Promueve: Con el apoyo de: http://www.atecos.es/ 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 -1– Documento procedente de ATECOS, http://www.atecos.es 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. -2– Documento procedente de ATECOS, http://www.atecos.es 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) -3– Documento procedente de ATECOS, http://www.atecos.es 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. -4– Documento procedente de ATECOS, http://www.atecos.es 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) -5– Documento procedente de ATECOS, http://www.atecos.es 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. -6– Documento procedente de ATECOS, http://www.atecos.es 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. -7– Documento procedente de ATECOS, http://www.atecos.es