Energía geotérmica
La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 5 de octubre de 2018; las comprobaciones requieren 105 ediciones .La energía geotérmica es una dirección de energía basada en el aprovechamiento de la energía térmica del interior de la Tierra para producir energía eléctrica en centrales geotérmicas , o directamente, para calefacción o suministro de agua caliente . Por lo general se refiere a fuentes de energía alternativas que utilizan recursos de energía renovable .
Las reservas de calor de la Tierra son prácticamente inagotables - cuando solo se enfríe el núcleo de la Tierra (sin contar el manto y la corteza ), se liberarán 2 * 10 20 kWh de energía por 1 °C , que es 10.000 veces más de lo que está contenido en todos los combustibles fósiles explorados , y millones de veces más que el consumo anual de energía de la humanidad. En este caso, la temperatura central supera los 6000 °C y la tasa de enfriamiento se estima en 300–500 °C por mil millones de años.
El flujo de calor que fluye desde las entrañas de la Tierra a través de su superficie es de 47 ± 2 TW de calor (400 mil TWh por año, que es 17 veces más que toda la producción mundial, y equivale a quemar 46 mil millones de toneladas de carbón ), y la energía térmica generada La Tierra debido a la desintegración radiactiva del uranio , el torio y el potasio-40 se estima en 33 ± 20 TW, es decir, se repone hasta el 70% del calor perdido por la Tierra [1] . El uso de incluso el 1% de esta capacidad equivale a varios cientos de potentes centrales eléctricas. Sin embargo, la densidad de flujo de calor en este caso es inferior a 0,1 W/m 2 (miles y decenas de miles de veces menor que la densidad de la radiación solar), lo que dificulta su uso.
En las regiones volcánicas , el agua en circulación se sobrecalienta por encima del punto de ebullición a profundidades relativamente poco profundas y sube a través de fisuras hasta la superficie, a veces manifestándose como géiseres . El acceso a aguas cálidas subterráneas es posible con la ayuda de la perforación de pozos profundos . Más que tales termias de vapor, las rocas secas de alta temperatura están muy extendidas, cuya energía está disponible bombeando y luego extrayendo agua sobrecalentada de ellas. Los horizontes rocosos altos con temperaturas por debajo de +100 °C también son comunes en muchas áreas geológicamente inactivas, por lo que lo más prometedor es el uso de geotermia como fuente de calor.
El uso económico de fuentes geotérmicas es común en Islandia y Nueva Zelanda , Italia y Francia , Lituania , México , Nicaragua , Costa Rica , Filipinas , Indonesia , China , Japón , Kenia y Tayikistán .
La energía geotérmica se divide en dos áreas: energía petrotérmica y energía hidrotérmica. La energía hidrotermal se describe a continuación [2] .
Clasificación
Según el método de extracción del refrigerante: [3]
- Tradicional
- Fuente: cuando hay una autodescarga del refrigerante geotérmico debido a la presión en las entrañas de la tierra.
- Bombeo: se utiliza cuando la presión no es suficiente para brotar.
- Geocirculación : el refrigerante geotérmico enfriado se bombea de vuelta al subsuelo.
Por tipo de recursos utilizados: [4]
- Hidrotermal - utilizando el calor de las aguas geotermales de origen natural.
- Petrotermia - utilizando el calor de las rocas secas.
Recursos
Múltiples zonas volcánicas del planeta, incluyendo Kamchatka , las islas Kuriles , las islas japonesas y filipinas , los vastos territorios de la Cordillera y los Andes , tienen prometedoras fuentes de agua sobrecalentada .
Rusia En 2006 se exploraron en Rusia
56 yacimientos de aguas termales con un caudal superior a 300 mil m³/día. La explotación industrial se lleva a cabo en veinte yacimientos, entre ellos: Paratunskoye ( Kamchatka ), Cherkesskoye y Kazminskoye ( Territorio de Karachay-Cherkessia y Stavropol ), Kizlyarskoye y Makhachkalinskoye ( Dagestan ), Mostovskoye y Voznesenskoye ( Territorio de Krasnodar ).
