Victor Hugo Forjaz. Vulcanólogo
Profesor de la Universidad dos Açores.

Representante do Observatorio Vulcanológico y Geotérmico dos Açores en el Consejo Consultivo de Ciencia y Tecnología

EL FENÓMENO GEOTÉRMICO

Se entiende como "geotermia" todo fenómeno que se refiere al calor almacenado en el interior de la Tierra, llamándose "energía geotérmica" a la energía derivada de este calor. El calor se transmite a través del subsuelo y llega a la superficie muy lentamente, por lo que la mayor parte queda almacenado en el interior de la Tierra durante largo tiempo.

De esta forma, a medida que aumenta la profundidad la temperatura de las rocas es más elevada; a la variación de la temperatura con la profundidad se le denomina "gradiente geotérmico" siendo su valor normal alrededor de los 30 °C/km. El flujo de calor, o "flujo geotérmico" que produce esta diferencia de temperaturas es muy bajo (unos 60 mW/m²) si se compara con el flujo de energía solar, lo que condiciona fuertemente la utilización de la energía geotérmica.

No obstante, existen zonas de la Tierra donde estos valores son muy superiores (hasta 200 °C/km), y será allí más fácil extraer el calor. Por ello los recursos geotérmicos mundiales sólo son aprovechables en una pequeña parte, pero lo suficientemente grande como para poder hablar de una fuente energética renovable de gran magnitud, ya que si los volúmenes de rocas calientes son suficientemente grandes, su calor puede tardar millones de años en disiparse.

Generalmente las alteraciones geotérmicas de mayor magnitud presentan unas “manifestaciones superficiales” que indican su posible existencia y que pueden ser:

• Vulcanismo reciente.
• Zonas de alteración hidrotermal.
• Emanaciones gaseosas.
• Fuentes termales y minerales.
•   Anomalías térmicas.

El caso de las Islas Azores, se encuadra en la primera causa expuesta.

EL SISTEMA GEOTÉRMICO

Para poder extraer el calor del interior de la Tierra han de darse ciertas condiciones: la existencia de zonas a elevada temperatura a profundidades asequibles y la existencia cerca de ellas de rocas porosas capaces de retener agua. Así, se define como "yacimiento geotérmico" un volumen de roca con temperatura anormalmente elevada para la profundidad a que se encuentra, susceptible de ser recorrida por una corriente de agua que pueda absorber calor y transportarlo a la superficie.

Obsérvese que esta definición no implica que el agua se encuentre en el yacimiento a priori. Por lo tanto, según las características geológicas de los yacimientos y la forma en que el calor se transporta a la superficie, aquellos pueden ser:

• Sistemas hidrotérmicos.
• Sistemas geopresurizados.
• Sistemas de roca seca caliente.    

De los tres, en las Islas Azores se explota el primero de ellos, que se pasa a describir brevemente.

Un sistema hidrotérmico está formado por una fuente de calor situada a una profundidad relativamente pequeña (de 1 a 10 km), que garantiza un elevado flujo térmico por un largo período de tiempo. Por encima de ella se halla situada una roca permeable conteniendo agua (acuífero), que permite la circulación de ésta cerca de la roca caliente. Sobre el acuífero se encuentra una capa de roca impermeable y algunas fallas que delimitan el yacimiento y permiten el aporte de agua a partir de las precipitaciones atmosféricas.

    

Así, el agua adquiriré la temperatura del sistema geotérmico y se encontrará en estado líquido, en forma de vapor, o como mezcla de líquido y vapor en equilibrio, según las condiciones de presión y temperatura del yacimiento. Los sistemas en los que predomina el vapor son fácilmente explotables y su principal aplicación es la producción de energía eléctrica en turbinas de vapor, obteniéndose agua caliente como subproducto. Los sistemas en los que predomina el agua, a mayor o menor temperatura, pueden presentar dificultades de uso si contienen muchas sales disueltas o sus propiedades son corrosivas.

