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Sistema geotérmico mejorado

Sistema geotérmico mejorado: 1 depósito, 2 casa de bombas, 3 intercambiador de calor, 4 sala de turbinas, 5 pozo de producción, 6 pozo de inyección, 7 agua caliente para calefacción urbana, 8 sedimentos porosos, 9 pozo de observación, 10 lecho de roca cristalino

Un sistema geotérmico mejorado ( EGS ) genera electricidad geotérmica sin recursos hidrotermales convectivos naturales . Tradicionalmente, los sistemas de energía geotérmica operaban sólo donde el calor natural, el agua y la permeabilidad de las rocas eran suficientes para permitir la extracción de energía. [1] Sin embargo, la mayor parte de la energía geotérmica al alcance de las técnicas convencionales se encuentra en roca seca e impermeable. [2] Las tecnologías EGS amplían la disponibilidad de recursos geotérmicos a través de métodos de estimulación, como la "estimulación hidráulica".

Descripción general

En muchas formaciones rocosas, las grietas y los poros naturales no permiten que el agua fluya a un ritmo económico. La permeabilidad se puede mejorar mediante hidrocizallamiento, bombeando agua a alta presión por un pozo de inyección en roca fracturada naturalmente. La inyección aumenta la presión del fluido en la roca, lo que desencadena eventos de cizallamiento que expanden las grietas preexistentes y mejoran la permeabilidad del sitio. Mientras se mantenga la presión de inyección, no se requiere una alta permeabilidad, ni tampoco se requieren apuntaladores de fracturación hidráulica para mantener las fracturas en un estado abierto. [3]

El hidrocizallamiento es diferente de la fracturación hidráulica por tracción , utilizada en la industria del petróleo y el gas, que puede crear nuevas fracturas además de expandir las existentes. [4]

El agua pasa a través de las fracturas, absorbiendo calor hasta que es forzada a subir a la superficie en forma de agua caliente. El calor del agua se convierte en electricidad mediante una turbina de vapor o un sistema de central eléctrica binaria , que enfría el agua. [5] El agua vuelve al suelo para repetir el proceso.

Las plantas de EGS son recursos de carga básica que producen energía a un ritmo constante. A diferencia de la hidrotermia, los EGS aparentemente son factibles en cualquier parte del mundo, dependiendo de la profundidad del recurso. Los buenos lugares suelen estar sobre granito profundo cubierto por una capa de 3 a 5 kilómetros (1,9 a 3,1 millas) de sedimentos aislantes que retardan la pérdida de calor. [6]

Las técnicas de perforación avanzadas penetran rocas cristalinas duras a profundidades de hasta 15 km o más, lo que da acceso a rocas de mayor temperatura (400 °C y más), ya que la temperatura aumenta con la profundidad. [7]

Se espera que las plantas de EGS tengan una vida útil económica de 20 a 30 años. [8]

Los sistemas EGS están en desarrollo en Australia , Francia , Alemania , Japón , Suiza y Estados Unidos . El proyecto EGS más grande del mundo es una planta de demostración de 25 megavatios en Cooper Basin , Australia. Cooper Basin tiene potencial para generar entre 5.000 y 10.000 MW.

Investigación y desarrollo

Mapa de 64 proyectos EGS en todo el mundo

Las tecnologías EGS utilizan una variedad de métodos para crear rutas de flujo adicionales. Los proyectos de EGS han combinado métodos de estimulación hidráulica, química, térmica y explosiva. Algunos proyectos de EGS operan en los bordes de sitios hidrotermales donde los pozos perforados se cruzan con rocas yacimientos calientes, pero impermeables. Los métodos de estimulación mejoran esa permeabilidad. La siguiente tabla muestra los proyectos de EGS en todo el mundo. [9] [10]

Australia

El gobierno australiano ha proporcionado financiación para la investigación para el desarrollo de la tecnología Hot Dry Rock. Los proyectos incluyen Hunter Valley (1999), Cooper Basin: Habanero (2002), Cooper Basin: Jolokia 1 (2002) y Olympic Dam (2005). [78]

unión Europea

El proyecto de I+D sobre EGS de la UE en Soultz-sous-Forêts , Francia, conecta una planta de demostración de 1,5 MW a la red. El proyecto Soultz exploró la conexión de múltiples zonas estimuladas y el desempeño de configuraciones de pozos triples (1 inyector/2 productores). Soultz está en Alsacia .

La sismicidad inducida en Basilea provocó la cancelación del proyecto EGS allí. [ cita necesaria ]

El gobierno portugués concedió, en diciembre de 2008, una licencia exclusiva a Geovita Ltd para prospectar y explorar energía geotérmica en una de las mejores zonas del Portugal continental. Geovita está estudiando un área de unos 500 kilómetros cuadrados junto con el departamento de Ciencias de la Tierra de la Facultad de Ciencia y Tecnología de la Universidad de Coimbra. [ cita necesaria ]

Corea del Sur

El proyecto Pohang EGS comenzó en diciembre de 2010, con el objetivo de producir 1 MW. [79]

El terremoto de Pohang de 2017 puede haber estado relacionado con la actividad del proyecto Pohang EGS. Todas las actividades de investigación se detuvieron en 2018.

