maría macarena lee castro - Repositorio Académico

Universidad de Chile
Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas
Departamento de Ciencia y Tecnología de los Alimentos
Laboratorio de Operaciones Unitarias
APLICACIONES DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA A LA INDUSTRIA
ALIMENTARIA EN CHILE.
ESTUDIO DE PREFACTIBILIDAD ECONÓMICA
Memoria para optar al Titulo de Ingeniero en Alimentos
MARÍA MACARENA LEE CASTRO
PATROCINANTE Y DIRECTOR
Prof. Fernando Valenzuela Lozano
Departamento de Ciencia de los Alimentos y Tecnología Química
Santiago, Chile
Diciembre 2006
DEDICATORIA
Esta tesis esta dedicada a mi esposo Francisco Awad, nuestro querido hijo
Francisco Awad Lee, mis padres Patricio Lee y Marisol Castro, mis hermanas María
Paz Lee y Solange Lee, ya que todos en alguna medida cooperaron en la realización
de este trabajo y me apoyaron.
AGRADECIMIENTOS
De manera muy especial agradezco a mi Profesor guía Fernando Valenzuela
Lozano por su constante apoyo en el desarrollo de esta tesis y asimismo a todos los
profesores que participaron en mi formación profesional durante mis estudios.
ÍNDICE
RESUMEN ………………………………………………………………………………….. ii
SUMMARY …………………………………………………………………………………. iii
1. INTRODUCCIÓN ………………………………………………………………………... 1
2. OBJETIVOS ……………………………………………………………………………… 7
3. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN ………………………………………………………………. 8
3.1 Marco legal de la geotermia en Chile …………………..…………….……… 8
3.2 Situación actual y futura de la geotermia en Chile ……..…………………. 11
3.3 Aplicaciones de la geotermia en la agroindustria ….…………………….... 14
3.4 Aspectos de ingeniería ..……………………………………………………... 18
3.5 Estudio de prefactibilidad económica ….……………………………………. 24
3.5.1 Consideraciones de costo ……………………………………….... 24
3.5.2. Chequeo económico ………………………………………………. 28
3.5.3 Simulación y comparación energética …………………………... 32
3.6 Impacto ambiental …………………………………………………………….. 45
3.7 Discusión global …………………………………………………….…………. 49
4. CONCLUSIONES ……………………………………………………………………….. 53
5. REFERENCIAS ………………………………………………………………………….. 55
ANEXOS
ANEXO N° 1: Potencial geotérmico mundial.
ANEXO N° 2: Plan indicativo eléctrico vigente de la CNE (comisión nacional de
energía).
ANEXO N° 3: Usos no eléctricos de la energía geotérmica en el mundo (2000), energía
térmica instalada en (MWh) y usos de la energía en (TJ/año).
ANEXO N° 4: Aplicación típica de sistema de bomba de calor
ANEXO N° 5: Esquema de una bomba de calor en calefacción.
ANEXO N° 6: Curva de crecimiento de algunas cosechas.
ANEXO N° 7: Efectos de la temperatura en el crecimiento o producción de animales
comestibles.
ANEXO N° 8: Diagrama que muestra la utilización de los fluidos geotérmicos.
ANEXO N° 9: Proceso de producción de una planta geotermoeléctrica.
ANEXO N° 10: Etapa de separación de una turbina y un generador.
ANEXO N° 11: Tabla 1: Energía y costos de inversión para producción de energía
eléctrica mediante fuentes renovables
Tabla 2: Energía y costos de inversión para usos directos de fuentes
renovables
RESUMEN
La presente Memoria tiene como objetivo estudiar la competitividad de la
energía geotérmica en el sector agropecuario nacional, frente a otras fuentes
convencionales de energía. También se analiza, en menor profundidad, la
competitividad en el sector eléctrico.
En primer lugar se hace un análisis del marco jurídico de la energía geotérmica,
esto es la ley 19.657, sobre Concesiones de Energía Geotérmica. A juicio de expertos,
lo cual compartimos, este es un marco adecuado para el desarrollo de la energía
geotérmica.
En el campo geotermoeléctrico, la geotermia ha demostrado ser plenamente
competitiva con el gas natural, a precios del petróleo superiores a 50-60 dólares el
barril, siendo estos precios los que seguramente regirán en el mercado tanto a
mediano como corto plazo. La llegada al País de Enel, uno de los mayores operadores
geotermoeléctricos en el mundo, demuestra lo anterior al igual que la gran cantidad de
solicitudes de concesiones de exploración geotérmicas presentadas al Ministerio de
Minería, en los dos últimos años. (sobre 30).
En el campo de las aplicaciones no eléctricas, esto es como fuente directa de
calor, se ha demostrado también la competitividad de la geotermia desde un punto
vista técnico y económico frente al gas licuado, gas natural y petróleo diesel, con la
ventaja adicional de que la geotermia prácticamente no emite dióxido de carbono y
para los componentes indeseables que emite en pequeña cantidad, existe tecnología
probada para abatirlos.
El costo del capital asociado a una aplicación geotérmica es mayor que el de
una instalación similar alimentada por combustibles convencionales. Sin embargo en
este caso, la energía en si no tiene costo, excepto la mantención y operación del
sistema geotérmico, tal como se puede apreciar en los estudios de prefactibilidad
económica que se adjuntan.
Es muy importante que los proyectos agropecuarios orientados a la exportación
a
países
desarrollados,
donde
existe
gran
sensibilidad
por
los
temas
medioambientales, utilicen fuentes de energía renovables no convencionales, como la
geotermia dado que su impacto en la naturaleza es prácticamente nulo.
ii
SUMMARY
Applications of the geothermal energy to the food industry in Chile.
Economic feasibility study
The present work has the objective of studying the competitiveness of the
geothermal energy applied to the projects of the national agricultural, compared to other
conventional sources of energy. Also it is analyzed, in minor depth the generation of
electric power through geothermal energy.
There is done an analysis of the juridical frame of the geothermal energy, these
it is the law 19.657, on Grants of Geothermal Energy, in the opinion of experts, who I
share, this it is a frame appropriate for the development of the geothermal energy.
In the field of the power generation, the geothermal energy has demonstrated to
be fully competitive with the natural gas, at prices of the oil superior to 35-40 dollars the
barrel, being these prices those that surely will apply on the market so much to medium
as short term. Enel's arrival to Chile, one of the bigger geothermal power operators in
the world, it demonstrates the previous thing as the great quantity of requests of grants
of geothermal exploration to the Ministry of Mining, in the last two years. (more than
30).
In the field of the not electrical applications, that is geothermal direct heating
systems, the competitiveness has been also demonstrated from a point of view
technically and economically, compared to the liquefied gas, natural gas and oil diesel,
with the additional advantage of which the geothermal energy practically does not emit
dioxide of carbon and for the proved technology that exists to bring down the little
undesirable components that emits.
The capital cost of a geothermal application, is greater than a similar plant fed
by conventional fuels. Other way, in this situation the energy is free, except
the
maintenance and operation of the geothermal system, how it is appreciated in the
associates study of the economic feasibility.
It is very important that in agricultural projects orientated to the exportation to
developed countries where exists great sensibility to the environmental topics, use
sources of geothermal energy provided that its impact in the nature practically does not
exist.
iii
1. INTRODUCCIÓN
La Geotermia es la disciplina científica que comprende el estudio de las
variaciones de temperatura (termia) dentro de la corteza (geo) y los fenómenos
naturales que influyen sobre la distribución de los flujos geotérmicos, por lo que la
geotermia trata la energía calorífica que se encuentra en el interior de la tierra. La
energía que contiene la tierra se presenta de diferentes formas, ya sea en forma
pasiva, en donde se encuentra almacenada en sustancias fósiles como el gas o el
petróleo, o en forma activa como el magma y movimientos telúricos entre otros.
Cuando se habla de energía geotérmica se refiere a la energía activa que se encuentra
en el interior de la tierra, que se manifiesta a través del calor.
El globo terráqueo posee en su interior un núcleo de materia incandescente,
que se ubica a unos 6000 km de distancia de la superficie y con una temperatura que
alcanza los 6000° C cuyo calor fluye a la superficie de la tierra, derritiendo enormes
cantidades de roca, la cual se le denomina magma. El magma tiende a salir a la
superficie en aquellas regiones más porosas de la corteza o en donde existan fallas, lo
cual se origina principalmente en zonas del globo terráqueo en que las placas
tectónicas entran en contacto entre sí por subducción, es decir, una de ellas se
sumerge por debajo de la otra, lo cual da origen al fenómeno del volcanismo, al
derretirse la corteza que se hunde cuando ingresa al manto terrestre, como
consecuencia de las altas temperaturas que ahí se encuentran. Esto permite que el
magma emerja hacia la superficie formando volcanes y cámaras magmáticas, las que
en algunas oportunidades se encuentran a una distancia susceptible de ser explotada
comercialmente.
Cuando la existencia de estos volcanes no supera los 500.000 años, se trata de
volcanes jóvenes, es decir, es posible encontrar un campo geotérmico de alta
temperatura aún activo. Este fenómeno se presenta principalmente en el llamado
“Cinturón de Fuego del Pacifico”, lugar donde Chile está ubicado íntegramente. Esta es
una región del planeta que se caracteriza por su intensa actividad sísmica y por una
1
amplia actividad volcánica. Esto último es, probablemente, el rasgo más común que se
observa en la historia geológica del país en los últimos 130 millones de año.
Es así como este tipo de energía fluye a la superficie y posibilita su
aprovechamiento la cual se expresa de diferentes formas. La primera de ellas es la lava,
que no es posible de ser aprovechada con la tecnología actualmente existente. Luego
existen los campos geotérmicos de “Roca Seca”, constituidos por rocas calientes,
generalmente impermeables, que se encuentran a altas temperaturas, a través de las
cuales se recircula agua fría desde la superficie. Si bien se han hecho algunos
experimentos con el objeto de aprovechar este tipo de energía, la verdad es que aún no
es económicamente viable, dado la profundidad en la cual se ubican los objetivos de
interés, sobre 5 kilómetros. El tercer sistema geotérmico, denominado hidrotermal,
consiste en depósitos de agua a alta temperatura y presión que se encuentra en estado
líquido o gaseoso en el interior de la tierra, en conjunto con una serie de sales y
minerales disueltos, los que son extraídos por medio de pozos cuya profundidad varia
entre 250 y 1500 metros. Los campos geotérmicos susceptibles de ser explotados en la
actualidad corresponden a este último tipo y su distribución en la naturaleza es bastante
escasa, principalmente en torno al Cinturón de Fuego del Pacífico.
Asociado al volcanismo actual, existen en el país numerosas áreas con
actividad geotérmica. También esta actividad fue abundante en el pasado geológico;
ella fue responsable, en gran medida, de la formación de los extensos yacimientos
mineros de cobre, plata, oro y otros elementos, que constituyen hoy en día una de las
mayores fuentes de riquezas de Chile.
En función de las temperaturas existentes en el reservorio, los campos
geotérmicos pueden ser clasificados como de baja entalpía (menos de 90º C),
moderada entalpía (90º C – 150º C) y de alta entalpía (más de 150º C). En cuanto a la
forma de encontrarse el recurso geotérmico en la naturaleza, existen tres grandes
grupos de presentación, que son: los que se relacionan genéticamente con el
vulcanismo reciente, los que se vinculan con una anomalía de calor por incremento en
el gradiente geotérmico y los que están asociados con el movimiento de aguas
2
meteóricas a grandes profundidades, en zonas de gradiente geotérmico normal. Los
campos geotérmicos vinculados al vulcanismo, en donde algún cuerpo magmático se
ha emplazado en niveles subsuperficiales, en general son de moderada a alta entalpía.
Mientras que los vinculados a incrementos en el gradiente geotérmico por procesos
que no son de origen volcánico o que tienen un gradiente geotérmico normal son de
baja entalpía.
En síntesis, los fluidos geotérmicos que en distintas proporciones se encuentran
distribuidos en la tierra, constituyen un recurso natural que debe ser evaluado para
conocer su potencial y explotados para generar desarrollo. Chile posee 500 volcanes
en tierra,
aproximadamente un 20% de los cuales son activos, tiene un enorme
potencial geotérmico, a juicio de expertos.
La utilización de la geotermia debe concebirse como un proceso continuo y
ordenado del uso de los fluidos geotérmicos para atender los requerimientos de las
actividades productivas y domésticas, que posibiliten un mejoramiento de las
condiciones de vida y de la cantidad y calidad de los productos generados.