EXPLOTACIÓN Y UTILIZACIÓN DE YACIMIENTOS GEOTÉRMICOS

Antes de proceder a la explotación de un yacimiento geotérmico es necesario conocer:

• Profundidad y espesor del acuífero.      
• Calidad, caudal y temperatura del fluido.     
• Permeabilidad y porosidad de las rocas.

Una vez conocidos estos factores, la explotación se realiza mediante sondeos análogos a los petrolíferos. Sin embargo, para no agotar el agua se suele reinyectar ésta al acuífero mediante otro pozo. Asimismo es necesario evitar la corrosión que suele producir el fluido geotérmico utilizando materiales no atacables lo que hace que, en general, este tipo de explotación precise de una inversión inicial muy elevada.

La energía geotérmica puede ser utilizada en dos campos, definidos por la temperatura que alcanza el fluido geotérmico: alta y baja temperatura. El límite práctico entre ambos no está claramente fijado, pero se puede situar entre 130 y 150 °C.

Los yacimientos de alta temperatura se utilizan en la producción de energía eléctrica, cuyo coste suele ser casi la mitad que el de la electricidad producida en una central térmica convencional. Los yacimientos de baja temperatura se utilizan para suministrar calefacción. En las Islas Azores se utiliza el primer tipo, es decir, se trata de yacimientos de alta temperatura encaminados a la producción de energía eléctrica.

El diseño de las centrales geotérmicas de producción de energía eléctrica depende, pues, de las siguientes variables:   

• Caudal del pozo.    
• Temperatura del yacimiento.
• Composición del fluido (líquido-vapor).
• Temperatura del agua de refrigeración.
• Contenido en sustancias extrañas.

Según las características del fluido geotérmico se han desarrollado varias opciones básicas para la conversión de la energía geotérmica en energía eléctrica, en todas ellas un vapor hará mover una turbina de vapor que está acoplada a un alternador que es, propiamente el aparato que generará la energía eléctrica. La diferencia entre los distintos sistemas se encuentra en qué fluido hacer girar la turbina, si es el propio vapor extraído del pozo, hablamos de conversión directa; si lo que ocurre es un intercambio de calor entre el fluido procedente de la explotación geotérmica y otro que pasará a fase vapor al entrar en contacto con éste, hablamos de ciclo binario.

      

LAS ISLAS AZORES Y LOS RECURSOS GEOTÉRMICOS

La producción de energía eléctrica en la Azores proveniente de la energía geotérmica está en franca expansión. La energía geotérmica presenta ventajas económicas y estratégicas frente al resto de energías, por un lado reduce el uso de combustibles fósiles y, por tanto, la dependencia del exterior y unos beneficios ambientales significativos. Por otro, es una energía continua que no está condicionada por los factores climáticos, como sí le ocurre a la mayoría de las energías renovables.

Ya se ha explicado más atrás las condiciones que dan lugar a una anomalía térmica que puede dar lugar a un aprovechamiento geotérmico, los estudios realizados han llegado a la conclusión que no todo el terreno azoriano es susceptible de ser aprovechado geotérmicamente, así en la isla de Santa María, en el extremo oriental de la isla de San Jorge y de San Miguel y en la parte norte de la isla de Flores, no es posible este tipo de explotaciones. Además, puede haber otros factores que no permitan este aprovechamiento como ocurre en zonas de la isla de Terceira. Se puede dar el caso de que zonas antiguas, teóricamente estériles posean algún tipo de potencialidad debido al ambiente tectónico en que se encuentran (caso de los grabens vulcanismo expansivo de Lajes (Terceira) y Flamengos (Faial). Por último, si la potencia a instalar está por debajo de los 10 MW, se desecha por inviable económicamente.

