Impacto en superficie

Todos los sistemas energéticos, ya generen moléculas o electrones, requieren la construcción de infraestructuras, como pozos, turbinas, tuberías, centrales eléctricas, líneas de transmisión, etc. Se necesita espacio en superficie para albergar las instalaciones de producción en todos los ámbitos, sea cual sea la fuente de energía. Afortunadamente, dado el diseño, el despliegue y el uso de muchos sistemas energéticos a escala de servicios públicos diferentes durante más de un siglo, tenemos un conocemos a fondo el impacto de superficie que (al menos históricamente) han sido necesarias para estos sistemas. La innovación ha reducido el impacto en superficie a medida que los sistemas han evolucionado con el tiempo, la experiencia y el reconocimiento de la importancia de la conservación del suelo como objetivo secundario. ¹

En este momento, la energía geotérmica tiene la huella en superficie más pequeña en comparación con otras fuentes de energía. Los proyectos geotérmicos utilizan entre 1 y 8 acres por megavatio (MW) frente a los 5-10 acres por MW de las operaciones nucleares y los 19 acres por MW de las centrales eléctricas de carbón.² Una planta binaria solo necesita el 2% del terreno necesario para una instalación de energía solar con una capacidad similar. Sin embargo, el uso total de la tierra podría aumentar a medida que surjan nuevas tecnologías que requieran el almacenamiento de salmueras de aguas residuales y la refrigeración/condensación de fluidos. Con cualquier tecnología energética, debemos considerar otras formas indirectas en que se altera la tierra. Los investigadores analizan las modificaciones del terreno debidas a las líneas de transmisión, la extracción de materiales para la infraestructura, la eliminación de la vegetación (que puede provocar un aumento del polvo y la erosión del suelo), y mucho más. Estos impactos son comunes a cualquier tipo de infraestructura energética, pero difieren en función de la fuente de energía y deben tenerse en cuenta a la hora de elaborar un perfil energético para una comunidad. ³

Las torres de refrigeración de la planta hidrotermal Ormat Tungsten Mountain, situada en Nevada⁴

Aprendizajes del petróleo y el gas

En una investigación relevante para el desarrollo de la energía geotérmica, Pierre, et al., (2017⁵ ; 2020⁶ ) informaron sobre una serie temporal de alteración de la superficie terrestre a partir de plataformas de perforación (y, por extrapolación, de la construcción de oleoductos) para las zonas de Eagle Ford y la cuenca Pérmica de Texas, respectivamente. Mostraron un espectro de escenarios actuales de alteración del terreno que dependían del grado de perforación y del número de plataformas de perforación de pozos múltiples, aunque la restauración tras las actividades in situ ha mitigado algunos de estos impactos. Dado que es probable que el desarrollo de la energía geotérmica en Texas siga el paradigma de la perforación utilizada en el petróleo y el gas, también conocida como «perforación en plataforma», esta investigación ofrece una perspectiva de cómo podría ser el despliegue de la energía geotérmica a gran escala en Texas. ⁷

A partir de principios de la década de 2000, los yacimientos no convencionales (de esquisto y roca compacta) se convirtieron en la principal fuente de exploración de energía fósil, lo que condujo a una mayor superficie de apoyo por pozo necesaria para cada pozo, en particular en el tamaño de la plataforma de perforación; 1,5 hectáreas o más, mucho más grande que las plataformas de pozos típicas (Johnson, 2010⁸). Debido a la necesidad de un espaciamiento lateral ajustado y un volumen de drenaje mucho menor por pozo, el espaciamiento de las plataformas de pozos se ha vuelto más estrecho, creando patrones de alteración del paisaje más densos (McClung & Moran, 2018⁹ ).¹⁰

Un sitio de producción representativo de un proceso de perforación de plataforma de pozos múltiples en la cuenca Denver-Julesburg (cuenca DJ)