Para los fluidos de alta entalpía, sobre 160°C, la aplicación más importante es
la generación de energía eléctrica a través de turbinas de vapor convencionales. En el
mundo existen instalados en la actualidad alrededor de 9.000 MW de potencia
geotermoeléctrica, en 39 países, destacando entre estos, EE.UU., México, Filipinas,
Indonesia, El Salvador, Italia, Islandia, Nueva Zelanda y Japón.
Los fluidos de mediana o baja entalpía, se destinan preferentemente a
aplicaciones no eléctricas en el campo industrial, comercial y residencial, siendo muy
amplia la gama de posibilidades de uso. En Chile son especialmente interesantes las
aplicaciones en los sectores agroindustrial, agrícola, acuícola, turismo y residencial,
más aún en una economía exportadora como la chilena, donde la componente
ambiental tiene una importancia creciente, según se ha ratificado recientemente por el
Protocolo de Kyoto y las exigencias de trazabilidad de los productos.
3
Las fuentes termales de alta entalpía se ubican, por lo general, en las cercanías
de los actuales centros volcánicos emplazados en el eje inhóspito de la Cordillera de
los Andes. Prácticamente toda la población de Chile habita en el Valle Central y la
costa, donde las manifestaciones geotermales son preferentemente de mediana y baja
entalpía y se ubican principalmente en los sectores precordilleranos. Por sus
características la energía geotérmica debe emplearse en el entorno de la fuente de
producción, a menos que se transforme en forma de energía eléctrica.
La geotermia también es utilizada en procesos industriales. Por ejemplo se
ocupa en el secado de madera o de frutas, lavanderías y tintorerías industriales,
curtidurías o en industrias que utilicen agua caliente para sus procesos, como por
ejemplo en la industria lechera para su pasteurización, en donde un litro de leche
requiere aproximadamente de un litro de agua caliente que oscile entre los 30 C° a 40
C°. Otro uso que se le da a la energía geotérmica es en la industria cervecera en
donde se requiere 0,4 litros de agua a una temperatura que oscila entre los 34 C° a 55
C° por litro de cerveza producida. También puede ser empleada en la industria minera
en donde se requiere mantener temperaturas constantes para realizar el proceso de
lixiviación del cobre.
En la geotermia no se requiere de la quema de algún tipo de combustible, el
fluido caliente emerge en forma natural del interior de la tierra, pudiendo ser empleado
directamente como fuente térmica y/o utilizar el vapor en turbinas de potencia.
Chile es un país que se caracteriza por no disponer de una amplia gama de
recursos energéticos convencionales de origen nacional, lo cual, lo convierte en un
importador neto de energía. Esto hace que dependa de los flujos externos y sufra los
vaivenes de los precios que hoy en día experimentan los hidrocarburos, así como los
riesgos de suministro, como está ocurriendo hoy en día con el gas natural proveniente
de Argentina. Visto así, cada vez que en Chile se consume energía, cuantiosos montos
de divisas salen al extranjero, perjudicando la balanza comercial y creando inseguridad
desde el punto de vista energético.
4
A modo de ejemplo de la dependencia de Chile en el sector energético, la cual
se torna cada vez más progresiva en el año 1998, del consumo total de energía, el cual
ascendía a los 220.761 teracalorías (1 billón de calorías = 1012 cal), 148.009 eran de
origen externo. El consumo nacional de petróleo crudo correspondía, en el mismo año
a las 99.109 teracalorías de las cuales solo 2.669 eran de origen interno. En el caso del
gas natural las cifras no son más alentadoras, el consumo alcanzaba la cifra de las
28.243 teracalorías, importándose 18.733. La brecha entre los combustibles de origen
externo y los nacionales se ha acrecentado aún más en el presente.
La energía geotérmica goza de una serie de ventajas que la colocan como uno
de los medios energéticos más beneficiosos para el hombre. En primer lugar, es un
recurso energético limpio, no contaminante, de aquellos denominados como “energía
verde”. La geotermia no emite óxidos de nitrógeno y un muy bajo promedio de azufre,
ambos causantes del fenómeno de la lluvia ácida, que origina la acidificación del suelo,
corrosión de metales, desgaste de edificios y monumentos, graves daños a la
población y a la vegetación, entre otros males. Solo emite 0,14 kilogramos de dióxido
de carbono por megavatio-hora de electricidad generada, lo que la convierte en una de
las fuentes menos contaminantes del mundo. Por cada vatio-hora de energía fósil que
se reemplace por un vatio hora de energía geotérmica se reduce en un 95% la
contribución al efecto invernadero. Con esto la geotermia se transforma en un recurso
energético que ayuda a combatir el calentamiento global que hoy en día sufre el
planeta, conocido como el “efecto invernadero”, causante de grandes inundaciones y
sequías, a las cuales nos vemos expuestos cada vez con mayor frecuencia. Es en
razón de esto que la geotermia es uno de los medios energéticos preferidos por la
Convención de Kyoto. Con esto Chile se convertirá en uno de los pioneros en la
generación de energía limpia y en la creación de Bonos de Carbono en Latino América.
El fluido extraído tampoco produce residuos, ya que este es reinyectado al
interior de la tierra sin que sea vertido en ríos o lagos contaminándolos. Pero la
geotermia no solo no contamina sino que también es amigable con el medio ambiente
ya que convive en perfecta armonía con el entorno en el cual se encuentra y el
ecosistema que lo compone, sin alterar la fauna y su hábitat, o el paisajismo del lugar.
5
No requiere ocupar grandes extensiones de tierra, la superficie utilizada en una planta
geotérmica es mínima. Tampoco afecta la vida de la gente del entorno en donde esta
se encuentra, ni las perjudica, por el contrario la geotermia significa progreso
llevándoles energía y constituyendo una fuente de trabajo, mejorando el nivel de vida
de la comunidad.
La geotermia además es un recurso energético renovable, al ser explotada en
forma criteriosa. La energía que posee la tierra en su interior es inagotable y fluye
constantemente hacia la superficie. La geotermia nos otorga una confiabilidad
inigualable. No depende de factores climáticos como el sol, la lluvia o el viento; ni de
las fluctuaciones que sufren los mercados externos, lo cual nos entrega seguridad en el
abastecimiento e independencia en sus costos. Ella sale de la tierra de manera
constante, hora tras hora, año tras año, no se detiene.
La geotermia es un recurso energético de origen nacional. Chile posee un
potencial energético enorme equivalente en el sector eléctrico a 16.000 MW (A.
Lahsen, U. de Chile) casi el doble de la electricidad que hoy en día se consume.
Una planta geotérmica funciona de forma continua y requiere un menor grado
de mantenciones que otro tipo de plantas. La disponibilidad de una planta geotérmica
supera el 95%, es decir, genera continuamente electricidad, sin generar cortes en el
suministro. Esto significa una seguridad en el abastecimiento y mejor nivel de vida para
la población.
6
2. OBJETIVOS
2.1 Objetivo General
Estudiar las probables aplicaciones de la energía geotérmica en la industria
alimentaria chilena incluyendo un estudio de prefactibilidad económica, buscando
beneficios de su aplicación y ayudar a su competitividad.
2.2 Objetivos Específicos
2.2.1
Estudiar el marco legal de la geotermia en Chile.
2.2.2
Investigar el potencial de la energía geotérmica en Chile.
2.2.3
Determinar aplicaciones de interés en la industria alimentaria nacional.
2.2.4
Desarrollar un estudio de prefactibilidad económica para las aplicaciones de
mayor interés.
2.2.5
Estudiar su impacto en el medio ambiente.
7
3. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN
3.1 Marco Legal de la Geotermia en Chile
Ley Nº 19.657: Sobre Concesiones De Energía Geotérmica (Ministerio De Minería)
En esta sección se entrega un resumen de los aspectos más relevantes de la
presente ley, orientada al objetivo de la memoria.
I.- El Concepto de la Energía Geotérmica
La ley define la energía geotérmica en su artículo tercero: “Se entenderá por
energía geotérmica aquella que se obtenga del calor natural de la tierra, que puede ser
extraída del vapor, agua, gases, excluidos los hidrocarburos, o a través de fluidos
inyectados artificialmente para este fin“.
Esta definición es bastante amplia, ya que envuelve tanto el aprovechamiento
energético por medio de la extracción de fluidos geotérmicos desde la corteza terrestre
como a través de la inyección artificial de ellos, este último se encuentra en vías de
desarrollo en países con un alto avance geotérmico, como Japón y EE.UU.
Las disposiciones de esta ley no se aplicarán a las aguas termales, minerales o
no minerales, que se utilicen para fines sanitarios turísticos o de esparcimiento. La
explotación y utilización de las aguas termales a que se refiere el inciso anterior se
regirán por las disposiciones del decreto con fuerza de ley Nº 237, de 1931, o por las
normas generales o especiales que, en cada caso, fueren aplicables.
8
II.- Tipos de concesiones geotérmicas
El derecho de propiedad sobre la energía geotérmica se obtiene a través de
concesiones otorgadas por la autoridad administrativa. Al igual que en el derecho
minero la ley establece dos tipos: la concesión de exploración y la concesión de
explotación.
La ley señala que la concesión de exploración consiste en el conjunto de
operaciones que tienen por objeto determinar la potencialidad de la energía
geotérmica en una cierta zona geográfica, considerando entre ellas la perforación y
medición de pozos de gradiente y la perforación de pozos exploratorios profundos. En
consecuencia la concesión de exploración confiere el derecho por un plazo
determinado, a realizar los estudios, mediciones y demás investigaciones tendientes a
determinar la existencia de fuentes de recursos geotérmicos, sus características físicas
y químicas, su extensión geográfica y sus aptitudes y condiciones para su
aprovechamiento.
En cuanto a la concesión de explotación, se señala en la ley, que ésta consiste
en el conjunto de actividades de perforación, construcción, puesta en marcha y
operación de un sistema de extracción, producción y transformación de los fluidos
geotérmicos en energía térmica o eléctrica. En consecuencia, la concesión de
explotación confiere el derecho a utilizar y aprovechar la energía geotérmica que exista
dentro de sus límites.
También ésta fue definida como “El acto administrativo mediante el cual el
Ministerio de Minería autoriza por un tiempo indefinido a una persona, natural o
jurídica, para realizar actividades de perforación, construcción, puesta en marcha y
operación de un sistema de extracción, producción y transformación de fluidos
geotérmicos en energía geotérmica o eléctrica, en un área determinada de extensión
territorial, como asimismo, para utilizar y aprovechar la totalidad de la energía
geotérmica que exista dentro de sus límites”.
9
Toda persona natural chilena y toda persona jurídica constituida en conformidad
con las leyes chilenas tendrá derecho a solicitar una concesión de energía geotérmica
y/o a participar en una licitación pública para el otorgamiento de tal concesión.
La solicitud de concesión deberá contener además de la identificación del
solicitante y del terreno sobre el cual se la solicita, los antecedentes generales,
técnicos y económicos del proyecto de exploración o explotación de energía
geotérmica y las inversiones proyectadas para su ejecución.
La ley contempla un mecanismo muy transparente para el otorgamiento de las
concesiones, obligando al solicitante a realizar dos publicaciones de su solicitud, en un
diario de circulación nacional y en otro de circulación regional, correspondiente a la
localidad donde se sitúa la concesión. Si durante este proceso aparecen nuevos
interesados en la concesión, en los plazos considerados en la ley, se realiza una
licitación pública entre los interesados para otorgarla a quien ofrezca las mejores
condiciones al Estado de Chile.
En el caso que se solicite una concesión sobre una fuente probable, el Ministerio
de Minería esta obligado a convocar una licitación pública para su adjudicación. Por
fuente probable se entiende aquellos afloramientos espontáneos de aguas que
contengan calor del interior de la tierra. El Ministerio de Minería a través de un
reglamento, publicado el 28 de junio del 2000, entregó un listado en el cual se
identificaron todas las fuentes probables existentes en el Territorio Nacional, entre las
cuales destacan entre otras, El Tatio, Mamiña, El Flaco, etc.
La concesión de exploración se otorga por un periodo de dos años. La de
explotación tiene plazo ilimitado, en tanto el concesionario, pague la patente anual que
la ampara y cumpla los compromisos asumidos con el Estado indicados en el decreto
supremo respectivo. La patente asciende a un décimo de unidad tributaria mensual por
hectárea concesionada (Aprox. 4,8 US$).
10
3.2 SITUACIÓN ACTUAL Y FUTURA DE LA GEOTERMIA EN CHILE
La geotermoelectricidad en Chile no se ha desarrollado a la fecha, básicamente
por que no había un marco jurídico que lo permitiera, recién se tuvo en el año 2000.