PEQUEÑA HISTORIA GEOTÉRMICA DE LAS AZORES

La utilización del calor terrestre y del vapor de agua a él asociado para generar electricidad data de inicios del siglo XX, en Larderello, Italia. La idea se extendió a Japón y Estado Unidos y pasó por las Azores en los años 50 cuando allí vivían personas ricas de bolsillo y de espíritu (caso de los Bensaúde, los Arruda, Los Carreiro, etc.) Por ese motivo, en 1951, invitaron a un italiano, especializado en energía geotérmica (el príncipe Giorni di Conti), a visitar San Miguel, concluyendo que se podía utilizar el calor de la isla. La iniciativa murió porque un diputado de la época, amigo del Dr. Salazar, se opuso ferozmente, abortándola. Otros diputados en 1971 reanimaron el proyecto. Con la revolución del 25 de abril de 1974 y el surgimiento del FLA (frente de Liberación de las Azores), el Gobierno de la República, posiblemente no poseyendo mejor programa de desarrollo, decidió formalizar el Proyecto geotérmico de San Miguel, proponiendo instalar una central geotérmica de 1 MW de potencia. El gobierno de la Azores atribuyó al Dr. Victor Hugo Forjaz el desarrollo técnico y científico de la obra en colaboración con una empresa norteamericana, seleccionada en concurso.

Se optó por el valle en graben de Ribeira grande, una estructura geológica expansiva muy favorable a los yacimientos geotérmicos, además, ya allí la universidad canadiense de Dalhousie (Halifax) había realizado un pozo vertical de unos 980 metros.

Los trabajos arrancaron en 1976 y se formó un equipo nacional de geólogos, geoquímicos, hidrogeólogos, geólogos e ingenieros a fin de que aprendieran las técnicas necesarias. Una parte del equipo se fue al extranjero y otra se encargó de realizar el procedimiento ritual en estos casos (cartografía litológica, vulcanoestatigrafía, geoquímica mineralógica, tectónica y fotointerpretación. Sismología, gravimetría y magnetismo) tal como se hace en los sondeos en busca de petróleo. Sintetizados los resultados, se procedió a realizar un modelo tridimensional con el objetivo de percibir la circulación de los fluidos sobrecalentados que se pretendían captar y utilizar. Se hicieron trabajos termométricos por medio de pozos- sondeo de unos 250 metros de profundidad y de pequeña sección (unos 10 cm), después de revestidos de acero y llenos de aceite, se utilizaron para determinar el gradiente geotérmico a lo largo de semanas y como resultado, marcar los “dos grandes pozos” de 1500 metros de profundidad, objetivo principal del proyecto ( pozos RG1 y RG2).

En agosto de 1976 el pozo RG1 empezó a producir vapor de agua de origen volcánico. Este pozo posee un diámetro de unos 27 cm y una profundidad de unos 1.229 metros. Siguió el pozo RG2 y el concurso para comprar la maquinaria necesaria para la conversión del fluido geotérmico en electricidad ,ésta es una Mitsubishi de 3 MW, más económica que la de 1 MW y es del tipo de conversión directa, al fin y al cabo, una simple máquina movida con el vapor separado y filtrado de los pozos. A pesar de que la máquina posee una potencia de 3 MW, el fluido sólo permite una potencia de 0,8 MW (otro más reciente, PV3, es capaz de producir 3 MW y se espera a su entrada en explotación).

A los pozos RG1 y RG2 siguieron los pozos PV1, PV2 y SB1 que sirvieron para diversos tipos de ensayos. La central Mitsubishi, inaugurada en 1980, se encuentra ligada al pozo PV1. En 1991 se realizó el pozo profundo CL1 (2.200 metros) y siguieron los pozos CL2, CL3, CL4 y en 2000 el CL5.

El período 1976-1981 ce conoce como “fase científica” del PGSMG: Después de un período de luchas intestinas, el proyecto geotérmico de san Miguel pasó a la “fase industrial”, es decir, a la instalación de equipamientos más potentes, más modernos y más rentables.

