad
instalada de 2.228 MW y una energía generada equivalente a 15.470 GW anuales [8]. Los
yacimientos geotermales se encuentran en la zona Oeste del país, principalmente en California
(Figura 6)
Figura 6: Mapa geotérmico de E.E.U.U [6].
Durante la primera década del siglo XX surge el intento de perforar los géiseres con la intención de
producir electricidad, generándose la primera central geotermoeléctrica de Estados Unidos,
entrando en operación en 1912 produciéndose 250 kilovatios. La planta, sin embargo, no es
competitiva con otras fuentes de energía, y pronto cae en desuso [8].
En 1960 comienza la operación de la primera planta de electricidad geotérmica a gran escala en el
país. La primera turbina produce 11 MW de energía neta y funciona con éxito por más de 30 años
[8].
En el año 1972, el gobierno de los EE.UU. genera el Decreto geotérmico sobre Investigación,
desarrollo y demostración en materias energéticas (RD & D), instituyendo el programa geotérmico
que proporciona seguridad de inversión a los sectores públicos y privados usando tecnologías para
explotar recursos geotérmicos [8].
En el año 1975 se forma la Administración de Investigación y Desarrollo en materias energéticas
(ERDA). La división de la energía geotérmica asume el control del programa de RD & D formando el
Centro del Geo-Calor, situado en el Instituto Tecnológico de Óregon, sus funciones son la entrega
de información entre los usuarios potenciales y conducir la investigación aplicada sobre cómo usar
los recursos geotérmicos de moderada temperatura [8].
La Geothermal Food Processors Inc., abre la primera planta geotérmica en la zona de Brady,
Nevada cuyos principales usos son la transformación alimenticia (cosecha-sequedad), mientras
que en la zona de Fenton, Nuevo México se realizan pruebas de factibilidad geotérmica, cuyo
funcionamiento entra en operación en 1980. Se inicia el uso de la energía geotérmica para cocinar,
destilado, y secado de procesos asociados a la producción de combustibles derivados del alcohol.
UNOCAL construye la primera planta del flash del país, generando 10 MW en Brawley, California
[8].
En la década de 1990 la primera central eléctrica geotérmica presurizada híbrida del mundo
comienza la operación en Texas, usando el calor y el metano de los campos geotérmicos [8].
En la actualidad existen 69 instalaciones de generación en funcionamiento en 18 sitios alrededor
del país [8].
3.2.2 Actualidad en California
California es el mayor productor de Energía Geotermoeléctrica en Estados Unidos. La energía de
las plantas geotérmicas representa 5% de la energía producida en California. De acuerdo a
estudios realizados por el Departamento de Energía de Estados Unidos, este desarrollo es
solamente una fracción de la energía potencial existente en el territorio [8].
A pesar de los incentivos para el desarrollo de centrales eléctricas geotérmicas, las áreas
potenciales se ven limitadas por los retrasos causados por la obtención de permisos federales y del
Estado. Mientras se elabora una declaración programática de impactos ambientales (PEIS) que
permitiría la concesión de tierras en ciertas áreas del Estado por primera vez en dos décadas, otras
áreas del Estado más allá de las identificadas en el PEIS, también deben ser consideradas. El PEIS
es un esfuerzo realizado por la Bureau of Land Management (BLM) y del Servicio de Bosques de
Estados Unidos (USFS) conjuntamente con la Comisión de Energía de California (CCE) [8].
3.3 Energía geotérmica en Chile
3.3.1 Precio de la electricidad
Chile actualmente vive una crisis energética por la baja generación eficiente y por los altos costos
de la electricidad. Se presume que al invierno del año 2016 el país deberá enfrentar racionamiento
eléctrico o pagar sobreprecios por consumos superiores a un cierto estándar nacional [2].
Existen más de 20 proyectos de generación paralizados por dificultades de aprobación de sus
estudios de impacto ambiental. Las restricciones a las centrales hídricas y térmicas han derivado
cada vez más a la dependencia de petróleo diésel como generador eléctrico, que es la fuente de
más alto costo [2].
Hoy en día el precio de la electricidad en Chile para clientes no regulados es 4 veces superior al de
los países aledaños (Gráfico 3), más que el doble del promedio mundial y esta tendencia se verá
acentuada en los próximos años [2].