Adicionalmente, debido a que con posterioridad se contaba con gas natural de
Argentina a un precio muy conveniente. Esto último posibilitó a su vez, que hubiese
precios bajos de la electricidad. Influyó en esto además, la política energética que
impera en Chile, cuyos fundamentos, son:
- Diversificación de las fuentes energéticas
- Uso eficiente de la energía
- Neutralidad económica y regulatoria entre las distintas fuentes
De esta forma las fuentes renovables no tradicionales, como la geotermia,
deben competir con el resto en condiciones similares de calidad y precio.
En el último tiempo esta situación sin embargo cambió. La complicada situación
desde el punto de vista energético, que ha vivido Chile a raíz del incumplimiento de
Argentina a los contratos de exportación de gas natural, producto de la incapacidad de
abastecer su propio mercado interno, han hecho plantear a las autoridades chilenas
que se acabó la era del gas natural barato. Como respuesta a lo anterior el gobierno
esta impulsando a través de la empresa Enap un proyecto para importar gas natural
licuado, GNL, el cual permitirá obtener este producto de diversos mercados, pero a un
precio ostensiblemente superior. El gobierno esta impulsando además plantas de
carbón ecológicas, lo que deriva en el cumplimiento de las estrictas emisiones exigidas
por la normativa ambiental vigente. Todo lo anterior hará que el precio de la energía
eléctrica se incremente a valores entre 40 - 50 ctvosUS$/kwh, en el mediano plazo, tal
como ha venido ocurriendo en el último tiempo. Esta opinión es sustentada por
diversos analistas. Para posibilitar el desarrollo del mercado eléctrico con estos nuevos
actores, se aprobó recientemente la llamada Ley Corta II, la cual permite entre otros,
11
suscribir contratos de mediano plazo a precios preestablecidos entre generadores y
distribuidores.
Con estos nuevos precios para el mercado eléctrico y las recientes
modificaciones reglamentarias, los proyectos geotermoeléctricos pasan a ser rentables
para el sector privado, dado que:
- En opinión de la Comisión Nacional de Energía, CNE, con un costo en el entorno
de 40 ctvosUS$/kwh la geotermia compite favorablemente con otras fuentes de
generación de energía eléctrica.
- A raíz de lo anterior y de las perspectivas de precio, la CNE incluyó en el Plan
Indicativo Eléctrico vigente, 300 MW provenientes de proyectos geotérmicos, a contar
del año 2010 como se puede apreciar en el Anexo 1.
- La llegada al país de la empresa italiana Enel, el operador geotermoeléctrico más
antiguo del mundo y uno de los más importantes en la actualidad, que se asoció con la
empresa Enap para desarrollar las concesiones geotérmicas Calabozos y Termas de
Chillán. Enel es un profundo conocedor de este negocio y estudió detenidamente el
potencial y las condiciones del mercado local para tomar esta decisión.
La energía termal presente en el subsuelo es enorme. Un grupo de expertos ha
estimado el potencial geotérmico de cada continente en términos de recursos de alta y
baja temperatura (International Geothermal Association, 2001) como se puede apreciar
en el Anexo 2.
Si se explota correctamente, la energía geotérmica podría verdaderamente
asumir un rol importante en el balance de energía Chileno. En ciertas circunstancias,
incluso recursos geotérmicos de pequeña escala, son aptos para solucionar
numerosos problemas locales y mejorar la calidad de vida de pequeñas comunidades
aisladas.
12
Los datos reportados por Fridleifson (2003) dan alguna idea acerca del rol de la
energía geotérmica respecto de otras fuentes de energía renovables: del total de la
electricidad producida mediante energías renovables, en 1998, esto es 2.826 TWh, el
92% corresponde a hidroelectricidad, el 5,5% a biomasa, el 1,6% a geotérmica, el 0,6%
aeólica, el 0,05% a solar y el 0,02% a mareomotriz. La biomasa constituye el 93% de la
producción total de calor a partir de renovables, la geotérmica representa el 5% y la
calefacción solar el 2%.
13
3.3 APLICACIONES DE LA GEOTERMIA EN LA AGROINDUSTRIA
El uso directo o no eléctrico de la energía geotermal es una de las formas más
antiguas, versátiles y comunes de la utilización de la energía geotérmica en el mundo,
tal como se aprecia en el Anexo 3. Las aplicaciones en baños, calefacción ambiental y
distrital, en agricultura, acuicultura y algunos usos industriales constituyen las formas
más conocidas de utilización, pero las bombas de calor son las más generalizadas
(12,5% del total de la energía utilizada en el año 2000). En menor escala hay muchos
otros tipos de utilización, siendo algunos de ellos poco usuales.
La refrigeración es una opción factible de utilizar geotermia mediante la
adaptación de equipos de absorción. La tecnología de estos equipos es bien conocida
y se encuentra a disposición en el mercado. El ciclo de absorción es un proceso que
utiliza calor como fuente de energía en vez de electricidad. El efecto de refrigeración se
logra mediante la utilización de 2 fluidos: un refrigerante, que circula, se evapora y
condensa, y un segundo fluido o absorbente. Para aplicaciones sobre 0°C
(principalmente en refrigeración y procesos de aire acondicionado), el ciclo utiliza
bromuro de litio como absorbente y agua como refrigerante. Para aplicaciones bajo 0°C
se emplea un ciclo de amoníaco/agua, con amoniaco como refrigerante y agua como
absorbente, los fluidos geotermales proporcionan la energía geotérmica que alimenta
estos equipos, a pesar que su eficiencia disminuye con temperaturas menores que
105°C.
El aire acondicionado geotermal (calefacción y enfriamiento) ha tenido una
considerable expansión desde los años 1980, conjuntamente con la introducción y
generalización del uso de bombas de calor. Los diferentes sistemas de bombas de
calor disponibles permiten extraer y utilizar económicamente el calor contenido en
cuerpos de baja temperatura, tales como suelos, acuíferos someros, lagunas etc.
(Sanner et al, 2003), ver ejemplo en Anexo 4.
Como es sabido, las bombas de calor son máquinas que mueven el calor en
una dirección opuesta a la dirección que tendería naturalmente, esto es, desde un
14
espacio o cuerpo frío a uno más temperado. Una bomba de calor efectivamente no es
más que una unidad de refrigeración (Rafferty, 1997). Cualquier artefacto de
refrigeración (acondicionador de aire de ventana, refrigerador, congelador, etc.)
transmite el calor desde un espacio (para mantenerlo frío) y descarga este calor a
espacios de mayores temperaturas. La única diferencia entre una bomba de calor y
una unidad de refrigeración es el efecto deseado, enfriamiento para la unidad de
refrigeración y calefacción para la bomba de calor. Un segundo factor distintivo de
muchas bombas de calor es que son reversibles y pueden proporcionar ya sea calor o
frío al espacio. Las bombas de calor, por supuesto, necesitan energía para operar pero
en condiciones climáticas apropiadas y con un buen diseño, el balance energético
sería positivo, ver Anexo 5.
Los sistemas de bombas de calor del tipo acoplado al suelo y acoplado al agua
han sido instalados en gran número, en 27 países y totalizan una capacidad termal de
6.875 MW (año 2000). La mayoría de estas instalaciones están en USA (4.800 MW),
Suiza (500 MW), Suecia (377 MW), Canadá (360 MW), Alemania (344 MW) y Austria
(228 MW) (Lund 2001). En estos sistemas se utilizan acuíferos y suelos con
temperaturas en un rango de 5 a 30°C.
Las aplicaciones agrícolas de los fluidos geotermales consisten en calefacción a
campo abierto e invernaderos. El agua termal puede ser utilizada en agricultura a
campo abierto para regar y/o calentar el suelo. La mayor desventaja en el riego con
agua tibia es que para conseguir alguna significativa variación en la temperatura del
suelo, se requieren grandes cantidades de agua a temperaturas suficientemente bajas
como para no dañar las plantas del campo que se debe regar. Una solución posible a
este problema es adoptar un sistema de riego de sub-superficie conectado a una
tubería enterrada de calefacción del suelo. La calefacción del suelo mediante tuberías
enterradas sin sistema de regadío podría disminuir la conductividad térmica del suelo,
a causa de la disminución de la humedad alrededor de la tubería y la consecuente
aislación térmica. La mejor solución parece ser aquella que combina la calefacción del
suelo con el regadío. La composición química de las aguas termales utilizadas en
regadío debe ser cuidadosamente controlada para evitar efectos adversos sobre las
15
plantas. Las principales ventajas del control de la temperatura en la agricultura a
campo abierto son: (a) prevenir cualquier daño provocado por bajas temperaturas
ambientes, (b) extender la estación de cultivo, aumentar el crecimiento de las plantas y
aumentar la producción y (c) esterilizar el suelo (Barbier y Fanelli, 1977).
El empleo más común de la energía geotérmica en agricultura es sin embargo,
en calefacción de invernaderos, los cuales se han desarrollado en gran escala en
muchos países. El cultivo de vegetales y flores fuera de estación o en condiciones
climáticas inapropiadas ahora puede basarse en una tecnología ampliamente
experimentada. Para conseguir las condiciones óptimas de crecimiento se disponen de
varias soluciones basadas en la temperatura óptima de crecimiento de cada planta (ver
Anexo 6), en la cantidad de luz, en la concentración de C02 en el invernadero, en la
humedad del suelo y del aire y en el movimiento del aire dentro del invernadero.
La explotación del calor geotérmico en la calefacción de invernaderos puede
reducir considerablemente sus costos de operación, los cuales en algunos casos
alcanzan el 35% del costo de los productos (vegetales, flores, plantas de interior y
almácigos de árboles).
Las granjas de animales y de especies acuáticas como también aquellas de
vegetales y plantas, se pueden beneficiar en calidad y en cantidad con un
acondicionamiento óptimo de su temperatura ambiente, ver Anexo 7. En muchos casos
las aguas geotermales podrían ser utilizadas provechosamente combinando la crianza
de animales con invernaderos geotermales. La energía requerida para calefaccionar
las instalaciones de crianza es alrededor de un 50% de la requerida para un
invernadero de la misma superficie, así se podría adoptar un sistema de utilización en
línea. La crianza en un ambiente de temperatura controlada mejora la salud del animal,
los fluidos calientes también se pueden utilizar para limpiar, desinfectar y secar los
corrales de los animales y los productos de deshechos (Barbier y Fanelli, 1977).
Acuicultura, es la crianza controlada de organismos acuáticos, actividades que
actualmente esta adquiriendo importancia a nivel mundial, debido al aumento de la
16
demanda. El control de las temperaturas de cultivo de especies acuáticas es de mucho
mayor importancia que respecto de las especies terrestres. Manteniendo artificialmente
una temperatura óptima es posible cultivar mas especies exóticas, mejorar la
producción e incluso, en algunos casos, duplicar el ciclo reproductivo (Barbier y Fanelli,
1977). Las especies que habitualmente son cultivadas incluyen: carpas, barbos,
róbalos, salmonetes, angulas, salmones, esturiones, camarones, langostas, cangrejos
de río, cangrejos, ostras, almejas, ostiones, mejillones y abalones.
Las temperaturas que se requieren para especies acuáticas son generalmente
del orden de 20-30°C. El tamaño de la instalación dependerá de la temperatura del
recurso geotermal, de la temperatura requerida en las piletas de peces y de la pérdida
de calor de éstas.
El rango total de temperatura de fluidos geotérmicos, ya sea vapor o agua,
puede ser empleado en aplicaciones industriales, como se muestra en el diagrama del
Anexo 8. Las diferentes formas posibles de utilización incluye procesos de calefacción,
evaporación, secado, destilación, esterilización, lavado, descongelamiento y extracción
de sales. En 19 países el calor tiene aplicaciones en procesos industriales (Lund et al,
2003), donde las instalaciones requeridas son grandes y con un alto consumo de
energía. Los ejemplos incluyen el fraguado de concreto, el envasado de agua y de
bebidas carbonatadas, la producción de papel y partes de vehículos, la recuperación
de petróleo, la pasteurización de leche, la industria del cuero, la extracción de
productos químicos, la extracción de C02, el uso en lavandería, el secado de
diatomitas, el procesamiento de celulosa y papel y la producción de borato y ácido
bórico. También hay planes para utilizar fluidos geotermales de baja temperatura para
deshielar carreteras y dispersar la neblina en algunos aeropuertos. En Japón, se ha
desarrollado una industria rural que utiliza las propiedades de blanqueado del H2S de
aguas termales, para producir innovadoras telas para vestuario de damas. También en
Japón han experimentado técnicas para fabricar una “madera geotermal” liviana que es
particularmente apropiada para ciertos tipos de construcciones, durante el tratamiento
con agua termal se hidrolizan los polisacáridos de la madera original, tornando el
material más poroso y así más liviano.
