Índice:

Resumen ejecutivo:

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A raíz del permanente problema energético que en Chile sino que a nivel mundial, surge una gran interrogante de cómo se puede abastecer hoy en día un país como este por el hecho de que a lo largo de gran parte de nuestra historia debemos depender de otros países para obtener combustibles fósiles, así como también problemas con nuestros países vecinos por diferentes razones. Por ende somos un país que permanentemente busca soluciones para el suministro de energía, ya sea instalando centrales hidroeléctricas donde somos un país con muchos recursos de este tipo o mediante centrales termoeléctricas, el problema es que muchas personas se encuentran en desacuerdo por diferentes motivos que conllevan a atrasar o cancelar estas instalaciones. Es por eso que la energía geotérmica es una opción que debe ser tomada en cuenta tanto por los beneficios que entrega y por la ubicación geográfica donde vivimos ya que tenemos un gran potencial de este recurso.

Las ventajas que tiene este recurso es que se caracteriza por ser una energía limpia y renovable porque viene de la tierra, donde además es una fuente de energía eléctrica (por el vapor a alta presión que se concentra dentro) y energía calórica (por el agua caliente que estos pozos contienen en general) que son utilizados tanto a nivel industrial y domestico.

Si bien existen cinco sistemas geotermales posibles (hidrotermales, geo presurizados, roca caliente, marinos y magnaticos), a nivel comercial solo se utiliza el sistema hidrotermal por el hecho de que son más seguros y tienen una amplia gama de utilidades ya mencionadas. Dentro de estos sistemas existen a nivel comercial tres tipos de plantas que son de vapor, de vapor flash y binarios que se utilizan en función del tipo de fluido de trabajo que proporcione cada yacimiento que funciona a través de un ciclo Rankine. Cabe destacar que existen tecnologías que mejoran la vida útil de cada planta, como precipitar con mayor rapidez los componentes no deseados, además de otro sistema que engrosa dichas partículas para transformarlas en partículas deseadas a futuro, y también un sistema de regulador de pH que ayuda a mejorar las condiciones del fluido de trabajo al momento de ser re inyectados.

Para que estos sistemas sean un hecho previamente se deben realizar estudios con respecto al terreno así como también estudios preliminares del fluido de trabajo para finalmente realizar la excavación del pozo donde finalmente se conocerán las verdaderas características del yacimiento, estos estudios deben ser realizados debido a que realizar la excavación en si es demasiado costosa en relación a los estudios previos.

Dentro del marco legal en Chile, existen normas reguladas con respecto a la exploración y excavación del posible yacimiento donde está estipulado la superficie máxima, la duración, el amparo o garantía, quien debe ser el titular, el patrimonio mínimo exigido y el método de asignación.

Introducción:

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La palabra geotermia proviene de las palabras griegas geo que significa Tierra y thermos que significa calor, lo que lleva a que en conjunto el significado de la palabra es calor proveniente de la Tierra. La disciplina en si consiste en el estudio y aprovechamiento de este recurso que a través de los fluidos que salen de las profundidades de la Tierra dan origen a los sistemas geotérmicos. Si bien esta fuente de energía se ha aprovechado desde siempre, esta se empezó a comercializar desde la década de 1960 y la masificación de esta desde de la década de 1970 debido a la crisis del petróleo lo que ayudo a sustentar la demanda energética de muchos países.

En estos últimos años el aprovechamiento de este recurso no solo se utilizar para la generación de energía eléctrica, sino también para procesos térmicos como la calefacción de hogares, procesos de secado, fermentación, manufactura, teñido y producción de acido sulfúrico a nivel industrial que son mejor conocidos como usos directos, donde los países que mejor lo aprovechan son Estados Unidos, Japón, China, Nueva Zelanda, Filipinas, Australia e Islandia.

Para hacer posible la generación de energía eléctrica, se deben en tomar en consideración las características del fluido de trabajo que se encuentran en los pozos y así poder seleccionar la turbina adecuada donde todo se comporta en función de la presión de este.

¿En qué consiste la energía geotérmica?

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Esta consiste en el calor de la tierra que se transmite por convección y conducción hacia la corteza terrestre, en general es el agua contenida debajo de la corteza terrestre que llega como agua lluvia particularmente y por medio del calor que transmiten las rocas regresa a la superficie terrestre en forma de vapor o agua caliente tan como lo muestra la siguiente figura:

Por esta razón se da a entender que esta es una fuente energía se encuentra muy ligada volcanes, geiseres, aguas termales, etc. (con miles de años de actividad)

Sistemas geotérmicos

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1) Sistemas hidrotermales

Estos se conforman en agua que actúa como fluido de trabajo (ya sea en estado líquido o gaseoso) y roca que almacena el calor que generalmente se mantienen a 400ºC, estos son:

Líquido dominante: Estas se encuentran entre 100 y 200ºC aproximadamente, son de baja entalpia y son los yacimientos más abundantes con respecto a este tipo de energía.

