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Geotermia: Una fuente de energía limpia y renovable

¿Qué es la Geotermia?

Geotermia es una palabra de origen griego, que deriva de geos que quiere decir tierra, y de thermos que significa calor: el calor de la Tierra. Se emplea indistintamente para designar tanto a la ciencia que estudia los fenómenos térmicos internos del planeta como al conjunto de procesos industriales que intentan explotar ese calor para producir energía eléctrica y/o calor útil al ser humano.

La energía geotérmica, entonces, es la energía almacenada en forma de calor por debajo de la superficie sólida de la Tierra (Consejo Europeo de Energía Geotérmica, EGEC).

La Tierra y su centro de calor

Para entender el origen del calor que proviene de la Tierra, hay que imaginar a nuestro planeta como una gran cebolla dividida en distintas capas. La capa más externa, conocida como Corteza, es la más delgada –tiene 20 a 70 km de espesor- y está fragmentada en distintos bloques, formando una especie de rompecabezas, sobre el cual están los continentes. Las piezas de este rompecabezas se desplazan, y generan diversos tipos de contacto entre sí, chocando, divergiendo o convergiendo unas con otras. Este proceso dinámico se conoce como Tectónica de Placas, y es el causante de la mayor parte de la actividad volcánica y sísmica en nuestro planeta y en Chile en particular.

Estructura Interna de la Tierra

Cinturón de Fuego del Pacífico: fuente esencial de energía geotérmica

El Cinturón de Fuego del Pacífico es la zona del planeta que concentra la mayor cadena de volcanes y sitios de actividad sísmica alrededor de los bordes del océano Pacífico. Su forma es como la de una herradura de más de 40.000 kms. con 452 volcanes desde el extremo sur de América del Sur, a lo largo de la costa de América del Norte, a través del estrecho de Bering, Japón y Nueva Zelandia

Chile está ubicado en el margen suroriental del Cinturón de Fuego del Pacífico y su dinámica está marcada por el proceso de subducción de la Placa de Nazca por debajo de la Placa Sudamericana. La subducción ocurre cuando una placa se desliza por debajo de otra, provocando notable actividad sísmica.

Debido a la alta presión y temperatura en el deslizamiento de las placas, también se produce la fusión de parte de la capa que está por debajo de la corteza, conocida como Manto. Esta roca fundida se conoce como Magma y cuando emerge a la superficie, nacen los volcanes a través de erupciones.

Sin embargo, no todo el magma generado sale a la superficie, y se acumula en el interior de la Tierra, generando zonas con rocas a muy alta temperatura, mucho más alta de lo normal. Este último es el escenario propicio para la producción de energía geotérmica y, de paso, para usos como centros termales, invernaderos, secado de madera, papeleras, entre muchos otros.

Proceso de Subducción

Cinturón de Fuego del Pacífico

Cómo se genera energía geotérmica

Un reservorio geotérmico es una zona bajo la superficie, por lo general entre 500 y 4.000 m de profundidad (para que sea aprovechable con la tecnología existente), donde existen rocas a alta temperatura, con alta permeabilidad (fracturas + poros) saturadas en fluidos.

Estos fluidos circulan por rocas que están a más de 230ºC y son una mezcla con vapor y minerales disueltos. En ocasiones, parte de estos fluidos, se abren camino a la superficie a través de fallas (el agua caliente es menos densa que la fría) y generan manifestaciones como fuentes termales, fumarolas o geiseres.

Para aprovechar el recurso geotérmico que se encuentra en profundidad, es necesario perforar pozos para extraer el fluido que es el que transporta la energía desde la roca caliente. Una vez en superficie, el fluido es separado en una fase vapor, que se envía hasta una planta de generación eléctrica, donde finalmente se transforma la energía calórica en energía eléctrica. La fase líquida, junto a las sales disueltas, son reinyectadas al reservorio nuevamente.

Existen varios tipos de plantas geotérmicas de generación de electricidad, dependiendo del tipo de reservorio geotérmico que se explote, es decir de las condiciones de temperatura y presión del fluido y de cuál sea la fase dominante en el mismo (líquido y/o vapor dominante).