17
3.4 ASPECTOS DE INGENIERÍA
Las aguas termales, los géysers, los volcanes de lodo, las fumarolas y las
erupciones volcánicas son manifestaciones de un mismo fenómeno: el calor terrestre.
Este calor proviene del núcleo de la Tierra, que posee una temperatura aproximada de
6.000º C y que está constituido por un núcleo externo de materia fluida y otro interno,
sólido, de hierro. Se puede afirmar que el origen del calor terrestre está relacionado
con la formación de la Tierra. Éste proviene del calor generado por el núcleo terrestre.
La corteza actúa como una especie de aislante de las capas interiores (manto y
núcleo) y por otro lado, los elementos radiactivos, tales como potasio, uranio y torio,
presentes principalmente en la corteza continental, contribuyen parcialmente en la
generación de calor por decaimiento radiactivo (10 microcalorías/gramo/ año).
A partir del calor que produce el planeta, la teoría llamada tectónica de placas
explica los fenómenos geofísicos que se presentan en la superficie, tales como sismos
y volcanes, mediante el mecanismo que lleva el calor del interior a la superficie. La
costra del planeta está constituida de grandes placas de roca que se deslizan unas
sobre otras. Generalmente una placa oceánica se mete abajo de una continental,
provocando fracturas en las rocas por donde pueden escapar gases y vapores de
magma (sílice (Si02) y minerales con hierro y magnesio), formándose burbujas
magmáticas que llegan a las proximidades de la superficie.
El agua que se ha filtrado por las fisuras de la corteza, a lo largo de años y que
se encuentra cerca de una cámara magmática se calienta debido a que el foco de calor
está en contacto con una roca impermeable conductora y ésta ha transmitido el calor
hasta una formación rocosa permeable. En esta última, el agua queda atrapada,
formando un acuífero de agua caliente. Dicha formación se sella en la parte superior
por una capa de sales, que se han desprendido debido a que el agua filtrada disuelve
las sales al pasar por las rocas tal como se observa en la Figura 1:
18
Figura 1: Depósito geotérmico
De esta forma, a profundidades que oscilan entre 0 y 10 km se puede encontrar
un acuífero, en el cual potencialmente puede haber agua caliente, vapor de agua o
ambos.
La temperatura del suelo terrestre aumenta con la profundidad a una razón
promedio de 30º C por kilómetro; sin embargo, las variaciones de la temperatura no
son las mismas en todos los lugares de la Tierra.
La exploración de yacimientos geotérmicos permite localizar aquellos lugares
en los que es posible encontrar agua o vapor a temperaturas elevadas y a
profundidades cercanas a la superficie. Como la perforación de un pozo geotérmico
potencial es muy costosa, se utilizan métodos indirectos que permiten aproximarse
poco a poco a las posibilidades del lugar en cuestión. Entre éstos se puede mencionar
la obtención de imágenes infrarrojas del lugar desde satélites y después desde
aviones, es decir, utilizando la técnica denominada percepción remota, el análisis
19
químico de muestras de roca, la medición directa de la temperatura con termómetros
enterrados en el suelo, la creación de un modelo geológico tridimensional del
yacimiento, las mediciones de la resistividad eléctrica del suelo, la densidad relativa de
las rocas (gravimetría), la reflexión y refracción de las ondas sísmicas, a partir de
mediciones naturales o artificiales (con explosivos).
Una vez que se han agotado los métodos indirectos se procede a la perforación
del pozo, que es similar a la de un pozo petrolero.
Los pozos geotérmicos pueden ser de tres tipos: 1) vapor, 2) de líquido (agua
caliente) y 3) de una mezcla de vapor y líquido. Los yacimientos geotérmicos que
contienen líquido y vapor son los más difíciles de explotar, dado que el agua contiene
sales disueltas y forma una mezcla llamada salmuera. Ésta ocasiona grandes
problemas de corrosión en las instalaciones geotérmicas, que deben resolver los
ingenieros geotérmicos, si quieren que una planta sea duradera.
Para los fluidos geotérmicos de alta entalpía, la aplicación más importante es la
generación de energía eléctrica a través de turbinas de vapor convencionales. En el
mundo existen instalados en la actualidad alrededor de 9.000 MW de potencia
geotermoeléctrica, en 39 países, destacando entre estos: EE.UU., México, Filipinas,
Indonesia, El Salvador, Nicaragua, Italia, Islandia, Nueva Zelanda y Japón. Su
distribución geográfica se muestra en la Figura 2:
20
Figura 2: Distribución de Plantas Geotermoeléctricas en el mundo.
De esta lámina se desprende, como era de esperar, que las plantas de
generación se ubican preferentemente en el Circulo de Fuego del Pacífico, donde
como se dijo anteriormente se dan las condiciones geológicas y geofísicas para la
existencia de los yacimientos geotérmicos del tipo hidrotermal. Estos últimos
constituyen un recurso relativamente escaso en la naturaleza y en todos los países en
que está presente se ha desarrollado, excepto en Chile.
En EE.UU. existen alrededor de 2.800 MW instalados, la gran mayoría en los
estados de California y Nevada. Para estos, la geotermia representa un 6 y 10%
respectivamente, de su potencia eléctrica total instalada. En Filipinas, con 1.850 MW
representa un 27%. En el Salvador representa un 14%, en Nicaragua un 32%, y en
México un 4,5%. Caso aparte es Islandia, donde la geotermia representa alrededor del
70% de la energía total consumida. De esta forma la geotermoelectricidad ha
21
demostrado ser una solución perfectamente viable en aquellos países donde está
presente el recurso.
En la Gráfica del Anexo 9 se muestra esquemáticamente el proceso de
producción en una planta geotermoeléctrica. El fluido geotérmico fluye a la superficie a
través de los pozos productores, en ésta se separa el vapor de la fase líquida, la cual
se reinyecta de inmediato al yacimiento por razones ambientales y para mantener el
ciclo de producción. El vapor por su parte, se envía a una turbina convencional la cual
acciona el generador de energía eléctrica. El número de pozos de producción depende
de la potencia instalada y de las características del yacimiento. Normalmente un pozo
puede producir entre 5 y 10 MW de potencia.
En la Gráfica del Anexo 10 se muestra con mayor detalle la etapa de
separación, la turbina y el generador. Aparece además, el circuito de condensación del
vapor de salida de la turbina, el cual también se reinyecta, a menos que el agua tenga
un mercado como podría ser en la zona norte de Chile. Es importante destacar que
tanto la salmuera (brine) producida en la primera etapa de separación, que se
encuentra a muy alta temperatura, como el condensado producido en la segunda etapa
a menor temperatura, pueden emplearse antes de su reinyección a costos marginales
muy cercanos a cero, como fuente de calor en múltiples aplicaciones, como son la
balneología, turismo, calefacción, proyectos agroindustriales, etc.
La temperatura promedio del agua o vapor geotérmicos varia entre 150 y 340º
C, aunque con fluidos de mediana entalpía también puede aprovecharse la energía
geotérmica, a través de la tecnología de ciclos binarios. En estos, el fluido geotérmico
intercambia calor con otro de menor punto de ebullición, normalmente se usa el
isopentano, el cual realiza el trabajo mecánico en la turbina, según se muestra en la
Figura 3.
Con este tipo de tecnología es posible instalar plantas de una gran variedad de
tamaños, incluso inferiores a 1 MW. Este hecho y la posibilidad de utilizar como fuente
22
de energía calórica la salmuera geotérmica abren grandes posibilidades de uso a la
geotermia en proyectos agropecuarios, industriales, turísticos, etc.
Las profundidades a las que se encuentra un pozo geotérmico oscilan entre 200
y 3500 m. La eficiencia real de una planta geotérmica es de 11 a 13% y la duración
promedio de un pozo geotérmico es de 20 años y más.
Figura 3: Diagrama de una central geotérmica.
23
3.5 ESTUDIO DE PREFACTIBILIDAD ECONOMICA
3.5.1 Consideraciones de Costo
Los elementos que tienen que ser considerados en cualquier estimación de
costos, ya sea de planta o de costos de operación y del precio de los “productos” de la
energía geotérmica, son todos más numerosos y más complicados que en otras formas
de energía. Todos estos elementos, deben por lo tanto, ser cuidadosamente evaluados
antes de emprender un proyecto geotérmico. Solo es posible ofrecer algunas pocas
indicaciones de carácter general las cuales, junto con la información acerca de las
condiciones locales y del costo de los fluidos geotermales disponibles, podría ayudar al
potencial inversionista a tomar una decisión.
- Un sistema recurso-planta (instalación de energía geotérmica) está constituido
por los pozos geotermales, los ductos que transportan los fluidos geotermales, la
planta de utilización y frecuentemente el sistema de pozos de reinyección. La
interacción de todos estos elementos influye fuertemente en los costos de inversión y
por lo tanto deben estar sujetos a un cuidadoso análisis. Para dar un ejemplo, en la
generación de electricidad, una planta de descarga a la atmósfera es la solución más
simple y consecuentemente más barata que una planta de condensación de la misma
capacidad. Estas sin embargo, requieren para operar más del doble del vapor que una
planta de condensación y consecuentemente al menos, el doble de los pozos para
abastecerla. Como los pozos son muy costosos, la planta eléctrica de condensación es
efectivamente una opción más barata que una planta de descarga atmosférica. En
efecto, esta última es elegida usualmente por razones diferentes a la económica.
- Los fluidos geotermales pueden transportarse en tuberías termalmente
aisladas a distancias razonablemente grandes. En condiciones ideales puede ser de
hasta 25 km de largo. Sin embargo, las tuberías, los equipos auxiliares necesarios
(bombas, válvulas, etc) y su mantención, son todos bastante costosos y podrían pesar
fuertemente en el costo de capital y en los costos de operación de la planta geotermal.
24
Por lo tanto, la distancia entre el recurso y el lugar de utilización debe mantenerse lo
mas corta posible.
- El costo del capital de una planta geotérmica es habitualmente mayor que una
planta similar alimentada por combustibles convencionales. Contrariamente, la energía
que acciona una planta geotérmica cuesta considerablemente menos que el
combustible convencional y su costo corresponde al costo de mantención de los
elementos
geotermales
de
la
planta
(ductos
de
vapor,
válvulas,
bombas,
intercambiadores de calor, etc.). El mayor costo de capital debería recuperarse por el
ahorro en costos de energía. Por lo tanto el sistema recurso-planta debería
programarse para una duración suficiente como para amortizar el costo inicial y en lo
posible para una duración mayor.
- Se pueden obtener ahorros apreciables adoptando sistemas integrados que
permitan un factor de utilización mayor (por ejemplo, combinando calefacción
ambiental y refrigeración) o sistemas en línea, donde las plantas están conectadas en
serie, cada una utilizando el fluido de la planta precedente (por ejemplo, generación de
electricidad + calefacción de invernaderos + crianza de animales).
- Con el objeto de reducir los costos de mantención y las paralizaciones, la
complejidad técnica de la planta debería ser de un nivel accesible al personal técnico
local o a los expertos que se tenga disponibles. Técnicos altamente especializados
serían idealmente necesitados solo para operaciones de mantención de gran magnitud
o para averías mayores.
- Finalmente, si la planta geotérmica se destina para producir productos de
consumo, debe llevarse a cabo, con anterioridad, un cuidadoso estudio de mercado
para garantizar las salidas de estos productos. La infraestructura necesaria para el
transporte económico de los productos, desde el sitio de producción hasta los
consumidores, si no existiese debería ser incluida en el proyecto inicial.
25
Tal como se ha explicado anteriormente la geotermia tiene múltiples
aplicaciones al ser utilizada como fuente de calor directo, en proyectos agroindustriales, turísticos, etc.
Con el objeto de profundizar en este tema, se considera un yacimiento
geotérmico de baja entalpía altamente factible de descubrir en la zona Precordillerana
del Valle Central, en opinión de expertos, esto es: caudal 50 m3/hora con una
temperatura en superficie de 70° C y profundidad al objetivo de 350 metros.
La campaña exploratoria para poner en evidencia este yacimiento, sería:
- Estudio geológico detallado del área de interés.
- Campaña geofísica para determinar la profundidad del basamento y localizar
el reservorio.