Tenga en cuenta que, aunque el número de plantas geotérmicas en los Estados Unidos es relativamente pequeño, y actualmente no hay ninguna planta geotérmica en Texas, la experiencia que podría transferirse de la industria del petróleo y el gas es significativa, especialmente con respecto a las necesidades de uso de la tierra. Ambas industrias requieren plataformas de perforación para albergar los pozos, ambas se benefician de la perforación horizontal y la estimulación (en el caso de EGS), y ambas conectan las bocas de pozo a la infraestructura que captura un producto energético. ¹¹

Eólica

Las instalaciones de generación de energía renovable, específicamente en forma de instalaciones eólicas y solares, también impactan en los paisajes de diversas maneras. La alteración del terreno por la energía eólica en particular difiere de otras fuentes de energía, no solo porque la torre, la turbina y las palas están sobre el suelo, sino también porque las palas tienen una envergadura que supera con creces su huella en superficie. Diferentes investigadores abordan el impacto total (directo e indirecto) de la energía eólica terrestre de manera diferente. Un estudio muy citado (Denholm, et al., 2009¹²) evaluó 172 proyectos existentes o propuestos (en ese momento), centrándose más en la superficie de tierra ocupada y menos en la intensidad del impacto. Estos investigadores ilustraron los matices del impacto directo de las plataformas de turbinas, las carreteras, las áreas de apoyo, etc., y un uso más vago y subjetivo del uso indirecto de la tierra que se incluye en el área total, incluidos los espacios entre las turbinas o las propias palas (dependiendo de la longitud de la pala). ¹³

La alteración del terreno para la energía eólica en particular a veces se define vagamente, porque el terreno entre las turbinas, todavía dentro del límite de la instalación, a menudo permanece en uso (por ejemplo, para la agricultura), de ahí el uso de dos valores diferentes de intensidad de uso del suelo para la energía eólica; uno solo para el uso del suelo para la torre (Wind-), y el otro que incluye el espacio entre las torres (Wind+). Los impactos en los hábitats, las especies aviares y otras operaciones del sitio (por ejemplo, otras infraestructuras) a menudo son específicos del sitio y requerirían análisis específicos, a veces hasta el nivel de especie, o enfoques de servicios ecosistémicos. ¹⁴

El parque eólico Brazos, también conocido como el parque eólico Green Mountain Energy, cerca de Fluvanna, Texas. Observe el ganado pastando debajo de las turbinas.

Solar

La alteración del terreno por la infraestructura de energía solar es más fácil de cuantificar que la de la energía eólica porque los paneles fotovoltaicos y el hardware relacionado están más cerca del suelo, a menudo entre uno y dos metros por encima de la superficie. Además, la infraestructura suele estar más densamente empaquetada, lo que elimina algunas de las ambigüedades de los impactos indirectos, como es el caso de las turbinas. Como informan Lovering, et al., (2022¹⁵ ), la intensidad de uso del suelo para los paneles fotovoltaicos solares montados en el suelo es más de 40 veces mayor que para la energía geotérmica. ¹⁶

Geotérmica

En general, en todas las tecnologías, es difícil determinar un único valor representativo del uso del suelo para todas las instalaciones y diseños geotérmicos. Una estimación de rango medio oscila entre 500 megavatios por kilómetro cuadrado (o 0,49 acres por megavatio) (DOE, 1997¹⁷ ) a aproximadamente 1.000 megavatios por kilómetro cuadrado (0,97 acres por megavatio (Lovering, et al., 2022¹⁸ ). Algunos factores relevantes para las necesidades de tierra geotérmica son la calidad y la extensión lateral del yacimiento, el factor de eficiencia de la planta y el número y las distancias interespaciales entre las plataformas de perforación y las tuberías necesarias para mover los fluidos.¹⁹