Tipos de Plantas Geotérmicas

Etapas de un Proyecto Geotérmico

Fase de Exploración Superficial

Esta etapa contempla el desarrollo de estudios de carácter geológico, geoquímico y geofísico, todos los cuales implican la colección de datos a nivel de la superficie del terreno, sin intervención significativa del entorno medioambiental. Estos estudios permiten crear un Modelo Geotérmico Integrado Inicial, que entregará contenidos clave para las futuras etapas.

El trabajo geológico consiste principalmente en el levantamiento de información de unidades de roca con sus respectivos estudios geoquímicos y geocronológicos, además de estudios volcanológicos y de geología estructural.

El trabajo geoquímico consiste en la caracterización de las fuentes termales y gaseosas, mediante la colección de muestras de agua y gases para su análisis químico, con el fin de inferir las condiciones físico-químicas de los fluidos provenientes del reservorio geotérmico.

Finalmente, los trabajos geofísicos buscan caracterizar las unidades y estructuras rocosas en subsuperficie. Se ocupan distintos métodos asociados a diversas características físicas de las rocas, como magnetismo, gravedad, sismicidad natural y magnetoteluria.

Etapa de exploración

Fase de Exploración Profunda

Esta etapa comienza una vez que se tiene el Modelo Geotérmico Integrado Inicial de un área, sobre la base de los antecedentes indirectos recolectados en superficie a través de los estudios geológicos, geoquímicos y geofísicos.

Consiste principalmente en la perforación de pozos a profundidad variable, dependiendo de las condiciones locales del posible reservorio. El objetivo principal es probar la existencia de condiciones adecuadas de un fluido geotérmico para su explotación y consiguiente generación eléctrica.

La exploración profunda contempla varios tipos de perforaciones con distintos objetivos, desde pozos de gradiente térmico poco profundos (300 – 1.000 m y diámetro delgado) a pozos de exploración de gran diámetro y habitualmente a mayor profundidad (1.000 – 3.000 metros).

Fase de Explotación

Esta etapa implica la extracción del fluido geotérmico, conduciéndolo por tuberías (vaporductos) hasta la planta geotérmica. El vapor es conducido hacia las turbinas, que son movidas a gran velocidad. Este movimiento de las turbinas mueve el generador de la planta y por medio de éste, se genera la electricidad.

A su vez, el vapor que ya pasó por la turbina, es condensado y reinyectado al reservorio. De esta manera se desarrolla un manejo del sistema geotérmico que permite una explotación sustentable del recurso.

Descripción de la geotermia como fuente de energía

Un reservorio geotérmico es una zona bajo la superficie, entre 500 y 4.000 m de profundidad (para que sea aprovechable con la tecnología existente), donde existen rocas a alta temperatura, con alta permeabilidad (fracturas y/o poros) saturadas en agua. Esta agua, debido a la alta temperatura de la roca por la que circula (más de 230ºC), se encuentra bajo la forma de una mezcla de agua-vapor. En ocasiones, parte de estos fluidos, se abren camino hacia la superficie (el agua caliente es menos densa que el agua fría) y generan manifestaciones como fuentes termales, fumarolas o geysers.

Para aprovechar el recurso geotérmico que se encuentra en profundidad, es necesario perforar pozos para extraer el fluido que es el que transporta la “energía” desde la roca caliente. Estos pozos llevan el fluido (agua + vapor) hacia la superficie, separando luego la fase líquida de la fase vapor, siendo esta última la que es enviada hasta una planta de generación eléctrica, en la cual finalmente se transforma la energía calórica en energía eléctrica.

Existen varios tipos de plantas geotérmicas de generación de electricidad, dependiendo del tipo de reservorio geotérmico que se explote, es decir de las condiciones de temperatura y presión del fluido y de cuál sea la fase dominante en el mismo.