Reino Unido

United Downs Deep Geothermal Power es el primer proyecto de electricidad geotérmica del Reino Unido . Está situado cerca de Redruth en Cornwall , Inglaterra. Es propiedad y está operado por Geothermal Engineering (GEL), una empresa privada del Reino Unido. El sitio de perforación se encuentra en el polígono industrial United Downs , elegido por su geología, conexión a la red existente, proximidad a carreteras de acceso e impacto limitado en las comunidades locales. [80] La energía se extrae haciendo circular el agua a través de un depósito naturalmente caliente y utilizando el agua calentada para impulsar una turbina para producir electricidad y para calefacción directa. La empresa planea comenzar a suministrar electricidad (2MWe) y calor (<10MWth) en 2024. Se descubrió un recurso de litio en el pozo. [81]

Estados Unidos

Los primeros días - Fenton Hill

El primer esfuerzo de EGS, entonces denominado Hot Dry Rock, tuvo lugar en Fenton Hill, Nuevo México, con un proyecto dirigido por el Laboratorio federal de Los Álamos. [82] Fue el primer intento de crear un depósito de EGS profundo y a gran escala.

El embalse de EGS en Fenton Hill se completó en 1977 a una profundidad de aproximadamente 2,6 km, aprovechando temperaturas de la roca de 185  °C. En 1979, el embalse se amplió con estimulación hidráulica adicional y estuvo en funcionamiento durante aproximadamente 1 año. Los resultados demostraron que se podía extraer calor a velocidades razonables de una región estimulada hidráulicamente de roca cristalina caliente de baja permeabilidad. En 1986, se preparó un segundo depósito para las pruebas iniciales de circulación hidráulica y extracción de calor. En una prueba de flujo de 30 días con una temperatura de reinyección constante de 20  °C, la temperatura de producción aumentó constantemente hasta aproximadamente 190  °C, lo que corresponde a un nivel de potencia térmica de aproximadamente 10  MW. Los recortes presupuestarios acabaron con el estudio.

2000-2010

En 2009, el Departamento de Energía de EE. UU. ( USDOE ) emitió dos Anuncios de Oportunidades de Financiamiento (FOA) relacionados con sistemas geotérmicos mejorados. Juntas, las dos FOA ofrecieron hasta 84 millones de dólares en seis años. [83]

El DOE abrió otra FOA en 2009 utilizando fondos de estímulo de la Ley Estadounidense de Reinversión y Recuperación por 350 millones de dólares, incluidos 80 millones de dólares destinados específicamente a proyectos de EGS, [84]

FRAGUA

El Observatorio Frontier para la Investigación en Energía Geotérmica (FORGE) es un programa del gobierno de EE. UU. que apoya la investigación sobre energía geotérmica . [85] El sitio FORGE está cerca de Milford, Utah, y ha sido financiado con hasta 140 millones de dólares. Hasta 2023, se habían perforado numerosos pozos de prueba y se habían realizado mediciones de flujo, pero la producción de energía no había comenzado. [86]

Universidad de Cornell - Ithaca, Nueva York

El desarrollo de EGS junto con un sistema de calefacción urbana es parte del Plan de Acción Climática de la Universidad de Cornell para su campus de Ithaca. [87] El proyecto comenzó en 2018 para determinar la viabilidad, obtener financiación y monitorear la sismicidad de referencia. [88] El proyecto recibió 7,2 millones de dólares de financiación del USDOE . [89] Se iba a perforar un pozo de prueba en la primavera de 2021, a una profundidad de 2,5 a 5 km, apuntando a roca con una temperatura > 85 °C. Está previsto que el sitio suministre el 20% de la carga de calefacción anual del campus. Se propusieron ubicaciones geológicas prometedoras para el reservorio en la formación Trenton - Black River (2,2 km) o en el sótano de roca cristalina (3,5 km). [90] El pozo de 2 millas de profundidad se completó en 2022. [91]

EGS "tiro a la tierra"

En septiembre de 2022, la Oficina de Tecnologías Geotérmicas dentro de la Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable del Departamento de Energía anunció un "Disparo geotérmico mejorado" como parte de su campaña Energy Earthshots. [92] El objetivo de Earthshot es reducir el costo de los EGS en un 90%, a 45 dólares por megavatio hora para 2035. [93]

Otros fondos y apoyos federales

La Ley de Empleo e Inversión en Infraestructura autorizó 84 millones de dólares para apoyar el desarrollo de EGS a través de cuatro proyectos de demostración. [94] La Ley de Reducción de la Inflación extendió el crédito fiscal a la producción (PTC) para fuentes de energía renovables (incluida la geotérmica) hasta 2024 e incluyó la energía geotérmica en el nuevo PTC de Electricidad Limpia a partir de 2024. [95]

Sismicidad inducida

La sismicidad inducida son temblores de tierra causados ​​por la actividad humana. La sismicidad es común en los EGS debido a las altas presiones involucradas. [96] [97] Los eventos de sismicidad en el campo geotérmico Geysers en California están correlacionados con la actividad de inyección. [98]

La sismicidad inducida en Basilea llevó a la ciudad a suspender su proyecto y luego cancelarlo. [99]

Según el gobierno australiano, los riesgos asociados con "la sismicidad inducida por la hidrofractura son bajos en comparación con los de los terremotos naturales, y pueden reducirse mediante una gestión y un seguimiento cuidadosos" y "no deben considerarse como un impedimento para un mayor desarrollo". [100] La sismicidad inducida varía de un sitio a otro y debe evaluarse antes de la inyección de fluido a gran escala.

potencial de BSA

Estados Unidos

Tecnologías de energía geotérmica .

Un informe de 2006 del MIT , [8] financiado por el Departamento de Energía de EE.UU. , realizó el análisis más completo hasta la fecha sobre EGS. El informe ofrece varias conclusiones importantes:

Ver también

Referencias

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