Grandes reservas de aguas termales subterráneas se encuentran en los territorios de Daguestán , Osetia del Norte , Chechenia , Ingushetia , Kabardino-Balkaria , Transcaucasia , Stavropol y Krasnodar , Kamchatka y otras regiones de Rusia.
Ventajas y desventajas
Ventajas
La principal ventaja de la energía geotérmica es su inagotabilidad práctica y su completa independencia de las condiciones ambientales, la hora del día y el año. El factor de utilización de la capacidad instalada de GeoTPP puede alcanzar el 80%, lo que es inalcanzable para cualquier otra energía alternativa (excepto TPP basada en biocombustibles ).
Desventajas
Viabilidad económica de los pozosPara convertir la energía térmica en energía eléctrica utilizando algún tipo de máquina térmica (por ejemplo, una turbina de vapor ), es necesario que la temperatura de las aguas geotérmicas sea lo suficientemente alta, de lo contrario la eficiencia de la máquina térmica será demasiado baja ( por ejemplo, a una temperatura del agua de 40 °C y una temperatura ambiente de 20 °C, la eficiencia de un motor térmico ideal será solo del 6%, y la eficiencia de las máquinas reales es aún menor, además, parte de la energía será gastarse en las propias necesidades de la planta, por ejemplo, en la operación de bombas que bombean refrigerante fuera del pozo y bombean el refrigerante gastado de vuelta). Para generar electricidad, es recomendable utilizar agua geotérmica con una temperatura de 150 ° C y superior. Incluso para calefacción y agua caliente, se requiere una temperatura de al menos 50 °C. Sin embargo, la temperatura de la Tierra aumenta bastante lentamente con la profundidad, por lo general el gradiente geotérmico es de solo 30 °C por 1 km, es decir, incluso el suministro de agua caliente requerirá un pozo de más de un kilómetro de profundidad y varios kilómetros para generar electricidad. Perforar pozos tan profundos es costoso, además, bombear el refrigerante a través de ellos también requiere energía, por lo que el uso de energía geotérmica está lejos de ser aconsejable en todas partes. Casi todos los GeoPP grandes están ubicados en lugares de mayor vulcanismo: Kamchatka , Islandia , Filipinas , Kenia , campos de géiseres en California , etc., donde el gradiente geotérmico es mucho más alto y las aguas geotérmicas están cerca de la superficie.
Ecología del refrigeranteUno de los problemas que surgen al utilizar aguas termales subterráneas es la necesidad de un ciclo renovable de abastecimiento (inyección) de agua (normalmente agotada) a un acuífero subterráneo , lo que requiere un consumo energético. Las aguas termales contienen una gran cantidad de sales de varios metales tóxicos (por ejemplo, plomo , zinc , cadmio ), no metales (por ejemplo, boro , arsénico ) y compuestos químicos ( amoníaco , fenoles ), lo que excluye el vertido de estas aguas. en los sistemas naturales de agua ubicados en la superficie. La alta salinidad también contribuye a la corrosión de las tuberías y la deposición de sal. También es necesaria la inyección de aguas residuales para que no descienda la presión en el acuífero, lo que provocará una disminución de la producción de una estación geotérmica o su completa inoperancia.
Por otro lado, las aguas geotérmicas contienen elementos valiosos como el litio , y existen proyectos para extraerlos [5] .
De mayor interés son las aguas termales de alta temperatura o las salidas de vapor que pueden utilizarse para la generación de electricidad y el suministro de calor.