La energía geotérmica también puede aprovecharse de muchas formas, una vez que ya ha generado electricidad y antes de reinyectar los fluidos al interior de la tierra. En muchos países, en las cercanías de plantas geotérmicas de generación eléctrica se han establecido distintos polos de desarrollo, tanto de índole industrial como de índole turística. En países como Islandia, Nueva Zelanda, estados Unidos, es común ver importantes establecimientos balneológicos (spa, centros turísticos, etc.) en los alrededores de plantas geotérmicas y que utilizan los fluidos una vez que ya han pasado por las turbinas. Asimismo, en Islandia, casi el 100% del sistema de calefacción del país se realiza sobre la base de intercambiadores de calor que aprovechan el calor remanente de los fluidos después de su paso por las turbinas.

Numerosos son también los desarrollos de tipo industrial que aprovechan el agua geotérmica de baja a mediana temperatura para la instalación de invernaderos (producción de vegetales), cultivos de peces y crustáceos, así como secado de fruta y/o madera, y también pulpa en la industria papelera.

Usos de la energía geotérmica

La energía geotérmica también puede aprovecharse de muchas formas, una vez que ya ha generado electricidad y antes de reinyectar los fluidos al interior de la tierra. En muchos países, en las cercanías de plantas geotérmicas de generación eléctrica se han establecido distintos polos de desarrollo, tanto de índole industrial como de índole turística.

En países como Islandia, Nueva Zelanda, Estados Unidos, es común ver importantes establecimientos balneológicos (spa, centros turísticos, etc.) en los alrededores de plantas geotérmicas y que utilizan los fluidos una vez que ya han pasado por las turbinas. Asimismo, en Islandia, casi el 100% del sistema de calefacción del país se realiza sobre la base de intercambiadores de calor que aprovechan el calor remanente de los fluidos después de su paso por las turbinas. Numerosos son también los desarrollos de tipo industrial que aprovechan el agua geotérmica de baja a mediana temperatura para la instalación de invernaderos (producción de vegetales), cultivos de peces y crustáceos, así como secado de fruta y/o madera, y también pulpa en la industria papelera.

Usos de la Energía Geotérmica

Geotermia en Chile

La historia de la exploración geotérmica en Chile comenzó a principios del siglo XX, cuando una sociedad italiana exploró la zona de El Tatio en 1907, solo un año después del comienzo de la operación de la planta geotérmica más antigua del mundo, en Larderello, Italia.

En 1931, esta exploración materializó la perforación de dos pozos en esa misma zona. Posteriormente, a fines de la década de 1960 el gobierno de Chile, apoyado por fondos internacionales, realizó exploraciones más sistemáticas en las zonas de El Tatio, Pampa Lirima, Puchuldiza y Surire. Estas exploraciones llevaron a positivos estudios de prefactibilidad para el campo geotérmico de El Tatio a mediados de la década de 1970. Sin embargo, a principios de la década de 1980 se suspendieron los estudios estatales relativos al desarrollo de la energía geotérmica en Chile.

En la década de 1990 Enap, junto a socios extranjeros, desarrolló exploración en algunos campos geotérmicos, sin llegar a etapas más avanzadas.

El 2000 se promulgó la Ley 19.657 de Concesiones de Energía Geotérmica, lo que puede considerarse como el comienzo de la nueva era en la exploración geotérmica en Chile. Si bien en la primera parte de la década no hubo mayores avances, a partir del año 2005 diversas empresas chilenas y extranjeras han acelerado la exploración de campos geotérmicos en el país, llegando incluso el 2009 a la perforación de pozos de gradiente y de algunos pozos profundos de exploración.

Durante décadas se ha considerado que Chile tiene un alto potencial geotérmico, debido esencialmente a sus condiciones geotectónicas asociadas a un arco volcánico activo en un límite convergente de placas. Estimaciones señalan que el potencial de generación eléctrica a partir de geotermia en un lapso de 20 años y con la tecnología actual, es de entre 1.500 a 3.600 MW.

Potencial de Generación Eléctrica en Chile

Presentación Contenido Educativo

Los siguientes recursos educativos han sido elaborados por Energía Andina, para contribuir al conocimiento de la energía geotérmica y las oportunidades y usos que ofrece su desarrollo.