En 1994, comenzaron a producir energía geoeléctrica dos grupos de 2,5 MW cada uno, de tipo binario, marca Ormat. En esta máquina, el calor del vapor  y del agua geotérmica, es transferido a un hidrocarburo (n-pentano) que pasa a fase gas y mueve las turbinas. El gas, después de las turbinas, es condensado y regresa al circuito inicial, con lo que no se consume pentano en el proceso; el circuito es cerrado y el sistema, a pesar de ser más caro, tiene por ahora más rentabilidad. En 199 entraron en funcionamiento dos grupos más de 4 MW cada uno. Así, en total, la central está equipada con 13 MW de potencia nominal, aunque para alcanzarla será necesario abrir un nuevo pozo, el CL6.

Conclusiones y sugerencias Las dos centrales geotérmicas de San Miguel, únicas en Portugal, con las potencias instaladas de 3 MW (Mitsubishi, conversión directa) y 13 MW (Ormat, ciclo binario) producen el 35% de las necesidades energéticas de una isla de unos 150 mil habitantes. Según las decisiones políticas que se adopten, este porcentaje puede llegar a ser del 60%. Los años de actividad del campo geotérmico de Ribeira Grande permiten concluir que las reservas geotérmicas son inagotables para niveles de explotación del orden de los 15-20 MW. Otras opciones más atrevidas, aunque más apasionantes, requieren mayor diálogo entre los participantes y la sociedad científica.

En otras islas, se deben tomar las cautelas inherentes al desarrollo de proyectos de alto riesgo.

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ASPECTOS TÉCNICOS DE LAS CENTRALES GEOTÉRMICAS DE LAS ISLAS AZORES

En el archipiélago de las Azores se produce energía eléctrica a partir del aprovechamiento de recursos geotérmicos de alta entalpía desde el año 1980, con l apuesta en servicio de la central de Pico Vermelho, junto a la ciudad de Ribeira Grande, en la Isla de san Miguel. En el año 2001, la explotación conjunta de las dos centrales, -Pico Vermelho y Ribeira Grande- con una potencia instalada de 3 y de 13 MW, respectivamente, totalizó cerca de 105 GWh de energía, representando una contribución superior a un tercio de la producción eléctrica de San Miguel: La energía producida por esta fuente de energía renovable permitió evitar la importación de más de 21.000 toneladas de fuel-oil y, por tanto, el ahorro de unos 4 millones de euros.

Estos resultados han permitido el desarrollo de nuevos proyectos de explotación en el archipiélago, estando prevista la instalación de una central geotérmica de 12 MW en la isla de Terceira, que proporcionará más de la mitad de la producción eléctrica en el año 2006. Actualmente el proyecto está en fase de prospección de los recursos geotérmicos. Paralelamente será instalada en Pico Vermelho una nueva central con una capacidad de 8 MW.

CENTRAL GEOTÉRMICA DE PICO VERMELHO (CGPV)

Esta central geotérmica, de fabricación japonesa y construida por Mitsubishi Heavy Industries, fue la primera central geotérmica en ser instalada en la Azores, datando su entrada en explotación en septiembre de 1980. la central fue proyectada como una planta piloto que confirmara el potencial geotérmico de la zona, disponiendo, por ello, de características propias de una instalación experimental, en la que destaca su forma compacta y su facilidad de instalación y transporte.

Esta central utiliza un sistema clásico convencional de producción desprovisto de sistema de condensación, estando constituida por una turbina de vapor acoplada a un generador síncrono que opera a 3.000 r.p.m. De acuerdo a las características del proyecto, la turbina desarrolla una potencia nominal de 3 MW, pero nunca ha pasado de 0.9 MW, ya que la central ha sido alimentada por un solo pozo (PV1).

Hasta finales del año 2001, la central ha producido cerca de 73,5 GWh, en cerca de 121 mil horas de funcionamiento. Actualmente produce unos 7 GWh anuales.

En las proximidades de la central se encuentran otras dos infraestructuras de captación, los pozos PV2 y PV3, ejecutados en 1981 y 2000, los cuales serán utilizados para alimentar la futura central de 8 MW. Estos dos pozos se unirán a otros que se realicen y verterán sus aguas, desprovistas de calor, en los pozos de reinyección que se ejecuten.