Provocando terremotosLa viabilidad económica de la infraestructura de perforación y pozos hace necesaria la elección de ubicaciones con un gran gradiente geotérmico. [6] Dichos lugares suelen estar ubicados en zonas sísmicamente activas. [6] Además, durante la construcción de la estación GCC , se lleva a cabo la estimulación hidráulica de rocas, lo que permite aumentar la transferencia de calor del refrigerante con las rocas debido a grietas adicionales. Sin embargo, según los resultados del estudio del terremoto de Pohang de 2017 , resultó que incluso la regulación que utiliza mediciones de estaciones sismográficas adicionales no es suficiente para excluir terremotos inducidos. [7] Provocado [7] por el funcionamiento de una planta geotérmica, el terremoto de Pohang ocurrido el 15 de noviembre de 2017, con una magnitud de 5,4 [8] , 135 personas resultaron heridas y 1.700 quedaron sin hogar. [6]
Industria de energía geotérmica en el mundo
La capacidad neta instalada de las centrales eléctricas geotérmicas (GeoTPP) al cierre de 2018 es de 13155 MW o 0,2% de la capacidad neta instalada de las centrales eléctricas del mundo (en adelante, el mundo incluye 179 países) [11] . En comparación con 1990, el aumento de la capacidad instalada de GeoTPP ascendió a 7454 MW o 56,7% Al mismo tiempo, en la estructura de la capacidad instalada de las centrales eléctricas mundiales, la participación de GeoTPP en 2018 disminuyó un 0,1% en comparación con 1990 . En la estructura de las fuentes de energía renovables del mundo, la participación de GeoTPP al cierre de 2018 es del 0,6%. En 1990 y 2018, la generación bruta de electricidad en el GeoTPP fue [12] 36,4 y 87,9 mil millones de kWh, respectivamente, o 0,4% y 0,3% de la generación bruta de electricidad global (179 países del mundo) en 1990 y 2018
| Capacidad instalada-neta y producción de electricidad-bruta de centrales geotérmicas por país [13] [12] | ||||
| País | Capacidad instalada-neta, MW | Producción bruta de electricidad, millones de kWh | ||
| 1990 | 2018 | 1990 | 2018 | |
| Austria | -- | una | -- | -- |
| Chile | -- | 40 | -- | 214 |
| Costa Rica | -- | 207 | -- | 969 |
| Croacia | -- | una | -- | 2 |
| El Salvador | 95 | 204 | 419 | 1545 |
| Etiopía | -- | 7 | -- | -- |
| Francia | -- | dieciséis | -- | 129 |
| Alemania | -- | 36 | -- | 178 |
| Grecia | 2 | -- | -- | -- |
| Guatemala | -- | 39 | -- | 250 |
| Honduras | -- | 35 | -- | 297 |
| Hungría | -- | 3 | -- | 12 |
| Islandia | 46 | 756 | 300 | 6010 |
| Indonesia | 140 | 1981 | 1125 | 12804 |
| Italia | 496 | 767 | 3222 | 6105 |
| Japón | 270 | 474 | 1741 | 2524 |
| Kenia | 45 | 627 | 336 | 5128 |
| México | 700 | 1010 | 5124 | 5283 |
| Nueva Zelanda | 261 | 965 | 2131 | 7961 |
| Nicaragua | 70 | 155 | 386 | 801 |
| Papúa Nueva Guinea | -- | 56 | -- | 425 |
| Filipinas | 888 | 1944 | 5466 | 10435 |
| Portugal | una | 29 | cuatro | 230 |
| Rusia | -- | 74 | -- | 426 |
| Taiwán | -- | -- | 3 | -- |
| Tailandia | -- | -- | una | una |
| Pavo | Dieciocho | 1283 | 80 | 7431 |
| Estados Unidos | 2669 | 2444 | 16012 | 18773 |
| Mundo (179 países) | 5701 | 13154 | 36350 | 87933 |
Estados Unidos
El mayor productor de electricidad geotérmica es Estados Unidos, que produjo alrededor de 16 mil millones de kWh de electricidad renovable en 2005 . En 2009, la capacidad total de 77 plantas de energía geotérmica en los Estados Unidos fue de 3086 MW [14] . Para 2013 se prevé construir más de 4400 MW. [ actualizar datos ]
El grupo más poderoso y conocido de plantas de energía geotérmica se encuentra en la frontera de los condados de Sonoma y Lake , 116 km al norte de San Francisco . Se llama "Geysers" ("Géiseres") y consta de 22 plantas de energía geotérmica con una capacidad instalada total de 1517 MW [15] . "Los géiseres ahora representan una cuarta parte de toda la energía alternativa [no hidroeléctrica] producida en California" [16] . Otras áreas industriales importantes incluyen: el norte del Mar Salado en el centro de California (570 MW de capacidad instalada) y las plantas de energía geotérmica en Nevada , cuya capacidad instalada alcanza los 235 MW.