Recursos educativos

Minisitio sobre geotermia en portal EducarChile

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Historietas educativas


Animaciones en Flash sobre geotermia y los procesos que la originan


Otros sitios de interés:

Preguntas Frecuentes

1. ¿Qué es la energía geotérmica?
La energía geotérmica es la energía almacenada en forma de calor por debajo de la superficie sólida de la Tierra (Consejo Europeo de Energía Geotérmica, EGEC).

2. ¿Cuáles son las ventajas de la geotermia?
Además de ser una fuente de energía renovable y limpia, la geotermia posee un alto factor de planta, vale decir, genera energía más del 90% del tiempo. Tiene una baja a nula emisión de gases no condensables (CO2) y genera una amplia variedad de usos directos en escala, abriendo buenas oportunidades para el desarrollo de emprendimientos locales.

3. ¿Hay riesgos de que se agote el agua del altiplano con el desarrollo de la geotermia?
No, ya que la geotermia para uso eléctrico no requiere uso de agua ni de correntías superficiales ni subterráneas extraídas por pozos hechos para ese propósito. La geotermia sólo usa fluido geotérmico como vehículo para extraer la energía calórica y transformarla en energía mecánica y luego eléctrica. Terminado este proceso, los fluidos extraídos son devueltos a su fuente de origen.

4. ¿Qué usos puede darse a la energía geotérmica, además de la electricidad que se inyectará al sistema interconectado?
La energía geotérmica tiene muchos usos posibles, dependiendo de las distintas temperaturas del recurso. Todos ellos pueden generar interesantes beneficios para las comunidades aledañas y desarrollos productivos locales. En el mundo, los usos más comunes son: para spa y piscinas (sólo en Japón hay más de dos mil resorts de aguas termales y atraen cien millones de visitantes al año). Otros usos son para calefacción residencial u hotelera y de invernaderos, acuicultura y crianza de animales (piscicultura), entre otros.

5. ¿Hay experiencia internacional sobre usos de la energía geotérmica?

Muchísima, algunos ejemplos destacados son: países como Islandia, Polonia, Hungría, Turquía, Japón, China, Rumanía y Estados Unidos tienen sistemas de calefacción de edificios. El sistema de calefacción de la ciudad de Reykjavik, en Islandia, abastece calor a alrededor de 190.000 personas. El mayor invernadero del mundo con climatización geotérmica está en Mokai, en Nueva Zelanda, alcanza un tamaño de 5 ha. y en su subsuelo se encuentra una planta de generación eléctrica, también de origen geotérmico.

6. ¿Cuál es el potencial de Chile para el desarrollo de energía geotérmica?
Chile tiene un gran potencial para el desarrollo de la geotermia, ya que está ubicado en el llamado Cinturón de Fuego del Pacífico, y concentra alrededor del 60% del potencial geotérmico de Sud América. Las estimaciones teóricas sobre el potencial en MW varían desde 1.000 MW hasta más de 16.000 MW, pero una estimación más realista alcanza 3.200 MW posibles de ser desarrollados en los próximos 20 años.

7. ¿Cuánta energía eléctrica a partir de geotermia se produce en el mundo hoy día?

Hoy la producción mundial alcanza a 67.246 GW por año y el país que más produce es Estados Unidos, con 16.603 GW anuales.

8. ¿Existe hundimiento en los terrenos en que se desarrolla la Geotermia?
Es muy poco común, pero ha en algunos campos geotérmicos en explotación. El caso más conocido es el de Wairakei, Nueva Zelandia, que se debió a la falta de reinyección de fluidos en el sistema geotérmico y a las condiciones geológicas particulares del subsuelo. Episodios como éste pueden evitarse con un buen estudio y monitoreo del terreno y la adecuada reinyección de los fluidos en profundidad, una vez generada la energía. Así se ha hecho en la gran mayoría de los proyectos a nivel mundial, que consolidan con éxito la generación de energía eléctrica a partir de geotermia.

9. ¿Es inagotable la energía Geotérmica?