Liquido y vapor: Son fuentes de mayor entalpia que se encuentran entre 200 y más de 300ºC, son menos abundantes que el anterior.

Vapor dominante: Estos son los de mayor entalpia, en general son de vapor seco y existen muy pocas fuentes en el mundo.

2) Sistema de roca seca caliente

Estas corresponden a zonas de alto flujo calórico, pero impermeables de tal modo que no hay circulación de fluidos que puedan transportar el calor. La idea de este sistema, tal como está investigando Estados Unidos actualmente es crear una reserva donde al ingresar agua fría obtener agua caliente o vapor, el tema de este sistema tiene bastante relevancia ya que estudios han relevado que los yacimientos de roca seca caliente que se encuentran a 10 kilómetros de la superficie terrestre son equivalentes a 500 veces la energía acumulada de los yacimientos de todos los combustibles fósiles del mundo.

Actualmente los proyectos de investigación más grandes respecto al este sistema se están realizando en Europa y Japón.

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3) Sistemas geo presurizados

Estos consisten en vapor de agua y gas metano que se encuentran a alrededor de 700 bar, un ejemplo claro de este sistema son los geiseres. Si bien ofrecen tres servicios como agua caliente, gas metano (gas natural) y vapor a alta presión para turbinas, no se explotan comercialmente.

4) Sistemas marinos

Son sistemas de alta entalpia que se encuentran en el fondo del mar, estos sistemas no son explotados debido a la falta de investigación respecto al tema.

5) Sistemas magnaticos

Son sistemas de rocas fundida existentes en volcanes activos o a gran profundidad en zonas de debilidad cortical, no se explotan comercialmente aunque lo más llamativo de estos son las temperaturas que se concentran en esas zonas (mayores de 800ºC)

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Usos de la energía geotérmica

En la actualidad la energía geotérmica no solo se utiliza para la generación de energía eléctrica, sino también para variadas funciones las cuales genéricamente se denominan usos directos, sus características son las siguientes:

Generación de energía eléctrica

Esta se relaciona directamente con las características del yacimiento, o sea, con la presión y temperatura del fluido de trabajo con el fin de seleccionar la turbina adecuada. Si bien la planta más grande del mundo es de 135 [MW], se pueden encontrar centrales de 50 o 35 [MW]. Otra gran ventaja es que estas centrales tienen un factor de servicio de entre 80 y 90% lo cual hacen que tengan una gran confiabilidad y además es muy superior a otros tipos de centrales, en la actualidad existen tres tipos de plantas que son las más comunes y que dependen de las características del fluido de trabajo, estas son:

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a) Plantas de vapor seco

Estas se utilizan en yacimientos de vapor dominante, generalmente el vapor seco o sobrecalentado se obtiene a partir del yacimiento el cual se envía a las turbinas para luego el vapor húmedo se condensa para volver a ser re inyectado al pozo o ser liberado a la atmosfera dependiendo de las condiciones de este a la salida de la turbina. Las turbinas para este tipo de plantas se encuentran entre los 30 y 120 [MW] y se explotan generalmente en Estados Unidos, Japon, Indonesia e Italia.

b) Plantas de vapor flash

También conocidas como de separación de vapor, se utilizan en yacimientos del tipo líquido vapor. El sistema consiste en que la mezcla previamente a entrar a la turbina pasa por un separador para aprovechar solamente el vapor donde el agua caliente es re inyectado al pozo, luego de que el vapor pasa por al turbina, este se condensa para pasar nuevamente por un separador en el cual solo dejara pasar el agua caliente que pasara a la bomba que lo llevara reinyección al pozo y el vapor que se separa pasara nuevamente por el condensador, esto se da para evitar dañar la bomba. Las turbinas de este sistema son del rango de 10 a 55 [MW] aproximadamente.

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C) Plantas de ciclo binario

Estas se usan en yacimientos de líquido dominante, como el líquido no se encuentra a muy alta temperatura, este debe evaporizarse por medio de intercambiadores de calor para posteriormente entrar a la turbina, luego el vapor se condensa para luego ser utilizado como fluido de trabajo en el intercambiador de calor y posteriormente ser re inyectado al pozo. Para estos sistemas existen turbinas de 1 a 25 [MW].