- Perforación de un pozo de exploración de diámetro reducido, con el objeto de
verificar los resultados del estudio geológico-geofísico.
Si los resultados son alentadores, se perforará un pozo de producción con un diámetro
de 5 ½ “.
Los costos estimados de esta campaña, son en miles de US$:
Estudio geológico detallado
30,0
Estudio geofísico
60,0
Pozo exploratorio diámetro reducido
42,0
Pozo de producción comercial
360,0
Equipos del pozo
85,0
Metrología de la instalación
30,0
Equipos diversos (cañerías, válvulas, etc.)
60,0
Total
667,0
26
El costo del pozo de producción, incluyendo equipamiento, fue estimado en
base a la perforación realizada por Enap en las Termas de Chillán el año 1987.
El costo del pozo exploratorio de diámetro reducido (slim hole), se estimó por
parte de empresas prestadoras de este servicio, en 120,0 US$ por metro.
Utilizaciones Potenciales:
Se considera un empleo en cascada del recurso geotérmico anteriormente
descrito, con dos niveles de temperatura de utilización.
Nivel 1:
Invernaderos, con el recurso geotérmico, 50 m3/h a 70 °C, se podría calefaccionar como mínimo 1,5 hectáreas. El ahorro energético proporcionado por el sistema
geotérmico sería aproximadamente de 450 toneladas de petróleo, Tep, por año, donde
1 Tep equivale a 11.630 kWh.
Nivel 2:
El agua geotermal saliente de los invernaderos a una temperatura de 40 a 45
°C, con un potencial aprovechable superior a 1 MW térmico, se utilizara en piscicultura,
lo cual permite un crecimiento óptimo de las especies al disponer de la temperatura
requerida y una producción importante en una superficie limitada.
Las experiencias realizadas en Europa y otros países demuestran que la
velocidad de crecimiento de una especie en particular, se puede duplicar si se utiliza
agua a la temperatura adecuada en los viveros. Un MW térmico permite calentar
27
estanques para producir aproximadamente 5 toneladas de pescado por año. El ahorro
energético así alcanzado sería más o menos de 500 Tep por año.
Las inversiones estimadas requeridas para materializar estas iniciativas, son en miles de
US$:
Nivel 1
Instalación del sistema de calefacción de los invernaderos
Instalación de una caldera de apoyo para períodos de muy baja
150, 0
60,0
temperatura
Nivel 2
Sistema de distribución de agua caliente en la piscicultura
60,0
Equipos diversos
95,0
Común
Monitoreo y telecontrol
Total
95,0
460,0
3.5.2. Chequeo Económico
Se supondrá que el único beneficio de este proyecto será la sustitución de un
combustible fósil, 950 Tep por año, por fluido geotérmico. Esto es, no se consideran los
beneficios derivados de la explotación del invernadero y de la piscicultura, al suponer
que estos se podrían lograr de igual forma con cualesquier tipo de combustible.
Como combustible a sustituir se considera el caso más favorable, Fuel Oil 5 o 6,
a un costo puesto en la planta de 7 US$ por millón de BTU y con un poder calorífico de
18.300 BTU por libra. De esta forma las 950 Tep a sustituir tienen un costo de US$ 268
miles por año.
28
Considerando la inversión total del sistema, US$ 1.127 miles y el costo de
operación y mantención anual, estimado en US$ 80 miles, el cual incluye: personal,
supervisión, limpieza de las tuberías de conducción, incluyendo la del pozo y otros
menores, se puede determinar el tiempo de retorno bruto de la inversión, TRB, en base
a la siguiente expresión:
TRB =
I
(E – M)
En que:
TRB, tiempo de retorno bruto de la inversión en años
I, inversión total
E, beneficio por ahorro de combustible
M, costo de operación y mantención
Haciendo las sustituciones resulta un TRB de 6 años, el cual es bastante
razonable para un proyecto con una vida útil de 20 años o más.
Se asume que no hay costos asociados a la disposición del fluido geotérmico
frío, como es el caso de las aguas termales actualmente en uso en los
establecimientos balneológicos.
Otra forma de medir la conveniencia económica de la geotermia es determinar
el costo por unidad energética del fluido a la salida del pozo productor. La inversión a
29
considerar en este caso es solamente la asociada a la exploración y perforación del
pozo productor, esto es US$ 667 miles. Los costos de operación para este caso se
pueden estimar en US$ 35 mil por año. La energía suministrada corresponde a la
variación de entalpía del agua, esto es, 98 BTU por libra, para los 50 m3 por hora entre
los 70 y 15° C. Aplicando estos valores a la siguiente expresión del costo nivelado,
resulta:
CN = I0 + Σ1n M
Σ1n E
En que,
CN, costo nivelado en boca de pozo
I0, inversión hasta boca de pozo
Σ1n, sumatoria año 1 al n
M, costo anual de operación y mantención
E, energía anual suministrada por el fluido geotérmico
Cuadro Resumen:
Periodo
Costo Nivelado en Boca de Pozo
5 años
1,9 US$ por MMBTU
10 años
1,2 US$ por MMBTU
15 años
0,9 US$ por MMBTU
30
Estos valores compiten bastante bien con los combustibles fósiles alternativos, Fuel Oil
7 US$ por MMBTU, Petróleo Diesel 9 – 10 US$ por MMBTU o Gas Licuado 13 – 14
US$ por MMBTU.
En resumen se puede concluir que la geotermia es competitiva con las fuentes
energéticas fósiles alternativas en el sector industrial, como son el Fuel Oil, Petróleo
Diesel y el Gas Licuado. Su inconveniente es que debe utilizarse en lugares próximos a
los pozos productores, no más allá de 25 kilómetros y que los recursos se ubican
preferente en la alta cordillera o en la zonas precordilleranas, donde son abundantes
de acuerdo a las manifestaciones termales en superficie. En el valle central
aparentemente son escasos, de acuerdo al nivel de conocimiento que se tiene hoy día.
Para avanzar en este punto es necesario generar información geológica básica
orientada al desarrollo de la geotermia en Chile, hoy en día ésta es prácticamente
inexistente. El Ministerio de Minería ha formulado un proyecto para avanzar en este
tema a través del Servicio Nacional de Geología y Minería.
En la Tabla 1 del Anexo 11, se muestra la energía y costos de inversión para la
producción de energía eléctrica mediante fuentes renovables.
Las observaciones anteriores deben aplicarse a cualquier forma de utilización
de la energía geotérmica y cualquiera sean las condiciones locales. Para una idea
cuantitativa acerca de las inversiones y de los costos se recomienda el World Energy
Assessment Reporte elaborado por UNDP, UN-DESA y el World Energy Council,
publicado en 2000. Los datos del WEA aparecen en las tablas 4 y 5, que también
comparan la energía geotérmica con otras formas de energía renovable (Fridleifsson,
2001).
En la Tabla 2 del Anexo 11, se muestra la energía y costos de inversión para
usos directos de fuentes renovables.
31
3.5.3. Simulación y Comparación Energética
Para efectos de comparar los consumos de energía al utilizar diferentes tipos
de combustible, se tomaron 5 casos reales de diferentes empresas de la industria de
alimentos.
Primer Caso: Equipo de Secado de Industria “X” Elaboradora de Alimento de
Mascotas
Se tomo el caso de una industria “X” elaboradora de alimentos de mascotas
con una producción anual aproximada de 35.000 Toneladas. La elaboración de este
tipo de alimentos consta del siguiente proceso:
•
Recepción: Se recepcionan las distintas materias primas y previo a un control
de calidad se almacenan en las bodegas de almacenamiento de materias
primas.
•
Pre-Molienda: Se muelen todas las materias primas como por ejemplo el
maíz, la soya, la harina de carne, la harina de arroz, la coseta, etc. en molinos
de tipo martillo, dejándolas con una granulometría de 3,0 a 4,0 mm de
espesor.
•
Mezclado: Se mezclan todas las materias primas de las distintas dietas según
su formulación.
•
Post-Molienda: En esta etapa se da a la dieta una terminación de 1.000 a
1.200 micrones de espesor.
•
Extrusión: Se extruye la masa a altas temperaturas y presión y se dan las
distintas formas a los pellets de los diferentes productos.
•
Secado: Los pellets ingresan al secador con una humedad inicial de un 21% a
una temperatura de 110 – 140 °C y salen con una humedad de un 8,5 % a
una temperatura de 70 – 75 °C. El tiempo de residencia en el secador es de
27 minutos.
32
•
Adición de Cobertura: Mediante un mezclador de paletas se adiciona al
producto aceites y saborizantes.
•
Enfriado: Mediante aire forzado se baja la temperatura del producto a
temperatura ambiente.
•
Envasado: Se envasa el producto terminado, para lo cual se dispone de 9
silos de almacenamiento.
•
Almacenamiento de Producto Terminado: El producto terminado se almacena
en las bodegas de almacenamiento a condiciones de humedad y temperatura
adecuadas previo a un control de calidad.
•
Equipo: Secador Aeroglide Corporation Serial # 03057-02 Drier de la
empresa “X” elaboradora de Alimento de Mascotas
Este equipo secador se utiliza en el proceso de elaboración de alimento de
mascotas para secar los pellets como aparece en el diagrama de bloque, para lo cual:
-
El consumo de Gas Licuado por Ton de Producto = 27,6 L/Ton
-
Si un Batch de producción tarda 27 minutos y equivalen a 3 Ton de producto y
si se supone que se elaboran 15,6 Batchs de producción por cada turno de
trabajo, entonces el consumo de gas licuado por turno es = 1.288 L/turno
Se considera que cada turno de trabajo es de 8 horas, pero para efectos de
cálculos se consideraron solamente 7 horas de real efectividad de trabajo.
-
Si se realizan 3 turnos de trabajo por día, entonces el consumo de gas diario
es
= 3.864 L/día
= 1.020,7 Gal/día
Se consideraron 28 días de trabajo al mes, por lo tanto el consumo de gas
mensual
es
= 28.579,6 Gal/mes
-
El poder calorífico del gas licuado de petróleo (GLP) = 97.083,0 BTU/Gal
33
-
Por lo tanto el consumo mensual es = 2.774.593.306,8 BTU/mes
= 2.774,6 MMBTU/mes
-
El precio equivalente de GLP es = 11,79 US$/MMBTU (Precio conservardor)
-
Por lo tanto el gasto mensual del consumo energético es = 32.712,5 US$/mes
-
El precio equivalente de la energía geotermal es = 1,90 US$/MMBTU (en boca
de pozo en sector cordillerano o precordillerano con proyección a 5 años)
-
Por lo tanto el gasto mensual del consumo energético es = 5.271,7 US$/mes
En el siguiente cuadro, se resume el consumo actual de energía que consume
el equipo Secador Aeroglide Corporation Serial # 03057-02 Drier de la empresa “X”
elaboradora de Alimento de Mascotas, tanto para 1 mes, 6 meses y 1 año y se
comparan los distintos gastos monetarios al utilizar como fuente de energía el gas
licuado de petróleo versus la energía geotermal para los mismos periodos de tiempo.
Cuadro Resumen
Consumos/Gastos
1 Mes
6 Meses
1 Año
Consumo Actual de Energía
MMBTU
2.774,6
16.647,6
33.295,1
Gastos Consumos GLP
US$
32.712,5
196.274,7
392.549,5
Gastos Consumos Geotermia
US$
5.271,7
31.630,4
63.260,7
Ahorro Acumulado
US$
27.440,7
164.644,4
329.288,7
34
Segundo Caso: Caldera de la empresa “X” Elaboradora de Alimento de
Mascotas
Se tomará el mismo ejemplo de la industria “X” elaboradora de alimento de
mascotas del primer caso, en este caso la caldera se utiliza para la producción de
vapor para el equipo de extrusión de el proceso de elaboración de pellets para
alimentación animal, para lo cual:
-
El consumo de Diesel por Ton de Producto = 11,6 L/Ton
-
Si la producción diaria equivale aproximadamente a 140,4 Ton
-
Entonces el consumo de gas diario es = 1.628,6 L/día
= 430,2 Gal/día
-
Si se consideran 28 días de trabajo al mes, el consumo de gas mensual
es
= 12.046,4 Gal/mes
-
El poder calorífico del Diesel = 131.036,0 BTU/Gal
-
Por lo tanto el consumo es = 1.578.517.311,8 BTU/mes
= 1.578,5 MMBTU/mes
-
El precio equivalente del Diesel es = 8,0 US$/MMBTU
-
Por lo tanto el gasto del consumo energético es = 12.628,1 US$/mes
-
El precio equivalente de la energía geotermal es = 1,90 US$/MMBTU (en boca
de pozo en sector cordillerano o precordillerano con proyección a 5 años)
-
Por lo tanto el gasto del consumo energético es = 2.999,2 US$/mes
En el siguiente cuadro, se resume el consumo actual de energía del equipo de
caldera de la empresa “X” Elaboradora de Alimento de Mascotas, tanto para 1 mes, 6
meses y 1 año y se comparan los distintos gastos monetarios al utilizar como fuente de
energía el diesel versus la energía geotermal para los mismos periodos de tiempo.