Precios de la Electricidad Julio 2013
(US$/MWh)
0
1
2
50
100
150
200
250





1: Crucero (SNG)
2: Cardones (SC)
3: Polpaico (SC)
4: Charrúa (SC)
5: Lima (Perú)
3
4
5
SNG: Sistema norte grande
SC: Sistema central
Gráfico 3: Precios de la electricidad en Chile y Perú Julio 2013 (Adaptado de [2]).
3.3.2 Estado actual de la geotermia
Chile, al estar situado en el cinturón de fuego del Pacífico, es luego de Indonesia el país con mayor
actividad volcánica en el mundo. ENAP, estimó el 2004 que existe un potencial geotérmico de
hasta 3.300 MW [7]. A pesar de esto aún no existe gran desarrollo geotérmico, basta considerar
que Chile hasta el día de hoy no ha construido ninguna planta que trabaje esta energía.
La energía geotérmica corresponde a un bien del Estado, susceptible de ser explorada y explotada
bajo previo otorgamiento de una concesión.
La concesión de energía geotérmica puede ser de exploración o de explotación. La concesión de
exploración se refiere a los estudios y mediciones enfocados a determinar la existencia de fuentes
de recursos geotérmicos, sus características físicas, químicas y sus aptitudes y condiciones para su
aprovechamiento; mientras que la concesión de explotación se refiere al derecho de utilizar y
aprovechar la energía geotérmica que exista dentro de sus límites. El Ministerio de Energía es el
encargado de fiscalizar y supervisar el cumplimiento de las normas de esta ley y las obligaciones de
los concesionarios que se estipulen en el decreto de concesión [7].
Actualmente existen concesiones adjudicadas en la mayoría de las regiones de Chile [7]. A partir
de los registros entregados por la SERNAGEOMIN (Servicio Nacional de Geología y Minería) se
presenta el Gráfico 4, donde se puede apreciar la distribución de las concesiones de exploración a
lo largo del país.
Gráfico 4: Concesiones exploratorias por región [7].
Existen setenta y seis concesiones de exploración [8] (Figura 7), las cuales se encuentran
principalmente focalizadas en la primera y segunda región del país mientras que existen
solamente seis concesiones de explotación vigentes. Esto significa que no se está aprovechando el
colosal potencial de Chile en materia geotérmica.
Figura 7: Concesiones de exploración en el mapa chileno [8]
Es importante considerar que las zonas de potencial geotérmico se localizan lejos de los sistemas
de transmisión, por lo cual existe la necesidad de expansión de las redes troncales y de nuevas
líneas de transferencia que evacuen la generación desde los lugares de desarrollo ERNC.
En la Tabla 4 es posible ver la descripción de seis proyectos adjudicados para explotación en Chile,
dentro de los cuales sólo el Proyecto Cerro Pabellón y el Proyecto Curacautín han presentado
estudios de impacto ambiental aprobados, por lo que sólo en ellos existen datos de la inversión
estimada [7].
Tabla 4: Descripción de proyectos de concesiones de explotación [7]
3.3.3 Proyección al futuro de la geotermia
Como se ha mencionado, en Chile aún no existen plantas geotérmicas, pero las más de 60
exploraciones actuales prometen una potente puesta en marcha de esta actividad como fuente en
la matriz energética nacional.
En la agenda de energía 2014, se puede apreciar en la proyección del parque de generación al año
2025 (Tabla 5), que se espera que la geotermia ocupe el 1 % del total de la matriz energética, con
una potencia instalada de 250 [MW].
Tabla 5: Parque de generación esperada a enero de 2025 [5]
4. Análisis de los resultados
La evidencia de la crisis energética y la necesidad de nuevos recursos quedan a la vista, el gráfico 3
lo demuestra. Es fundamental aprovechar los recursos hídricos, explorar el uso de la energía
nuclear y profundizar en el uso de fuentes renovables no convencionales. Es vital establecer
normativas que promuevan el ingreso de nuevos actores a la industria energética nacional y con
ello establecer nuevos generadores de mercado.
En cuanto a la energía geotérmica, Chile, por medios propios, aún no está preparado para su
desarrollo eficiente y veloz, ya sea porque la inversión necesaria para la puesta en marcha de
algún proyecto es altísima (Tabla 2) y/o porque no existe en el país personal capacitado para
enfrentarse a estos nuevos desafíos. A raíz de ello, es muy necesario que ingresen empresas
internacionales con la capacidad y experiencia suficiente, para así poder surgir raudos y seguros en
esta temática energética.