Las empresas estadounidenses son líderes mundiales en este sector, a pesar de que la energía geotérmica comenzó a desarrollarse activamente en el país hace relativamente poco tiempo. Según el Departamento de Comercio , la energía geotérmica es una de las pocas fuentes de energía renovable cuyas exportaciones desde los EE. UU. son mayores que sus importaciones. Además, también se exportan tecnologías. El 60% [17] de las empresas miembros de la Asociación de Energía Geotérmica actualmente se esfuerzan por hacer negocios no solo en los Estados Unidos, sino también en el extranjero (en Turquía , Kenia , Nicaragua , Nueva Zelanda , Indonesia , Japón , etc.).
La industria de la energía geotérmica, como una de las fuentes de energía alternativa en el país, cuenta con un apoyo especial del gobierno.
Filipinas
En 2003, se instalaron 1930 MW de energía eléctrica en las Islas Filipinas , en Filipinas , las hidrotermias de vapor proporcionan la producción de aproximadamente el 27% de toda la electricidad del país.
México
El país en 2003 ocupaba el tercer lugar en producción de energía geotérmica en el mundo, con una capacidad instalada de 953 MW de centrales eléctricas. En la zona geotérmica más importante de Cerro Prieto , existen estaciones con una capacidad total de 750 MW.
Italia
En Italia, en 2003, estaban en funcionamiento centrales eléctricas con una capacidad total de 790 MW.
Islandia
Islandia tiene cinco plantas de energía geotérmica de cogeneración con una capacidad eléctrica total de 570 MW (2008), que producen el 25% de la electricidad del país.
Una de estas estaciones abastece a la capital Reykjavik. La estación utiliza agua subterránea y el exceso de agua se drena en una piscina gigante.
En 2000, se lanzó el Proyecto de Perforación Profunda de Islandia (IDDP) para desarrollar tecnologías para aprovechar la energía de los fluidos hidrotermales supercríticos .
Kenia
En 2005, tres plantas de energía geotérmica operaron en Kenia con una capacidad eléctrica total de 160 MW y hay planes para aumentar la capacidad a 576 MW. Hasta la fecha, Kenia alberga el GeoPP más potente del mundo, Olkaria IV .
Rusia
Por primera vez en el mundo, se utilizaron vapores que no son de agua como portadores de calor en la planta de energía geotérmica de Paratunskaya en 1967. [Dieciocho]
Hoy, el 40% de la energía consumida en Kamchatka se genera a partir de fuentes geotérmicas [19] .
Según el Instituto de Vulcanología de la Rama del Lejano Oriente de la Academia Rusa de Ciencias , los recursos geotérmicos de Kamchatka se estiman en 5.000 MW. [20] El potencial ruso se ha realizado solo en la cantidad de un poco más de 80 MW de capacidad instalada ( 2009 ) y alrededor de 450 millones de kWh de generación anual (2009):
- Campo Mutnovskoe:
- Verkhne-Mutnovskaya GeoPP con capacidad instalada de 12 MWe ( 2011 ) y generación de 69,5 millones de kWh/año ( 2010 ) (81,4 en 2004 ),
- Mutnovskaya GeoPP con capacidad instalada de 50 MWe (2011) y generación de 360,5 millones de kWh/año (2010 )
- El campo Pauzhetskoye cerca de los volcanes Koshelev y Kambalny es Pauzhetskaya GeoTPP con una capacidad de 14,5 MWe (2011) y una generación de 43,1 millones de kWh (para 2010, la reconstrucción está en marcha con un aumento de capacidad a 18 MWe).
- Campo en Isla Iturup ( Kuriles ): GeoTPP Okeanskaya con capacidad instalada de 2,5 MWe (2009). Hay un proyecto con una capacidad de 34,5 MW y una producción anual de 107 millones de kWh.
- Campo Kunashirskoye ( Kuriles ): Mendeleevskaya GeoTPP con una capacidad de 3,6 MWe (2009).
En el Territorio de Stavropol , en el campo Kayasulinskoye, se inició y suspendió la construcción de un costoso GeoTPP experimental de Stavropol con una capacidad de 3 MW.