Un factor clave en el uso total de la tierra es la necesidad potencial de almacenar salmueras de aguas residuales, particularmente en el caso de los sistemas geotérmicos convencionales. Aunque es menos probable que esto sea relevante en Texas a medida que se implementen los conceptos de próxima generación, si es necesario, estos recipientes podrían aumentar el uso de la tierra en un 75 por ciento. ²⁰

Una vez que se completa la perforación, los sistemas geotérmicos de próxima generación (EGS, etc.) ofrecen el potencial de huellas más pequeñas en relación con los sistemas hidrotermales de dos maneras. En primer lugar, se prevé que estos sistemas estén en las bajas decenas de megavatios por instalación, con una densidad de instalaciones baja por razones geofísicas. Por lo tanto, la generación probablemente se ubicará inmediatamente adyacente a la plataforma de perforación, minimizando la huella creada cuando se necesitan tuberías sobre o debajo del suelo para mover el combustible. En segundo lugar, las turbinas emergentes basadas en CO₂ supercrítico han demostrado una reducción de orden de magnitud o mayor en tamaño en comparación con las turbinas de ciclo Rankine orgánico de última generación actuales, lo que permite una pequeña huella posterior a la perforación. Estas nuevas tecnologías pueden permitir que los componentes de la turbomaquinaria de la planta geotérmica de próxima generación para una planta piloto de varios megavatios quepan dentro del tamaño de un contenedor de camión con remolque (Sage Geosystems, 2021²¹ ).²²

Dicho esto, actualmente, incluso los conceptos de planta de próxima generación requerirán refrigeración/condensación de fluidos, lo que contribuye a la huella en superficie de los desarrollos geotérmicos. Además, el clima en los meses de verano plantea un desafío para las tecnologías tradicionales de refrigeración por aire en los estados que tienden a ser calurosos en el verano, y puede aumentar el requisito de pies cuadrados de los sistemas de refrigeración para mantener la eficiencia del rendimiento. Esta es un área donde se necesita tanto innovación como pilotaje para comprender mejor el impacto que tendrán los requisitos de refrigeración/condensación de la planta geotérmica en la huella de los nuevos desarrollos futuros. ²³

Otras consideraciones sobre el uso del suelo

El impacto de las líneas de transmisión constituye la mayor fuente del rango en las estimaciones de uso del suelo reportadas en alrededor de 0,215 a 1,485 kilómetros cuadrados por planta de 30 a 50 megavatios. Esto es equivalente a aproximadamente nueve acres por megavatio, asumiendo una capacidad de 40 megavatios, que es una huella similar a la de la energía solar a escala de servicios públicos. ²⁴

Para reducir aún más una huella de tierra efectiva y los posibles problemas de fragmentación de la tierra, se deben considerar las prácticas de remediación y conservación del sitio en las etapas iniciales del diseño de la instalación y luego implementarlas tan pronto como sea posible, de modo que se minimicen los impactos a largo plazo. Se observaron reducciones medibles en la alteración regional de la tierra en el juego Eagle Ford Shale (Pierre, et al., 2015 ²⁵), uno de los más grandes de Texas, después de que se implementaron prácticas consistentes de recuperación de tierras.²⁶

Las perturbaciones por la eliminación de la vegetación pueden aumentar el potencial de emisión de polvo, lo que puede ser un peligro respiratorio en los humanos, especialmente para la energía solar a escala de servicios públicos, con el paleteado y la nivelación de los paneles, los marcos y los anchos. La erosión del polvo, aunque potencialmente significativa en la eficiencia de los paneles solares a largo plazo, probablemente no sea un problema en el contexto geotérmico. ²⁷

Créditos de imagen:

Cooling towers Ormat Tungsten Mt hydrothermal plant Nevada FOGIT: The Future of Geothermal in Texas, Ormat Technologies
Multi-well production site DJ Basin: Hilary Olson
Wind turbine blade transport on I-35: Alexi Kostibas via Wikipedia
Green Mountain Energy Wind Farm: Leaflet via Wikipedia

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