35
Cuadro Resumen
Consumos/Gastos
1 Mes
6 Meses
1 Año
Consumo Actual de Energía
MMBTU
1.578,5
9.471,1
18.942,2
Gastos Consumos Diesel
US$
12.628,1
75.768,8
151.537,7
Gastos Consumos Geotermia
US$
2.999,2
17.995,1
35.990,2
Ahorro Acumulado
US$
9.629,0
57.773,7
115.547,5
36
Tercer Caso: Industria “Z” Elaboradora de Quesos
La empresa “Z” se dedica a la fabricación de quesos, la cual tiene una demanda
térmica del proceso que satisface principalmente 2 calderas de generación de agua
caliente a 100/110°C y a 2 grupos frigoríficos que enfrían agua a 0/1°C, siendo el
proceso de pasteurización el de mayor consumo térmico.
El tipo de combustible utilizado en este proceso, es el gas licuado del petróleo
(GLP) con un consumo equivalente a 9,81 tep mensuales y un consumo de energía
eléctrica de 73,35 MWh por mes, de lo que se desprende lo siguiente:
-
El consumo de Gas Licuado = 9,81 tep/mes
= 388.635.349,5 BTU/mes
= 388,6 MMBTU/mes
-
El precio equivalente de GLP es = 11,79 US$/MMBTU (Precio conservardor)
-
Por lo tanto el gasto mensual del consumo energético es = 4.582,0 US$/mes
-
El precio equivalente de la energía geotermal es = 1,90 US$/MMBTU (en boca
de pozo en sector cordillerano o precordillerano con proyección a 5 años)
-
Por lo tanto el gasto mensual del consumo energético es = 738,4 US$/mes
En el siguiente cuadro, se resume el consumo actual de energía que consume
la industria “Z” elaboradora de quesos, tanto para 1 mes, 6 meses y 1 año y se
comparan los distintos gastos monetarios al utilizar como fuente de energía el gas
licuado de petróleo versus la energía geotermal para los mismos periodos de tiempo.
37
Cuadro Resumen
Consumos/Gastos
1 Mes
6 Meses
1 Año
Consumo Actual de Energía
MMBTU
388,6
2.331,8
4.663,6
Gastos Consumos GLP
US$
4.582,0
27.492,1
54.984,1
Gastos Consumos Geotermia
US$
738,4
4.430,4
8.860,9
Ahorro Acumulado
US$
3.843,6
23.061,6
46.123,2
Consumo de Energía Eléctrica
-
El consumo de energía eléctrica = 73,4 Mwh/mes
= 250.328753,1 BTU/mes
= 250,3 MMBTU/mes
-
El precio equivalente de energía eléctrica es = 21,8 US$/MMBTU
-
Por lo tanto el gasto mensual del consumo energético es = 5.457,2 US$/mes
-
El precio equivalente de la energía geotermal es = 1,90 US$/MMBTU (en boca
de pozo en sector cordillerano o precordillerano con proyección a 5 años)
-
Por lo tanto el gasto mensual del consumo energético es = 475,6 US$/mes
En el siguiente cuadro, se resume el consumo actual de energía que consume
la industria “Z” elaboradora de quesos, tanto para 1 mes, 6 meses y 1 año y se
comparan los distintos gastos monetarios al utilizar como fuente de energía la energía
eléctrica versus la energía geotermal para los mismos periodos de tiempo.
38
Cuadro Resumen
Consumos/Gastos
1 Mes
6 Meses
1 Año
Consumo Actual de Energía
MMBTU
250,3
1.502,0
3.003,9
Gastos Consumos Energía Eléctrica
US$
5.457,2
32.743,0
65.486,0
Gastos Consumos Geotermia
US$
475,6
2.853,7
5.707,5
Ahorro Acumulado
US$
4.981,5
29.889,3
59.778,5
39
Cuarto Caso: Planta Elaboradora de Concentrados de Fruta
La concentración de jugos de fruta se lleva a cabo mediante la evaporación de
el contenido inicial de agua de la fruta, produciéndose un jarabe. En este caso este
proceso se lleva a cabo mediante un evaporador de tipo Stokes, de efecto simple,
dotado de una camisa para ingreso de vapor de calefacción, ver figura de Anexo 12.
Este proceso se realiza a una presión reducida de 2,8886 lbf/pulg2
(vacuométrica). El medio de calefacción es vapor saturado de 20,780 lbf/pulg2
(manométrica) que circula por la doble pared. Se ha estimado que el área de
transferencia de calor tanto interna como externa son prácticamente iguales a 54 pie2
debido a que el espesor es de sólo 0,2 pulgadas. Se estima que existe un 5 % de
perdida del calor cedido por el vapor de calefacción.
La planta elaboradora de concentrados de fruta procesa aproximadamente
5.000 kg diarios de fruta, para lo cual se desprende lo siguiente:
-
El consumo de Diesel por Ton de Producto = 54,5 L/Ton
-
Si se procesan 2,5 Ton de producto por turno, entonces el consumo de diesel
por turno es = 136,3 L/turno
-
Si se realizan 2 turnos de trabajo por día, entonces el consumo de diesel es
= 272,5 L/día
= 72,0 Gal/día
Se consideraron 24 días de trabajo de lunes a lunes, por lo tanto el consumo de
gas mensual
es
= 1.727,7 Gal/mes
-
El poder calorífico del Diesel = 131.036,0 BTU/Gal
-
Por lo tanto el consumo mensual es = 226.388.947,4 BTU/mes
= 226,4 MMBTU/mes
-
El precio equivalente del Diesel es = 8,0 US$/MMBTU
40
-
Por lo tanto el gasto mensual del consumo energético es = 1.811,1 US$/mes
-
El precio equivalente de la energía geotermal es = 1,90 US$/MMBTU (en boca
de pozo en sector cordillerano o precordillerano con proyección a 5 años)
-
Por lo tanto el gasto mensual del consumo energético es = 430,1 US$/mes
En el siguiente cuadro, se resume el consumo actual de energía que consume
el equipo de evaporación de una industria elaboradora de concentrados de fruta, tanto
para 1 mes, 6 meses y 1 año y se comparan los distintos gastos monetarios al utilizar
como fuente de energía el gas licuado de petróleo versus la energía geotermal para los
mismos periodos de tiempo.
Cuadro Resumen
Consumos/Gastos
1 Mes
6 Meses
1 Año
Consumo Actual de Energía
MMBTU
226,4
1.358,3
2.716,7
Gastos Consumos Diesel
US$
1.811,1
10.866,7
21.733,3
Gastos Consumos Geotermia
US$
430,1
2.580,8
5.161,7
Ahorro Acumulado
US$
1.381,0
8.285,8
16.571,7
41
Quinto Caso: Planta Elaboradora de Masas de Panadería y Bollería
Esta industria dedica su actividad a la producción y comercialización de masas
de panadería congeladas destinadas al consumo una vez horneadas, su planta consta
de una instalación frigorífica y cámara de almacenamiento de congelados que consta
de los siguientes datos técnicos:
•
Dimensiones:
- Volumen cámara: 3.446 m3
- Volumen antecámara y pasillo conexión: 603 m3
.
•
Condiciones de operación cámara:
- Capacidad en servicio continuo: 20.000 kg
- Temperatura mínima en la cámara: –25°C
- Temperatura de entrada de las masas: 5°C
- Temperatura ambiente exterior media: 15°C
•
Capacidad frigorífica (watios /h):
- Temperatura de evaporación: –30°C.
- Temperatura de condensación: 45°C.
- Rendimiento frigorífico compresor: 33.400 W/h
Las características de las instalaciones son las siguientes:
Cámara: Paneles de poliuretano y dimensiones entre ejes pilares de 30,5 x 11,3 m en
planta y una altura libre en el interior de la cámara de 10 m.
Antecámara: Un muelle refrigerado de dimensiones en planta 9 x 8 m y 4 m de altura.
Pasillo de conexión: Rampa y pasillo de 21 x 3 y 5 metros altura.
42
Aislamiento de paredes y techo de cámara: Paneles “sándwich” un núcleo de
espuma de poliuretano, 175 mm de espesor, con acabado lacado en sus caras vistas.
Todas las esquinas con barrera de vapor.
Instalación frigorífica: Capaz de proporcionar una temperatura de –25°C en el interior
de la cámara frigorífica. La potencia frigorífica se obtiene en base a dos equipos
frigoríficos de 28.700 frigorías/hora cada uno, funcionando a –30°C de temperatura de
evaporación y con una temperatura ambiente de 36°C
Considerando una producción de 20.000 kg/h a –25°C de temperatura y
paneles de aislamiento con un coeficiente global de transmisión de calor de 0,33
kcal/m2, la energía eléctrica consumida en la instalación frigorífica es:
- Compresor: 27.232 W/h
- Ventilador y otros: 6.910 W/h
- Consumo total máximo: 34.142 W/h
Considerando 16 horas de trabajo del equipo de frío y 24 días de trabajo al
mes, se obtiene un consumo de energía equivalente a: 13.094,4 Kwh/mes
-
El consumo de energía eléctrica = 13.094,4 Kwh/mes
= 44.651.904,0 BTU/mes
= 44,7 MMBTU/mes
-
El precio equivalente de energía electrica es = 21,8 US$/MMBTU
-
Por lo tanto el gasto mensual del consumo energético es = 973,4 US$/mes
-
El precio equivalente de la energía geotermal es = 1,90 US$/MMBTU (en boca
de pozo en sector cordillerano o precordillerano con proyección a 5 años)
-
Por lo tanto el gasto mensual del consumo energético es = 84,8 US$/mes
En el siguiente cuadro, se resume el consumo actual de energía que consume
la industria elaboradora de Masas de Panadería y Bollería, tanto para 1 mes, 6 meses
43
y 1 año y se comparan los distintos gastos monetarios al utilizar como fuente de
energía la energía eléctrica versus la energía geotermal para los mismos periodos de
tiempo.
Cuadro Resumen
Consumos/Gastos
1 Mes
6 Meses
1 Año
Consumo Actual de Energía
MMBTU
44,7
267,9
535,8
Gastos Consumos Energía Eléctrica
US$
973,4
5.840,5
11.680,9
Gastos Consumos Geotermia
US$
84,8
509,0
1.018,1
Ahorro Acumulado
US$
888,6
5.331,4
10.662,9
44
3.6. Impacto Medioambiental
Durante la década de los años 1960, cuando el medio ambiente era más sano
que en la actualidad y se estaba menos preocupado de alguna amenaza a la tierra, la
energía geotérmica era aún considerada una “energía limpia”. Actualmente no hay
forma de producir o de transformar la energía a una forma que sea utilizable por el
hombre sin ocasionar algún impacto directo o indirecto sobre el ambiente. Incluso la
forma más antigua y simple de producir energía térmica esto es, quemando madera
tiene un efecto nocivo y la deforestación, unos de los mayores problemas de los años
recientes, empezó cuando nuestros ancestros cortaron árboles para cocer su alimento
y calefaccionar sus casas. La explotación de la energía geotérmica también tiene un
impacto sobre el ambiente, pero sin duda es una de las formas de energía menos
contaminante.
Fuentes de contaminación
En la mayoría de los casos el grado con que la explotación geotérmica afecta el
ambiente es proporcional a la magnitud de su explotación (Lunis y Breckenridge,
1991). La generación de electricidad en plantas de ciclo binario afectan el ambiente en
la misma forma que los usos directos del calor. Los efectos son potencialmente
mayores en el caso de plantas eléctricas convencionales de retropresión o
condensación, especialmente respecto de la calidad del aire, pero pueden mantenerse
dentro de límites aceptables.