Se están explotando 12 campos geotérmicos en el territorio de Krasnodar . [21]
En Daguestán , las aguas geotérmicas se utilizan para la calefacción y el suministro de agua caliente. Los tres depósitos geotérmicos más grandes, Makhachkala-Ternairskoye, Kizlyarskoye e Izberbashskoye, producen en total 4,4 millones de toneladas de agua caliente (55-105 °C) por año, o 148 millones de kWh de energía térmica. El 70% de la población de la ciudad de Kizlyar cuenta con calefacción y suministro de agua caliente de fuentes geotérmicas. La tarifa para el calor geotérmico en diferentes campos oscila entre 195 y 680 rublos por 1000 kWh [22] .
Japón
Hay 20 plantas de energía geotérmica en Japón, pero la energía geotérmica juega un papel menor en el sector energético del país: en 2013, este método produjo 2596 GWh de electricidad, lo que representa aproximadamente el 0,25 % del suministro eléctrico total del país.
Clasificación de las aguas geotermales [23]
Por temperatura
| baja térmica | hasta +40 °C |
| Térmico | +40 a +60 °C |
| Alta térmica | +60 a +100 °C |
| Sobrecalentado | más de +100 °C |
Por mineralización (residuo seco)
| ultra fresco | hasta 0,1 g/l |
| insípido | 0,1—1,0 g/l |
| ligeramente salobre | 1,0—3,0 g/litro |
| fuertemente salobre | 3,0—10,0 g/l |
| salado | 10,0—35,0 g/l |
| salmuera | más de 35,0 g/l |
Por dureza general
| muy suave | hasta 1,2 mg-eq/l |
| suave | 1,2–2,8 mg-eq/l |
| medio | 2,8-5,7 mg-eq/l |
| difícil | 5,7–11,7 mg-eq/l |
| muy rudo | más de 11,7 mg-eq/l |
Por acidez, pH
| fuertemente ácido | hasta 3.5 |
| agrio | 3,5—5,5 |
| subácido | 5,5—6,8 |
| neutral | 6,8—7,2 |
| ligeramente alcalino | 7,2—8,5 |
| alcalino | más de 8,5 |
Por composición del gas
| sulfuro de hidrógeno | |
| sulfuro de hidrógeno-dióxido de carbono | |
| carbónico | |
| nítrico-carbónico | |
| metano | |
| nitrógeno-metano | |
| nitrógeno |
Por saturación de gas
| débil | hasta 100 mg/l |
| promedio | 100-1000mg/l |
| alto | más de 1000 mg/l |
Energía petrotérmica
Este tipo de energía está asociada a las temperaturas profundas de la Tierra, que comienzan a elevarse a partir de cierto nivel. La tasa media de su aumento con la profundidad es de unos 2,5 °C por cada 100 m, a 5 km de profundidad la temperatura es de unos 125 °C ya 10 km de unos 250 °C. El calor se produce mediante la perforación de dos pozos, uno de los cuales se bombea con agua que, cuando se calienta, ingresa al pozo adyacente y sale en forma de vapor. El problema de esta industria energética hoy en día es su rentabilidad . [2]
Véase también
Notas
- ↑ Kapitinov I.M. Nuclear heat of the Earth Copia de archivo fechada el 4 de octubre de 2018 en Wayback Machine // Libro de texto "Radioactividad de los núcleos atómicos", ed. B. S. Ishkhanova. - KDU, Libro universitario, Moscú, 2017. - S. 48-56.
- ↑ 1 2 Kirill Degtyarev. Energía petrotérmica - inicio en Rusia (enlace inaccesible) . Sociedad Geográfica Rusa (24 de octubre de 2011). Consultado el 1 de noviembre de 2012. Archivado desde el original el 20 de noviembre de 2012.
- ↑ Alkhasov, 2016 , pág. 18, 98.
- ↑ Alkhasov, 2016 , pág. 16-17.
- ↑ Un método prometedor para extraer litio del refrigerante geotérmico del depósito hidrotermal de vapor Pauzhetsky . Consultado el 18 de agosto de 2021. Archivado desde el original el 18 de agosto de 2021.
- ↑ 1 2 3 El terremoto de Pohang de 2017 obligó a revisar los enfoques de evaluación de riesgos de la energía geotérmica . Consultado el 3 de junio de 2019. Archivado desde el original el 3 de junio de 2019.
