Sistemas geotérmicos de alta temperatura
Los sistemas geotérmicos de alta temperatura son atractivos para el desarrollo comercial porque se pueden utilizar para generar electricidad. Un recurso geotérmico requiere fluido, calor y permeabilidad para generar electricidad. Los recursos hidrotermales se consideran recursos geotérmicos convencionales y contienen los tres componentes de forma natural. Estos sistemas geotérmicos pueden darse en entornos geológicos muy diversos, a veces sin manifestaciones superficiales claras del recurso subyacente. En Estados Unidos, la mayoría de los recursos geotérmicos de alta temperatura se encuentran en los estados occidentales, principalmente debido a la favorable historia geológica y tectónica de esa zona, que se tratará más adelante en esta página.1U.S. Dept. of Energy, Energy Efficiency & Renewable Energy. (2016, April). Hydrothermal Fact Sheet. https://www.energy.gov/sites/default/files/2016/04/f30/Hydrothermal%20Fact%20Sheet_1.pdf
Cómo generar electricidad utilizando energía geotérmica
Existen tres tipos principales de tecnologías de centrales geotérmicas: vapor seco, vapor flash y ciclo binario. El mecanismo para convertir el calor geotérmico en electricidad forma parte del diseño de la central eléctrica y, por lo general, depende del estado del fluido subsuperficial (vapor o agua) y de su temperatura.
Veamos un vídeo introductorio del Departamento de Energía de EE. UU. que se centra en los sistemas geotérmicos de alta temperatura y la producción de energía.
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Sistemas hidrotermales
En los sistemas hidrotermales de alta temperatura, el vapor de los pozos geotérmicos se puede utilizar directamente para hacer girar una turbina (vapor seco); o, a medida que el agua caliente llega a la superficie y se enfría, se produce un vapor que se puede utilizar para hacer girar una turbina (vapor flash). Ambos sistemas hidrotermales se utilizan para producir electricidad.3U.S. Dept. of Energy. (2019, May). GeoVision: Harnessing the Heat Beneath Our Feet. https://www.energy.gov/eere/geothermal/articles/geovision-full-report-0.
¿Dónde se encuentran los sistemas hidrotermales?
Los sistemas hidrotermales son el tipo de sistemas geotérmicos más consolidado y llevan décadas en funcionamiento comercial. La geología y la ubicación limitan la disponibilidad y la producción de los sistemas hidrotermales. Casi todos los sistemas hidrotermales se encuentran en el Cinturón de Fuego. El Cinturón de Fuego es una cadena de volcanes y lugares sísmicamente activos que comienza en el extremo sur de Sudamérica y rodea la costa del oeste de Estados Unidos, Japón, Indonesia y Nueva Zelanda.
El Cinturón de Fuego es el resultado de la tectónica de placas. En esta región, las placas litosféricas (por ejemplo, la placa del Pacífico) se mueven y chocan alrededor del Océano Pacífico. Las colisiones han creado una serie casi continua de zonas de subducción caracterizadas por profundas fosas oceánicas a lo largo del lecho marino, con volcanes y terremotos asociados. A medida que el magma asciende a la superficie terrestre en forma de actividad volcánica, la roca fundida ascendente calienta el agua atrapada en la roca porosa o el agua que corre a lo largo de superficies de roca fracturada y fallas. Este escenario de tectónica de placas proporciona una de las zonas geotérmicas más activas del mundo.
El Cinturón de Fuego, delineado en el mapa anterior por puntos rojos, es el resultado de la tectónica de placas. En esta región, las placas litosféricas (por ejemplo, la placa del Pacífico) se mueven y chocan alrededor del Océano Pacífico. Las colisiones han creado una serie casi continua de zonas de subducción caracterizadas por profundas fosas oceánicas a lo largo del lecho marino, con volcanes y terremotos asociados. A medida que el magma asciende a la superficie terrestre en forma de actividad volcánica, la roca fundida ascendente calienta el agua atrapada en la roca porosa o el agua que corre a lo largo de superficies de roca fracturada y fallas. Este escenario de tectónica de placas proporciona una de las zonas geotérmicas más activas del mundo.
Como se ilustra a continuación, el Cinturón de Fuego del Pacífico está delimitado de forma natural por este registro del Servicio Geológico de Estados Unidos de actividad volcánica (amarillo), junto con terremotos (de rojo a verde a azul con el aumento de la profundidad) durante más de un siglo. Los colores cálidos indican terremotos a profundidades menores (rojo=<69 km de profundidad dentro de la tierra), mientras que los colores más fríos indican terremotos más profundos (azul=más de 300 km de profundidad dentro de la tierra). El tamaño de los círculos indica las magnitudes relativas de los terremotos. (Haga clic en el mapa para ampliarlo.)
¿Qué continente se encuentra a lo largo del Cinturón de Fuego?
Realice una pequeña investigación geográfica y averigüe cuál de estos países se encuentra a lo largo del Cinturón de Fuego.
Debido a la ubicación de esos países a lo largo del Cinturón de Fuego, ¿qué podría predecir sobre sus capacidades para integrar la energía geotérmica en la cartera energética de su país?
Sistemas binarios
En un sistema binario, el agua/vapor geotérmico se puede utilizar para calentar un líquido de punto de ebullición más bajo a su fase gaseosa y esa presión se utiliza entonces para hacer girar una turbina. Un sistema binario es una forma indirecta de aprovechar el calor de la Tierra para la producción de electricidad. El proceso comienza con un fluido geotérmico que llega a la superficie y luego entra en las instalaciones de la central geotérmica. Un tipo común de diseño para las centrales geotérmicas se basa en el ciclo orgánico de Rankine binario (ORC). En este ciclo termodinámico, el fluido geotérmico calienta el fluido orgánico. El fluido orgánico, también denominado fluido de trabajo, tiene un punto de ebullición más bajo, por lo que el fluido se convierte en vapor a través del contacto indirecto en el intercambiador de calor. El vapor orgánico pasa a través de una turbina para generar trabajo mecánico, que luego se convierte en electricidad, como se muestra en el diagrama a continuación. La tecnología ORC a menudo utiliza hidrocarburos como el fluido de trabajo apropiado.4U.S. Energy Information Administration (EIA). (2022, December 21). Geothermal Power Plants. EIA. https://www.eia.gov/energyexplained/geothermal/geothermal-power-plants.ph
¿Son los sistemas binarios un método directo o indirecto de aprovechamiento de la energía geotérmica?
Créditos de imagen:
- Diagrama hidrotermal: EERE, Hoja informativa hidrotermal
- Central de vapor seco GeoVision-2.8: DOE, GeoVision
- Central de vapor flash GeoVision 2.8: DOE, GeoVision
- Cinturón de Fuego NEED: NEED a través de EIA
- Cinturón de Fuego USGS Wikipedia: Servicio Geológico de EE. UU.
- Central de ciclo binario GeoVision 2.8: Departamento de Energía de EE. UU., GeoVision