La energía geotérmica proviene del calor natural de la Tierra, por lo que a escala humana puede considerarse renovable e inagotable. No obstante, es necesario un adecuado manejo del sistema, dando justo equilibrio y estabilidad entre la extracción del fluido y la reinyección del mismo, una vez generada la electricidad. Eso permite no enfriar el sistema y mantener el fluido geotérmico por décadas en un campo en producción, tal como lo hacen campos geotérmicos a nivel mundial, muchos de los cuales llevan más de 80 años generando energía limpia.

10. ¿Es verdad que se pueden contaminar las aguas con arsénico, amoníaco, mercurio, boro o sulfuros de hidrógeno?

No, ya que las condiciones de manejo de fluidos y descargas superficiales, sumado a las características de infraestructura de una planta geotérmica tienen un elevado estándar, diseñado para impedir el contacto de fluidos geotérmicos con aguas superficiales y/o subterráneas. Más aún, el funcionamiento exitoso de una planta geotérmica depende en gran parte de que este contacto no ocurra.

Todos los pozos que se construyen en distintas etapas (de exploración y explotación) están completamente aislados de la roca circundante hasta la profundidad de producción. De esta manera se busca resguardar las napas y que el reservorio geotérmico no se vea afectado con aguas frías.

11. ¿La geotermia ha provocado sismos?
La geotermia clásica no. Sólo en casos aislados de campos geotérmicos en producción se han detectado cambios en la sismicidad natural del área. Cuando ésta ha aumentado, los movimientos han sido de muy baja magnitud, generalmente imperceptibles para el ser humano.

A nivel mundial, al menos en dos ocasiones han ocurrido sismos perceptibles por las personas (3-4 escala de Richter) a raíz de faenas geotérmicas, pero en condiciones muy particulares. Ocurrió en Suiza y Australia, y en ambos casos en proyectos piloto de geotermia inducida -Enhance Geothermal Ssytems o Hot Dry Rock Geothermal Systems- donde existe roca caliente sin fluidos, escenario muy distinto al chileno. Allí, se perforó a grandes profundidades en busca de altas temperaturas, para luego inyectar agua con la cual extraer la energía hacia la superficie, tal como funciona un calefont. Esta fractura inducida provocó los sismos mencionados.

En Chile, en cambio, se buscan campos geotérmicos a menor profundidad, que tengan permeabilidad y fluidos primarios naturales. No hay fracturas inducidas y, por tanto, tampoco sismos asociados a la producción de energía geotérmica.

12. ¿Existen plantas geotérmicas en Chile?
A la fecha no existe ninguna planta geotérmica de generación eléctrica en Chile, ni tampoco en América del Sur.
En nuestro país este desarrollo está en etapa inicial, de exploración, para cuantificar el potencial geotérmico.

13. ¿Será más cara la energía eléctrica producida por geotermia?
No. La energía eléctrica que se produzca a partir de plantas geotérmicas no será más cara que la producida por otras fuentes en el país. Lo que sí es más caro, es la inversión previa, aquella destinada a construir la planta geotérmica, pero una vez que está en producción, sus costos marginales son muy bajos: se relacionan sólo a mantención y no a la compra de combustible, como ocurre con las fuentes de generación tradicionales en base a combustibles fósiles. Esto último es lo que encarece la energía hoy día, porque se requiere importar combustibles fósiles (carbón, gas natural licuado y petróleo diesel). Es muy probable que una planta geotérmica en Chile resulte rentable para los actuales precios que exhibe la energía hoy en el país.

14. ¿Cuánto tiempo demora en construirse una planta?
Entre 4 y 7 años. Esto incluye la exploración del recurso y la construcción de la planta, además de la línea de transmisión.

15. ¿Cómo convive una planta geotérmica con las bellezas naturales que existan en su entorno?
Pueden convivir armónicamente si el proyecto se lleva a cabo con responsabilidad. Esto exige una buena planificación, desarrollo y construcción de la planta geotérmica, sumado al marco legal y de protección medioambiental existente, y su compatibilidad con los intereses de las comunidades locales. Todo ello impone un alto estándar para llevar adelante una iniciativa de este tipo, con criterios de sustentabilidad ambiental, social y económica. Un buen ejemplo de esta convivencia armónica es la que se da en la zona turística de La Toscana, en Italia, donde existe geotermia hace más de 100 años.