- ↑ 1 2 Informe resumido de la Comisión del Gobierno de Corea sobre las relaciones entre el terremoto de Pohang de 2017 y el proyecto EGS Archivado el 11 de julio de 2019 en Wayback Machine (coreano)
- ↑ Terremoto de Corea de 2017 provocado por planta de energía geotérmica . Habrahabr (30 de abril de 2018). Consultado el 3 de septiembre de 2019. Archivado desde el original el 3 de septiembre de 2019.
- ↑ Bertani, Ruggero (septiembre de 2007), Generación geotérmica mundial en 2007 , Boletín trimestral del Centro Geo-Heat (Klamath Falls, Oregón: Instituto de Tecnología de Oregón) . — V. 28(3): 8–19 , < http://geoheat.oit.edu/bulletin/bull28-3/art3.pdf > . Consultado el 12 de abril de 2009. Archivado el 17 de febrero de 2012 en Wayback Machine .
- ↑ Fridleifsson, Ingvar B.; Bertani, Ruggero; Huenges, Ernst & Lund, John W. (2008-02-11), O. Hohmeyer y T. Trittin, ed., El posible papel y contribución de la energía geotérmica a la mitigación del cambio climático | Reunión exploratoria del IPCC sobre fuentes de energía renovables , Lübeck, Alemania, pág. 59–80 , < http://www.iea-gia.org/documents/FridleifssonetalIPCCGeothermalpaper2008FinalRybach20May08_000.pdf > . Consultado el 6 de abril de 2009. Archivado el 8 de marzo de 2010 en Wayback Machine .
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- ↑ 1 2 Producción de electricidad a partir de fuentes de energía renovables y centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo . EES EAEC. Energía Mundial (2021-22-07). Consultado el 30 de septiembre de 2021. Archivado desde el original el 30 de septiembre de 2021.
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- ↑ Calpine and the Environment//www.geysers.com - http://www.geysers.com/environment.htm Archivado el 5 de julio de 2012 en Wayback Machine .
- ↑ Charles W. Thurston. Aceleración del crecimiento geotérmico a través de iniciativas del DOE//Renewable Energy World North America, mayo de 2010//www.renewableenergyworld.com - http://www.renewableenergyworld.com/rea/news/article/2012/01/accelerating-geothermal-growth -through-doe-initiatives Archivado el 17 de octubre de 2012 en Wayback Machine .
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- ↑ Hasta que se acabe el petróleo // Junio 2016
- ↑ Energía geotérmica . Revista Energosvet. Consultado el 1 de noviembre de 2012. Archivado desde el original el 6 de mayo de 2012.
- ↑ V. A. Butuzov, G. V. Tomarov, V. Kh. Shetov. Sistema de calefacción geotérmica mediante energía solar y bombas de calor . Revista "Ahorro de Energía" (3 de noviembre de 2008). Consultado el 1 de noviembre de 2012. Archivado desde el original el 6 de diciembre de 2012.
- ↑ Energía geotérmica en calefacción urbana en Rusia. Experiencia de Daguestán | ABOK . Consultado el 17 de agosto de 2021. Archivado desde el original el 17 de agosto de 2021.
- ↑ VSN 56-87 "Suministro geotérmico de calor y frío de estructuras y edificios residenciales y públicos"
Literatura
- Degtyarev K. Calor de la tierra // Ciencia y vida . - 2013. - Nº 9-10.
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- Berman E., Mavritsky BF Energía geotérmica. M.: Mir, 1978. 416 p.
- Sevastopolsky A.E. Energía geotérmica: Recursos, desarrollo, uso: Per. De inglés. M.: Mir, 1975.
- Baeva A. G., Moskvicheva V. N. Energía geotérmica: problemas, recursos, uso. Índice bibliográfico. Editorial de la Rama Siberiana de la Academia de Ciencias de la URSS, Instituto de Física Térmica, 1979
- Alkhasov AB Fuentes de energía renovable. - M. : Editorial MPEI, 2016. - ISBN 978-5-383-00960-4 .
Enlaces
- plantas de energía geotérmica
- Vardanyan K. Fuego del corazón de la tierra
- Sergey Cherkasov sobre una fuente inagotable de energía / Entrevistado por Anastasia Penzina // Rusia científica. 16/03/2020
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