Esta central marca un hito porque es la que ha permitido el desarrollo de este tipo de energía en las Islas Azores.

CENTRAL GEOTÉRMICA DE RIBEIRA GRANDE (CGRG)

Esta central posee actualmente una capacidad de generación de 13 MW, habiendo sido instalada en dos fases: en 1994, la fase A constituida por dos grupos turbogeneradores (2 x 2,5 MW); la fase B en que fue instalada una potencia adicional de con dos grupos generadores (2 x 4 MW). El equipamiento electromecánico instalado incluye los sistemas auxiliares, transformadores, grupo diesel de emergencia, sistema de extinción de incendios y línea de enlace a la red eléctrica.

La tecnología del equipamiento de producción está basado en un sistema binario según el ciclo de Rankine, usando un fluido orgánico intermedio (n-pentano) al que es transferido el calor del fluido geotérmico. El efluente líquido es conducido al pozo de reinyección CL4 y reinyectado en su totalidad.

La central está en explotación desde marzo de 1994.

EL PROYECTO GEOTÉRMICO DE LA ISLA DE TERCEIRA

La necesidad de satisfacer la demanda de energía en la isla de Terceira a medio plazo y la consideración de que el aprovechamiento de los recursos endógenos es una de las posible alternativas, ha permitido configurar el Proyecto geotérmico de Terceira.

Debido a los buenos resultados obtenidos en las explotaciones descritas, se estudia un área localizada en la zona central de la isla que promete soportar el desarrollo de una central geotérmica de 12 MW, suponiendo una alternativa a la expansión de la central térmica Diesel de Belo Jardim.

Los 129 GWh anuales que se producen en la isla de Terceira se distribuyen en un 97% de origen diesel y un 3% de origen hídrico (centrales minihidráulicas). Conforme a lo planeado, en 2006, la contribución de las energías renovables será del 56% para un total de 163 GWh de energía generada, lo que permitirá la autonomía energética de la isla.

Actualmente se está desarrollando el estudio por medio de sondas termométricas, en base a los estudios geofísicos realizados, que confirmen la existencia de una anomalía geotérmica: A estas actividades seguirán la realización de los pozos de producción y de reinyección y la construcción y montaje de los elementos electromecánicos, planeándose la entrada en explotación para el año 2006.

BENEFICIOS DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA
EN LAS AZORES

Actualmente, la energía geotérmica supone el 35% de la producción de la energía geotérmica de la isla de San Miguel, representando el 18% del total de la región autónoma de la Azores.

Comparada con el resto de las fuentes de energía renovables aprovechadas en las islas Azores, la situación de la energía geotérmica es destacada. A pesar ello, su importancia debe ser encarada desde el punto de vista estratégico, disminuyendo la dependencia energética del archipiélago y destacándose el ahorro que se produce por los costos de importación de fuel-oil evitados.

Para 2006 se prevé que la producción de energía eléctrica por medio de energía geotérmica cubra el 35% de la demanda del archipiélago. Con este nivel de producción se evitará la adquisición de 55.000 toneladas de fuel-oil.

A parte delas ventajas estratégicas y económicas, hay otras virtudes en el aprovechamiento de estos recursos. Ambientalmente se trata de una energía renovable benigna, que contribuye a la reducción de las emisiones de contaminantes atmosféricos. En términos socio-económicos fomenta la creación de empleo y fortalece la economía regional, así como potencia el desarrollo de personal cualificado. Finalmente, divulga el nombre dela Azores más allá de sus fronteras y constituye un polo de atracción para los turistas que circulan por la región, como lo confirma el número de visitantes anuales.

BIBLIOGRAFÍA

Revista de ciencia e tecnología http://www.pg.raa.pt/drct/citec/revista/03/5a.htm
Revista de ciencia e tecnología http://www.pg.raa.pt/drct/citec/revista/03/5b.htm

Energías renovables. Grupo Blas Cabrera.
Traducción del portugués y comentarios añadidos: Jesús Enrique Mesa Alonso.