Una visión general de los sistemas geotérmicos
La energía geotérmica tiene dos aplicaciones principales para la sociedad: calefacción/refrigeración y generación de electricidad. Para desarrollar los recursos geotérmicos de la Tierra, los científicos e ingenieros deben comprender los detalles de los diversos sistemas de energía geotérmica y la aplicación adecuada para el sistema.
Existen dos categorías de sistemas geotérmicos en términos de temperatura del recurso: alta entalpía (volcanes, géiseres) y formas de baja entalpía (calor almacenado en rocas en la corteza terrestre). Casi todas las aplicaciones de calefacción y refrigeración utilizan calor de baja entalpía, y las aplicaciones de generación de energía se satisfacen bien con calor de alta entalpía. Los sistemas de energía geotérmica también se pueden clasificar según la profundidad y si el sistema es natural o artificial (también conocido como mejorado).1 National Geographic. (n.d.). Geothermal Energy. National Geographic Education. https://education.nationalgeographic.org/resource/geothermal-energy/ 2Centro de Sistemas Sostenibles de la Universidad de Michigan. (2022). Hoja informativa sobre energía geotérmica. Pub. No. CSS10-10. https://css.umich.edu/publications/factsheets/energy/geothermal-energy-factsheet
Vocabulario útil
Entalpía: A menudo, en los cálculos térmicos, se utiliza una función de calor termodinámica llamada entalpía para cuantificar la energía que transporta el fluido. Esta definición es útil para clasificar los recursos geotérmicos y diseñar procesos industriales continuos (con flujo de fluido) y se utilizará en la actividad de diseño del curso.
Diversidad geotérmica
Sistemas de energía geotérmica
Los tres tipos principales de sistemas de energía geotérmica son:
- Sistemas geotérmicos de alta temperatura
Destacaremos el más común de estos, Sistemas hidrotermales: recursos naturales de alta entalpía con aplicaciones para la generación de energía, que a menudo se encuentran en áreas cercanas al Cinturón de Fuego: una región tectónicamente activa alrededor de los bordes del Océano Pacífico donde ocurren muchas erupciones volcánicas y terremotos. - Sistemas geotérmicos mejorados (artificiales) o EGS
Estos sistemas EGS son recursos de alta/media entalpía diseñados, que normalmente se utilizan para aplicaciones de generación de energía. - Sistemas geotérmicos de baja temperatura
Destacaremos las bombas de calor geotérmicas: sistemas tradicionalmente poco profundos y de baja entalpía que actúan como intercambiadores de calor para proporcionar calefacción y refrigeración a los espacios de la superficie.
El gráfico a continuación ilustra ejemplos de los tres tipos de sistemas de energía geotérmica: bomba de calor geotérmica (sistema de baja temperatura), hidrotermal (sistema de alta temperatura) y sistemas geotérmicos mejorados (EGS). El diagrama muestra la profundidad de cada sistema, la condición subterránea requerida y la aplicación. Los sistemas EGS siguen estando en la fase de investigación y desarrollo debido a las complejidades de la ingeniería y la viabilidad económica, por lo que las empresas aún no han implementado sistemas a escala comercial.
Aplicaciones geotérmicas
Tanto el proceso de conversión de energía como la aplicación de uso final de la geotermia varían con la calidad del recurso y son principalmente una función de la temperatura. Una vez que se construye y está en funcionamiento una planta de energía geotérmica, la energía producida está «siempre encendida». Los recursos geotérmicos en un rango de temperaturas se pueden utilizar económicamente para una variedad de aplicaciones eléctricas y no eléctricas.4U.S. Dept. of Energy. (2019, May). GeoVision: Harnessing the Heat Beneath Our Feet. https://www.energy.gov/eere/geothermal/articles/geovision-full-report-0. Consideremos algunas de estas diferentes aplicaciones.
Los sistemas geotérmicos se pueden utilizar para refrigeración y calefacción, calefacción de procesos agrícolas e industriales y generación de energía eléctrica. El esquema a continuación ilustra la temperatura y las posibles aplicaciones correspondientes en detalle. Las plantas de energía geotérmica de vapor flash y seco requieren las temperaturas más altas. Las plantas de energía de vapor flash son las formas más comunes de producción de electricidad y utilizan depósitos geotérmicos de agua con temperaturas superiores a 360 °F (182 °C). La producción de hidrógeno a partir de la electrólisis se puede lograr utilizando energía geotérmica para la electrólisis requerida para separar el hidrógeno de otros compuestos, pero, como se muestra a continuación, requiere sistemas de alta temperatura. Las plantas geotérmicas binarias operan con agua a temperaturas más bajas de aproximadamente 225-360 °F (107-182 °C). Las aplicaciones de temperatura más baja, como el procesamiento de alimentos, la refrigeración y calefacción de edificios, los invernaderos y la piscicultura, y las bombas de calor geotérmicas se encuentran normalmente a temperaturas de 300 °F (150 °C) o menos.5National Renewable Energy Laboratory (NREL). (n.d.) Geothermal Electricity Production Basics. https://www.nrel.gov/research/re-geo-elec-production.html
Como se señaló anteriormente, la producción de energía geotérmica puede ocurrir a temperaturas de los recursos por debajo de 150 °C, pero tales proyectos tienden a ser la excepción y requieren una combinación de factores técnicos, económicos y de acceso que permitan el desarrollo.7U.S. Dept. of Energy. (2019, May). GeoVision: Harnessing the Heat Beneath Our Feet. https://www.energy.gov/eere/geothermal/articles/geovision-full-report-0.
¿Cuál no es un tipo principal de sistemas geotérmicos?
Un recurso geotérmico recién descubierto tiene una temperatura de 150 °F (66 °C). Seleccione las posibles aplicaciones para este recurso según la información de esta página.
Créditos de imagen:
- Diversidad geotérmica GeoVision 2.3: DOE, GeoVision
- Aplicaciones geotérmicas continuas GeoVision 2.7: DOE, GeoVision
- Vivero Milgro: NREL