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Tecnología de plantas

Dentro de las tecnologías actuales en estas plantas se encuentra el sistema flash-crystallizer o cristalizador flash, el cual consiste en añadir ‘semillas’ que inducen a precipitación de los elementos que provienen de salmueras del fluido de trabajo haciendo que se vuelvan inestables y muy saturados lo que hace que se saturen de manera mucho más rápida que si no se utilizara ese sistema.

Además existe el sistema reactor-clarifier o reactor clarificador, el cual es un sistema que acumula las partículas previamente precipitadas donde estas se engrosan y una parte de estas se vuelven a re circular como ‘material semilla’ convirtiendo el elemento conflictivo en un elemento útil.

Además, en paralelo se utiliza el sistema pH-mod, el cual modifica el pH con el objetivo de mejorar la velocidad de decantación de los minerales mediante la alcalización o acidificación del agua, lo cual mejora la vida útil de los componentes de la central geotérmica de manera considerable evitando la formación de sarro en tuberías y corrosión en turbinas, equipos y uniones.

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Usos directos

Estos se utilizan específicamente en yacimientos de baja entalpia (temperatura en particular), los que generalmente se utilizan en calefacción, temperado de piscinas, sistemas de invernadero, bombas de calor, acuicultura, aplicaciones industriales (secado, teñido).

Estas aplicaciones son posibles según la temperatura del fluido de trabajo.

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Exploración:

Para esto se deben tomar en cuenta los objetivos y los métodos de la exploración.

Objetivos

1) Identificar una potencial zona geotérmica.2) Analizar si la zona es un potencial campo para su explotación.3) Estimar el tamaño de la zona.4) Determinar el tipo de yacimiento.5) Determinar las características del fluido de trabajo.6) Compilar antecedentes necesarios (si es zona sísmica por ejemplo) para realizar

los controles necesarios.7) Determinar parámetros ambientalmente sensibles.

Métodos

Para empezar una exploración se de este tipo, siempre se comienza por el análisis de imágenes satelitales.

Posteriormente se deben realizar estudios geológicos e hidrogeológicos donde se comienzan los estudios de la zona con mayor detalle y así poder identificar los lugares donde posiblemente puedan ser explotados.

También se encuentran prospecciones geoquímicas, los cuales determinan el tipo de fluido de trabajo (si es de vapor dominante por ejemplo), estiman la temperatura mínima en la profundidad, las características del fluido (si posee gas metano por ejemplo), si pudiesen existir problemas en el momento de re inyectar el fluido al pozo (si es que se producen cambios en el fluido y por lo tanto corrosión y incrustación en los ductos y equipos). La ventaja de este estudio es que resulta ser de bajo costo y por ende muy utilizado.

Las prospecciones geofísicas están destinadas a obtener los parámetros de las formaciones geológicas en profundidad, estos en general son:

- Temperatura, que consiste en prospección térmica.- Conductividad eléctrica, por medio de métodos eléctricos y electromagnéticos.- Velocidad de propagación de ondas elásticas, por medio de prospección sísmica.- Densidad, por medio de prospección gravimétrica.- Susceptibilidad magnética, por medio de prospección magnética.

Si bien es necesario hacer este tipo de estudios, al fin y al cabo lo únicos datos reales se presentaran cuando se realice la perforación del pozo ya que por medio de este hecho se tendrán resultados de las verdaderas características del yacimiento geotermal de la zona y así evaluar su potencial

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Marco legal:

En 1999, y luego de 9 años de discusión en el Congreso, se aprobó la Ley Nº 19.657"Sobre Concesiones De Energía Geotérmica", la cual fue publicada en el Diario Oficial el 7de enero de 2000. La ley establece que la energía geotérmica es un bien del Estado, susceptible de ser explorada y explotada, previo otorgamiento de una concesión por parte del estado.

Por medio de esta ley se definen las condiciones reglamentarias para la participación de empresas privadas en las actividades de exploración y explotación de esta fuente energética, excluyendo de sus alcances las aguas termales que se utilicen para fines sanitarios, turísticos o de esparcimiento.

Además, reglamenta las relaciones entre los concesionarios, el Estado, los dueños del terreno superficial, los titulares de pertenencias mineras y las partes de los contratos de operación petrolera o empresas autorizadas por ley para la exploración y explotación de hidrocarburos, y los titulares de derechos de aprovechamiento de aguas.

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