Cualquier modificación al ambiente debe evaluarse cuidadosamente, de
acuerdo con las disposiciones legales, (las cuales en algunos países son muy
severas), pero también debido al hecho que una aparentemente insignificativa
modificación podría gatillar una cadena de eventos cuyo impacto es difícil de evaluar
completamente en forma previa. Por ejemplo, un mero incremento de 2-3°C en la
temperatura de un cuerpo de agua debido a la descarga del agua de desecho de una
planta podría dañar su ecosistema. Las plantas y organismos animales que son más
sensibles a las variaciones de temperaturas podrían desaparecer, dejando a las
45
especies vegetales sin su fuente de alimentación. Un incremento en la temperatura del
agua podría impedir el desarrollo de las ovas de otras especies de peces. Si estos
peces son comestibles y proporcionan el necesario sustento a una comunidad de
pescadores, su desaparición podría ser crítica para la comunidad.
El primer efecto perceptible sobre el ambiente es el de la perforación, ya sean
pozos superficiales para medir el gradiente geotérmico en la fase de estudio, o bien,
pozos exploratorios o de producción. La instalación de la maquinaria de sondaje de
todo el equipo accesorio vinculado a la construcción de caminos de acceso y a la
plataforma de perforación. Esta última requiere un área que va de los 300 a 500 m2,
para una sonda pequeña (profundidad máxima de 300 – 700 m) y 1200 a 1500 m2 para
una sonda mediana (profundidad máxima de 2000 m). Estas operaciones modificarán
la morfología superficial del área y podrían dañar las plantas y la vida silvestre local.
Durante la perforación o las pruebas de flujo pueden descargarse a la atmósfera gases
no deseados. Normalmente los impactos sobre el medio ambiente causados por
sondajes terminan una vez que estos son completados.
La etapa siguiente, de instalación de tuberías que transportarán los fluidos
geotermales y la construcción de la planta de utilización, también afectan a plantas y
animales y a la morfología de la superficie. La vista panorámica se modificará a pesar
que en algunas áreas tales como Larderello, Italia, las redes de tubería que cruzan el
paisaje y las torres de enfriamiento de las plantas eléctricas se han convertido en una
parte integral del panorama e incluso constituyen una famosa atracción turística.
También surgen problemas ambientales durante la operación de la planta. Los
fluidos geotermales (vapor o agua caliente) normalmente contienen gases tales como
dióxido de carbono (CO2), ácido sulfhídrico (H2S), amoniaco (NH3), metano (CH4) y
trazas de otros gases, como también químicos disueltos cuyas concentraciones
usualmente aumentan con la temperatura, por ejemplo, cloruro de sodio (NaCl), boro
(B), Arsénico (As) y Mercurio (Hg). son una fuente de contaminación si se descargan al
ambiente. Algunos fluidos geotermales, tales como aquellos utilizados en calefacción
distrital en Islandia, son aguas potables, pero esto es muy raro. Las aguas de desecho
46
de las plantas geotérmicas tienen también una mayor temperatura que la del ambiente
y por lo tanto constituyen una potencial contaminación termal.
La contaminación del aire puede tornarse un problema cuando se genera
electricidad mediante plantas eléctricas convencionales. El ácido sulfhídrico es uno de
los principales contaminantes. El umbral de olor para el sulfuro de hidrógeno en el aire
es alrededor de 5 partes por billón en volumen y ciertos efectos fisiológicos leves
pueden ocasionarse a concentraciones levemente mayores (Weres, 1984). Sin
embargo, se pueden adoptar varios procesos para reducir las emisiones de este gas.
El dióxido de carbono también está presente en los fluidos utilizados en las plantas
geotermoeléctricas, a pesar que de estas plantas se descarga mucho menos C02 que
de las plantas alimentadas por combustibles fósiles: 13-380 g por cada kWh de
electricidad producida en plantas geotérmicas comparado con los 1042 g/kWh de las
plantas a gas natural (Fridleifsson, 2001), las plantas de ciclo binario para generación
eléctrica y las plantas de calefacción distrital también pueden ocasionar mínimos
problemas, que pueden tornarse simples mediante la adopción de sistemas de circuito
cerrado que evitan las emisiones gaseosas.
La descarga de aguas de desecho también es una potencial fuente de
contaminación química. El empleo de fluidos geotermales con altas concentraciones de
constituyentes químicos tales como Boro, Flúor o Arsénico requiere que estos fluidos
sean tratados y/o reinyectados en el reservorio. Los fluidos geotermales de baja a
moderada temperatura utilizados en la mayoría de las aplicaciones de uso directo
generalmente tienen bajos niveles de químicos disueltos y la descarga de los fluidos
empleados es rara vez un problema mayor. Algunos de estos fluidos a menudo pueden
descargarse a las aguas superficiales después de ser enfriados (Lunis y Breckenridge,
1991). Las aguas deben ser enfriadas en piletas o estanque especiales de
almacenamiento para evitar modificaciones de los ecosistemas de cuerpos naturales
de aguas (ríos, lagos e incluso el mar).
La extracción de grandes cantidades de fluidos de un reservorio geotermal
puede ocasionar fenómenos de subsidencia, esto es, un gradual hundimiento del
47
terreno. Este fenómeno es irreversible, pero no catastrófico ya que es un proceso lento
que se distribuye sobre grandes áreas. En varios años de descenso de la superficie de
la tierra podrían alcanzarse niveles detestables, en algunos casos de unas pocas
decenas de centímetros e incluso metros, y por lo tanto debería ser monitoreado en
forma sistemática, ya que podría afectar la estabilidad de las construcciones
geotermales y algunos hogares del vecindario. En muchos casos la subsidencia puede
ser evitada o reducida mediante la reinyección de las aguas geotermales previamente
utilizadas.
La eliminación y/o reinyección de los fluidos geotermales puede gatillar o
aumentar la frecuencia sísmica en ciertas áreas. Sin embargo estos son micro sismos
que solo pueden detectarse mediante instrumentos, la explotación de recursos
geotermales difícilmente podría gatillar sismos mayores, y no se sabe que los haya
provocado.
El ruido asociado al funcionamiento de plantas geotermales podría ser un
problema cuando se trata de plantas geotermoeléctricas. Durante la fase de producción
ocurre el mayor grado de ruido del vapor transportado a través de las tuberías y la
ocasional descarga de vapor. Normalmente estos son aceptables. En las plantas
eléctricas la principal contaminación acústica proviene de los ventiladores de las torres
de enfriamiento, de los inyectores de vapor y el zumbido de las turbinas (Brown, 2000).
En las aplicaciones directas del calor el ruido generado es normalmente despreciable.
48
3.7. Discusión Global
•
En estos momentos y en el futuro Chile enfrentará una situación complicada
desde el punto de vista energético producto del alto precio de el petróleo en el mercado
internacional, la inseguridad creciente del suministro del gas natural abastecido desde
Argentina, la incorporación del gas natural licuado, la lejanía del mercado de las
grandes fuentes de generación hidroeléctricas que se ubican en la región de Aisén, la
inseguridad en el suministro de petróleo de países con un alto nivel de incertidumbre
ya sea político, religioso, económico, países como Arabia Saudita, Irán, Irak,
Venezuela, etc.. El problema de los precios no es un problema puntual sino que es
estructural en la industria, ósea la oferta no es lo suficientemente competitiva para
satisfacer una demanda creciente fuertemente impulsada por la economía China e
Indú.
•
Otro factor que complica el escenario energético mundial es el fenómeno del
calentamiento global del planeta, lo cual está introduciendo drásticos cambios en el
clima, hoy existe gran conciencia de este problema lo que se refleja en el protocolo de
Kioto y lo concerniente a los bonos de carbono. Todos los combustibles de origen fósil
contribuyen a acrecentar este problema, lo que hacen los adelantos tecnológicos es
mitigarlos pero no lo eliminan. Chile como país exportador debe incorporar fuentes
energéticas que contribuyan a solucionar este problema de tal forma de tener una
buena imagen frente a los consumidores de nuestros productos.
•
En Chile la energía geotermal no se ha desarrollado a pesar de poseer un gran
potencial a juicio de expertos, producto de la gran cantidad de volcanes activos y no
activos que existen en nuestro territorio, aproximadamente 500, de los cuales alrededor
de un 20% son activos. Existen además más de 200 manifestaciones geotérmicas en
superficie entre la I y XII región, según un catastro realizado por el Servicio Nacional de
Geología y Minería (Ref. Mapa de fuentes de aguas termales de Chile).
•
La inversión inicial de una planta geotérmica es habitualmente mayor que una
planta similar alimentada por combustibles convencionales. Contrariamente, la energía
49
que acciona una planta geotérmica cuesta considerablemente menos que el
combustible convencional y su costo corresponde al costo de mantención de los
elementos
geotermales
de
la
planta
(vapor,
ductos,
válvulas,
bombas,
intercambiadores de calor, etc.). El mayor costo de capital debería recuperarse por el
ahorro en costos de energía. Por lo tanto el sistema recurso-planta debería
programarse para una duración suficiente como para amortizar el costo inicial y en lo
posible para una duración mayor.
•
En relación a la generación de la energía eléctrica a partir de la geotermia
existe hoy en el país una actividad pequeña pero creciente que debería llevar a la
instalación de los primeros 100 MW hacia el año 2011 y 2012, según el plan indicativo
sectorial eléctrico preparado por la CNE (comisión nacional de energía) con amplias
posibilidades de aplicaciones en proyectos agroindustriales.
•
Las posibles aplicaciones de la energía geotermal en la agroindustria chilena
son muy numerosas, destacando proyectos de acuicultura, invernaderos, de secado,
etc. en definitiva procesos que involucren intercambios de calor, para lo cual se
recomienda utilizar sistemas integrados de procesos que permitan un factor de
utilización mayor del recurso, derivando en la obtención de sistemas más eficientes.
•
En el caso de las aplicaciones de uso directo en Chile, hay una actividad muy
insipiente en el campo de la piscicultura y calefacción comercial. Acá se requiere un
fuerte impulso del estado para posibilitar el desarrollo en esta área, lo cual
probablemente se lleve a la práctica en el presente gobierno que se inicia, por lo que
se ha planteado en los programas de gobierno fundamentalmente referido a la
diversificación de la fuente energética.
•
La única área de la geotermia en Chile que se ha desarrollado es la
balneología, con aproximadamente 30 recintos termales ubicados desde la primera a la
onceava región.
50
•
La energía geotermal tiene un impacto bajo en el medio ambiente ya que
prácticamente es despreciable la producción de CO2 por MW/h generado al producir
energía eléctrica en comparación al uso del gas natural, petróleo diesel y carbón.
Además no produce azufre ni compuestos derivados. Sin embargo la mayor parte de
los fluidos geotérmicos producen cantidades menores de ácido sulfhídrico, el cual es
posible abatir técnicamente procesando los gases de escape de la turbina.
•
Se ha demostrado con el análisis económico realizado que la energía
geotérmica es competitiva como fuente térmica de uso directo en la industria
agropecuaria nacional en general, frente a otras fuentes energéticas como el gas
licuado, la energía eléctrica, el diesel, tomando escenarios de precios muy
conservadores para estos últimos.
•
La geotermia entre sus puntos débiles en Chile destaca el hecho de que es un
recurso que se encuentra en la alta cordillera o en la precordillera. Con el escaso
conocimiento que hoy día se tiene se supone que no está presente en el valle, lo cual
podría cambiar una vez que se explore lo suficiente, ya que todas las manifestaciones
en superficie se encuentran en estas zonas. Estos obliga a que las industrias se
instalen en estos sectores por tal que la energía geotermal no es transportable como
tal a menos que se transforme en energía eléctrica.
•
Otra punto que atenta contra el desarrollo de la geotérmica es el escaso
conocimiento que hay de los sistemas geotérmicos producto de la nula exploración
realizada en Chile. Los grandes actores de la industria geotérmica nacional, Enel
(Italia) y Enap están generando su propia información, la cual es privada. Los
pequeños usuarios de la energía geotérmica no pueden hacer por lo que el estado de
Chile debiera cumplir esta función como ocurre en otros países del mundo.
•
Otra limitante de la industria geotérmica en Chile es que no existe una cultura
geotérmica, lo que se traduce en una carencia de técnicos, profesionales, servicios
especializados, empresas contratistas, lo que obliga a importarlos a un costo elevado,
este es otro vacío que debería ser llenado por el estado de Chile.
51
•
La Corporación de Fomento CORFO, tiene planes de fomento del uso de las
energías renovables no convencionales entre las cuales se encuentra la geotermia. A
través de este se entregan subsidios en el entorno de los U$ 50.000 por proyecto
destinados a la realización de estudios factibilidad técnico-económico.
52
4. CONCLUSIONES
•
Chile tiene un gran potencial geotérmico que si se explota correctamente, la
energía geotérmica podría asumir verdaderamente un rol importante en el
balance de energía de Chile.