Con los gráficos 1 y 2, resulta más que evidente que la explotación de los yacimientos geotérmicos
y en general de las ERNC, ofrecen un prometedor avance; las eficiencias producidas son
satisfactorias, los costos se reducirían y el impacto ambiental arrojaría resultados muy favorables.
Analizando el Gráfico 4, es notorio ver que existe un número superior de concesiones en la
primera y segunda región, lo cual coincide con la actividad minera chilena. De esta manera,
empresas suministradoras de servicios para la minería podrían adaptarse y ofrecer servicios para
los proyectos geotérmicos.
Se tiene en Chile un gran capital humano que podría ir aprendiendo de esta naciente industria. El
crecimiento de los proyectos geotérmicos requerirá de manera creciente personal capacitado, por
lo cual se hace un llamado a las universidades del país a crear programas que preparen a sus
alumnos en las materias energéticas actuales, principalmente en el trabajo con energías
renovables no convencionales.
5. Conclusiones
Se ha estudiado en cierta profundidad los fundamentos básicos de la geotermia, abordando sus
temáticas e interrogantes generales con información sólida, clara y fidedigna. Se ha logrado
abarcar una experiencia mundial, tomando como referencia el desarrollo de los Estados.
Con estos antecedentes, se analizó exhaustivamente la actualidad energética chilena, el desarrollo
de la energía geotérmica, y se observó que las concesiones de exploración y explotación se
encuentran en una progresiva actividad.
Se evaluó el futuro como país en materia energética, con enfoque en la geotermia, gracias al
informe de la agenda energética. Y se estudió con detalle, en la sección de análisis, las aspiraciones
que se podrían tener en la temática.
La geotermia en el futuro de la matriz energética nacional ya es casi un hecho, basta sólo esperar
que las exploraciones lleguen a buen puerto y que el gobierno sea más protagonista, aportando al
potenciamiento de esta área y flexibilizando el ingreso de nuevos generadores a la industria, para
con ello comenzar explotaciones que prometen ser muy provechosas (véase sección 3.3.3).
6. Resumen
En Chile, los elevados costos de la energía obligan la búsqueda de nuevas fuentes energéticas,
entre ellas, por la gran actividad volcánica, aparece de manera interesante la geotermia. Se
investigó y estudió los fundamentos básicos, experiencias internacionales y la realidad actual
como país de la forma de energía mencionada. Se encontró que al día de hoy existe un gran
número de concesiones de exploración y que hay un par de proyectos adjudicados para la
explotación; además, se espera que al 2025 la geotermia ocupe un 1 % de la matriz generadora de
energía, con una potencia instalada de 250 [MW]. Se concluye que Chile necesita de nuevas
fuentes energéticas, en especial de aquellas que puedan ser explotadas dentro del país; la
geotermia ya se menciona como parte de ellas, sin embargo, su aporte, considerando el gran
potencial que ofrece el relieve físico, debería ser mucho mayor al esperado.
7. Referencias
[1] Zadok Eli, Bruce J. Kolinski, “Geothermal electricity production methods and geothermal energy
collection systems”, US8381523 B2, Feb 26, 2013.
[2] Colegio de Ingenieros de Chile, Revista Ingenieros, Crisis energética, Edición N° 207, 2013,
Octubre-Diciembre, Páginas 4-5.
[3] http://geo-energy.org/reports/Gea-GeothermalBasicsQandA-Sept2012_final.pdf, Consulta:
14/05/2014
[4] http://web.ing.puc.cl/~power/alumno10/tecnologias/Paginas/ERNC%60s/Geotermica/costogeotermico.html, Consulta: 15/05/2014
[5] http://www.minenergia.cl/documentos/estudios/2014/agenda-de-energia-un-desafiopais.html, Consulta: 22/05/2014
[6] http://geo-energy.org/pdf/FINALforWEB_WhySupportGeothermal.pdf , Consulta: 27/05/2014
[7] http://web.ing.puc.cl/~power/alumno13/geotermia/Introduccion.htm, Consulta: 27/05/2014
[8] http://www.minenergia.cl/documentos/estudios/2007/regulacion-comparada-deaspectos.html, Consulta: 29/05/2014
[9] http://www.cne.cl/tarificacion/electricidad/precios-de-nudo-promedio/fijaciones-2010,
Consulta: 07/06/2014
[10] http://www.cne.cl/tarificacion/electricidad/precios-de-nudo-promedio/fijaciones-2014,
Consulta: 07/06/2014