•
Se estudiaron las aplicaciones de la energía geotérmica en la industria
alimentaría donde se incluyo una evaluación económica a nivel de perfil para
los siguientes casos:
- Industria elaboradora de Alimento de Mascotas
- Industria Elaboradora de Quesos
- Industria Elaboradora de Concentrados de Fruta
- Industria Elaboradora de Masas de Panadería y Bollería
En todas ellas se encontró que la geotermia compite favorablemente con los
combustibles alternativos considerados, como son energía eléctrica, gas
licuado y petróleo diesel. Se debe hacer notar que en todos los casos se
consideró precios muy conservadores para estos últimos.
•
La energía geotermal se augura como una gran alternativa frente al gran
problema de desabastecimiento energético al que se esta viendo enfrentado.
•
La geotermia es una energía “limpia”, lo que contribuye a los graves problemas
de contaminación que hoy esta enfrentando nuestro planeta.
•
La energía geotérmica es competitiva como fuente térmica de uso directo en la
industria agropecuaria nacional, en comparación a otras fuentes energéticas
como el gas licuado, la energía eléctrica, el diesel, tomando escenarios de
precios muy conservadores para estos últimos.
•
La geotermia tiene un marco jurídico probado en la práctica hace ya diez años.
53
•
Entre las desventajas de la energía geotermal se puede encontrar que es un
recurso que necesita un alto costo de inversión, que la planta se tiene que
ubicar cercana al pozo geotermal que por lo general se encuentran en la alta
cordillera o en la precordillera y que en Chile existe poco conocimiento de los
sistemas geotérmicos.
54
5. REFERENCIAS
•
BARBIER, E. and FANELLI, M., 1977. Non-electrical uses of geothermal
energy. Prog. Energy Combustion Sci., 3, 73-103.
•
BEALL, S. E, and SAMUELS, G., 1971. The use of warm water for heating and
cooling plant and animal enclosures. Oak Ridge National Laboratory, ORNLTM-3381, 56 pp.
•
BROWN, K. L., 2000. Impacts on the physical environment. In: Brown, K.L., ed.,
Environmental Safety and Health Issues in Geothermal Development, WGC
2000 Short Courses, Japan, 43—56.
•
Charlas de representante de Enel y CNE en el Seminario Latinoamericano de
Geotermia, realizado en Santiago entre el 11 y 15 de abril de 2005, con el
auspicio del Circum Pacific Council for Energy and Mineral Resources y la
CEPAL.
•
Charla del representante del Ministerio de Minería y otras, en el III Simposio
Chileno Alemán: Geotermia y Energía Solar, realizado en Santiago el 24 de
mayo de 2005 bajo el auspicio de la Cámara Chilena Alemana de Comercio.
•
FRIDLEIFSSON, I.B., 2001. Geothermal energy for the benefit of the people.
Renewable and Sustainable Energy Reviews, 5, 299-312.
•
FRIDLEIFSSON, I. B., 2003. Status of geothermal energy amongst the world’s
energy sources. IGA News, No.52, 13-14.
•
GUDMUNDSSON, J.S., 1988. The elements of direct uses. Geothermics,
17,119—136.
55
•
Ingeniero de Perforaciones de ENAP, Sr. Ljubomir Tomasevic, Fono 2803000.
•
INTERNATIONAL GEOTHERMAL ASSOCIATION, 2001. Report of the IGA to
the UN Commission on Sustainable Development, Session 9 (CSD-9), New
York, April.
•
LUND, J. W., SANNER, B., RYBACH, L., CURTIS, R., HELLSTROM, G., 2003.
Ground-source heat pumps. Renewable Energy World, Vol.6, no.4, 218-227.
•
LUNIS, B. and BRECKENRIDGE, R., 1991. Environmental considerations. In:
Lienau, P.J. and Lunis, B.C.,eds., Geothermal Direct Use, Engineering and
Design Guidebook, Geo- Heat Center, Klamath Falls, Oregon, pp.437—445.
•
Mapa de Fuentes de Aguas Termales de Chile, Subdirección Nacional de
Geología, Sernageomin.
•
Página Web de la Comisión Nacional de Energía, www.cne.cl
•
Profesor Alfredo Lahsen, Departamento de Geología, Universidad de Chile,
Beauchef 850.
•
RAFFERTY, K., 1997. An information survival kit for the prospective residential
geothermal heat pump owner. Bull. Geo-Heat Center , 18, 2, 1—11.
•
SANNER, B., KARYTSAS, C., MENDRINOS, D. and RYBACH, L., 2003.
Current status of ground source heat pumps and underground thermal energy
storage. Geothermics, Vol.32, 579-588.
•
WERES, O., 1984. Environmental protection and the chemistry of geothermal
fluids. Lawrence Berkeley Laboratory, Calif. , LBL 14403, 44 pp.
56
Anexo N° 1
Tabla: Plan Indicativo Eléctrico vigente de la CNE (Comisión Nacional de Energía,
http://www.cne.cl)
Proyecto
Turbina PSEG
Candelaria CA
Coya-Pangal
Campanario
Hornitos
La Higuera
Quintero I
Pan de Azucar I
Concepción I
Quintero 01 CA
Confluencia
CNE Geotermia
Quintero II
Quintero 02 CA
Hualpen 01 CA
CNE Geotermia
Hualpen 02 CA
CNE Geotermia
Neltume
Maitencillo I
Hualpen I
Quintero 03 CA
Valdivia I
Tipo
Diesel - GNL
Diesel - GNL
Hidro Pasada
Gas Natural Ciclo Combinado
Hidro Pasada
Hidro Pasada
Gas Natural Licuado Ciclo
Combinado
Carbón
Gas Natural Licuado Ciclo
Combinado
Gas Natural Licuado Ciclo Abierto
Hidro Pasada
Geotermia
Gas Natural Licuado Ciclo
Combinado
Gas Natural Licuado Ciclo Abierto
Gas Natural Licuado Ciclo Abierto
Geotermia
Gas Natural Licuado Ciclo Abierto
Geotermia
Hidro Embalse
Carbón
Carbón
Gas Natural Licuado Ciclo Abierto
Carbón
Potencia
MW
50
250
25
405
55
155
Calendario
Oct-04
Jul-05
Abr-06
Abr-07
Oct-07
Ene-08
385
Abr-08
400
Oct-08
385
Abr-09
125
145
100
Ene-10
Ene-10
Abr-10
385
May-10
125
125
100
125
100
403
400
400
125
400
Ene-12
Ene-11
Abr-11
Ene-13
Abr-12
Abr-12
Jul-13
Ago-13
Ene-14
Abr-14
57
Anexo N° 2
Tabla: Potencial geotérmico mundial, (International Geothermal Association, 2001)
Recursos de alta temperatura adecuados para
generación eléctrica
Europa
Asia
Africa
Norteamérica
Latinoamérica
Oceanía
Potencial
Mundial
Recursos de baja
temperatura
adecuados para uso
directo en millones de
TJ/año de calor (límite
inferior)
Tecnología
Convencional en
TWh/año de
electricidad
Tecnología
Convencional y
Binaria en TWh/año
de electricidad
1830
2970
1220
1330
2800
1050
3700
5900
2400
2700
5600
2100
>370
>320
>240
>120
>240
>110
11200
22400
>1400
58
Anexo N° 3
Tabla: Usos no eléctricos de la energía geotérmica en el mundo (2000): energía
térmica instalada en (MWh) y uso de la energía en (TJ/año)
(International geothermal association, 2001)
País
Alemania
Argelia
Argentina
Armenia
Australia
Austria
Bélgica
Bulgaria
Canadá
Caribe
Chile
China
Colombia
Corea
Croacia
Dinamarca
Egipto
Eslovaquia
Eslovenia
Estados Unidos
Filipinas
Finlandia
Francia
Georgia
Grecia
Guatemala
Holanda
Honduras
Hungría
India
Energía
Térmica
Instalada
(MW)
Energía
(TJ/año)
397,0
100,0
25,7
1,0
34,4
255,3
3,9
107,2
377,6
0,1
0,4
2282,0
13,3
35,8
113,9
7,4
1,0
132,3
42,0
3766,0
1,0
80,5
326,0
250,0
57,1
4,2
10,8
0,7
472,7
80,0
1568,0
1586,0
449,0
15,0
351,0
1609,0
107,0
1637,0
1023,0
1,0
7,0
37908,0
266,0
753,0
555,0
75,0
15,0
2118,0
705,0
20302,0
25,0
484,0
4895,0
6307,0
385,0
117,0
57,0
17,0
4086,0
2517,0
59
Indonesia
Islandia
Israel
Italia
Japón
Jordania
Kenia
Lituania
Macedonia
México
Nepal
Noruega
Nueva Zelanda
Peru
Polonia
Portugal
Reino Unido
Republica Checa
Rumania
Rusia
Serbia
Suecia
Suiza
Tailandia
Tunisia
Turquía
Venezuela
Yemen
Total
2,3
1469,0
63,3
325,8
1167,0
153,3
1,3
21,0
81,2
164,2
1,1
6,0
307,9
2,4
68,5
5,5
2,9
12,5
152,4
308,2
80,0
377,0
547,3
0,7
23,1
820,0
0,7
1,0
15.145
43,0
20170,0
1713,0
3774,0
26933,0
1540,0
10,0
599,0
510,0
3919,0
22,0
32,0
7081,0
49,0
275,0
35,0
21,0
128,0
2871,0
6144,0
2375,0
4128,0
2386,0
15,0
201,0
15756,0
14,0
15,0
190.699,0
60
Anexo N° 4
Aplicación típica de sistema de bomba de calor (Sanner et al., 2003)
61
Anexo N° 5
Esquema de una bomba de calor en calefacción (Sanner et al., 2003)
62
Anexo N° 6
Curva de crecimiento de algunas cosechas (Beall and Samuels, 1971)
63
Anexo N° 7
Efectos de la temperatura en el crecimiento o producción de animales comestibles.
(Beall and Samuels, 1971)
64
Anexo N° 8
Diagrama que muestra la utilización de los fluidos geotérmicos, (Gudmundsson, 1988)
65
Anexo N° 9
Proceso de Producción de una Planta Geotermoeléctrica, (Gudmundsson, 1988)
66
Anexo N° 10
Etapa de separación: una turbina y un generador, (Gudmundsson, 1988)
Geothermal Power Plant Cycle
CYCLONE
SEPARATOR
ELE CTRIC AL
GE NE RATOR
CYCLONE
SCRUBBER
UP TO 4 KM
C ONDENSER
TURBINE STE AM EXHAUS T
v
V
v
v
v
V
V
V
PSI
v
V
STEA M
COOLING
TOWER
v
V
STEAM
STEAM
TURBINE
PU MP
COL D CONDE NS ATE
CON DENS ATE
FLASHING TO
STEAM-BRINE MIXTURE
IN BOREHOLE
RESERVOIR BRINE
PUMP
CONDENSATE
INJECTIO N
WELL
BRINE
INJECTION
WELL
67
Anexo N° 11
Tabla 1: Energía y costos de inversión para producción de energía eléctrica mediante
fuentes renovables (Fridleiffson, 2001)
Costo Actual
Posible costo
Costo de la Planta
de la Energía
futuro de la
a la entrega
U$¢/kWh
energía U$¢/kWh
U$¢/kWh
Biomasa
5 - 15
4 – 10
900 – 3000
Geotérmica
2 - 10
1–8
800 – 3000
Eólica
5 - 13
3 - 10
1100 – 1700
Solar (fotovoltaica)
25 - 125
5 – 25
5000 – 10000
Solar (electricidad térmica)
12 - 18
4 – 10
3000 – 4000
Mareomotriz
8 - 15
8 - 15
1700 - 2500
Tabla 2: Energía y costos de inversión para usos directos de fuentes renovables
(Fridleiffson, 2001)
Costo de la
Costo Actual de
Posible costo futuro
la Energía
de la energía
U$¢/kWh
U$¢/kWh
1-5
1–5
250 – 750
Geotérmica
0,5 - 5
0,5 – 5
200 – 2000
Eólica
5 - 13
3 - 10
1100 – 1700
3 - 20
2 – 10
500 – 1700
Biomasa (incluye etanol)
Calor solar de baja
temperatura
Planta a la
entrega
U$¢/kWh
68
Anexo N° 12
Figura 1: evaporador de tipo Stokes de la Industria Elaboradora de Concentrados de
Fruta
Vapor
generado
Vapor de
calefacción
Solución en
ebullición
Condensado
69