La energía geotérmica se ha reconocido desde hace mucho tiempo como una fuente de energía estable y baja en carbono derivada del calor interno de la Tierra#8217; sin embargo, el potencial total de este recurso se extiende más allá de la generación de electricidad. Una parte significativa de la energía extraída de los depósitos geotérmicos no se convierte en electricidad sino que se libera como calor de de desecho.

¿Qué es el calor de los residuos geotérmicos?

El calor geotérmico es la energía térmica que permanece después del proceso de extracción de energía primaria en un sistema geotérmico. En las plantas de energía geotérmica, agua caliente o vapor de los depósitos subterráneos se utiliza para conducir turbinas y generar electricidad. Incluso en las plantas binarias o de vapor flash más eficientes, una parte sustancial del fluido ácido#8217; el calor no se convierte en electricidad y salidas como agua caliente o moderadamente caliente.

La temperatura del calor de los residuos geotérmicos varía ampliamente dependiendo del tipo de planta y las condiciones de embalse. El calor de los desechos de baja temperatura varía normalmente de 30 grados#176;C a 90 grados#176;C, mientras que los flujos de temperatura media pueden alcanzar 120 grados#176;C o más. Incluso al final de la gama, este calor es suficiente para muchos procesos industriales y comerciales, especialmente cuando se combinan con las características de calor.

Fuentes de Calor de Desechos Geotérmicos

  • Condenadores de plantas de potencia y sistemas de refrigeración] – En plantas de vapor de onda corta y seca, se condensa el vapor que sale de la turbina; el calor latente liberado puede ser capturado para calefacción de distrito o precalentamiento industrial.
  • Fluido de trabajo de plantas pequeñas – Después de que el fluido de trabajo secundario haya pasado por la turbina, todavía lleva una energía térmica significativa que puede ser cascada a usos de baja temperatura.
  • Corrientes de reenchace de salmuera blanda] – La brisa gastada inyectada de nuevo en el depósito a menudo permanece a temperaturas superiores a 70 grados#176;C, ofreciendo una fuente de calor estable si se intercepta antes de la reenchación.
  • Sistemas geotérmicos de uso directo – El agua utilizada para la calefacción espacial, la acuicultura o las operaciones de invernadero puede ser encadenada en ciclos secundarios para la extracción de calor adicional.

Aplicaciones industriales de calor de residuos geotérmicos

La industria representa una gran parte del consumo mundial de energía, gran parte de ella en forma de calor de proceso. El calor de los residuos geotérmicos puede desplazar la combustión de combustibles fósiles en muchos de estos procesos, reduciendo tanto los costos como las emisiones.

Precalentar materias primas

Muchos procesos industriales requieren llevar las materias primas a temperaturas elevadas antes de entrar en la fase principal de reacción o tratamiento. Por ejemplo, en la producción de cemento, la comida cruda debe ser precalentada a alrededor de 800 unidades#176;C antes de entrar en el horno. Mientras que el calor de residuos geotérmicos no puede alcanzar tales altas temperaturas, se puede utilizar para precalentar el consumo de metal 100 veces#176;C

Calor de proceso para las reacciones químicas

La fabricación de calor químico depende en gran medida del vapor y el agua caliente para reacciones, destilación, secado y limpieza. El calor de los residuos geotérmicos a temperaturas entre 80#176;C y 120 ácido#176;C se puede utilizar directamente para muchos de estos procesos endotérmicos. Por ejemplo, en la producción de etanol, el albañil debe ser calentado para la fermentación y la destilización.

Generación de vapor para Turbinas y Maquinaria

Aunque el calor de los residuos geotérmicos no puede ser lo suficientemente caliente para generar vapor de alta presión directamente para la generación de energía, puede utilizarse para precalentar agua de alimentación de caldera o para generar vapor de baja presión para unidades mecánicas y turbinas auxiliares. En configuraciones combinadas de calor y energía (CHP), una planta geotérmica puede generar primero electricidad y luego suministrar calor de de desperdicio a un generador de vapor secundario que impulsa bombas, compres, geotadores,

Productos y Materiales de secado

El tratamiento de calor es uno de los productos más intensivos en energía en industrias como el procesamiento de alimentos, la madera, la cerámica y los minerales. El calor de los residuos geotérmicos es muy adecuado para aplicaciones de secado porque las temperaturas requeridas suelen caer entre 40 unidades#176;C y 100 unidades controladas por la industria de la madera.

Usos industriales adicionales

  • Evaporación y concentración – En el procesamiento de productos lácteos, el calor de los residuos geotérmicos puede concentrar el suero o la leche antes de secarse el pulverizador.
  • Limpiar y esterilizar – Las plantas de alimentos y bebidas requieren agua caliente para sistemas de limpieza en el lugar (CIP); el calor de los residuos geotérmicos puede suministrar este agua a 70 puntos#176;C–90 implica#176;C.
  • Calefacción de invernadero – El calor de los residuos geotérmicos de plantas de energía cercanas puede ser canalizado a invernaderos para la producción de hortalizas y flores durante todo el año, como se practica extensamente en Hungría e Islandia.
  • Acuicultura] – El calor de los desechos puede mantener las temperaturas óptimas del agua para la agricultura de peces y camarones, aumentando las tasas de crecimiento y reduciendo la mortalidad.

Aplicaciones comerciales de calor de residuos geotérmicos

Los edificios comerciales y los distritos requieren calefacción espacial, refrigeración, agua caliente y a veces procesan calor para cocinas, lavanderías y piscinas. El calor de los residuos geotérmicos puede satisfacer muchas de estas demandas, especialmente cuando se integran en redes de energía de distrito o sistemas de bomba de calor a nivel de construcción.

Calefacción y enfriamiento de distrito

Una de las formas más eficaces de utilizar el calor de los residuos geotérmicos en un contexto comercial es a través de redes de calefacción por distrito. Una planta de energía geotérmica o instalación de uso directo puede suministrar agua caliente a un intercambiador de calor central, que luego alimenta una red de tuberías aisladas que se ejecutan en edificios cercanos. Esta red puede proporcionar calefacción espacial, agua caliente doméstica e incluso refrigeración de absorción (utilizando refrigeradores impulsados por calor en lugar más bajo que la electricidad).

Calefacción espacial y agua caliente en edificios comerciales

Para edificios comerciales individuales como hoteles, complejos de oficina y centros comerciales, el calor de los residuos geotérmicos se puede suministrar mediante un circuito secundario conectado a una bomba de calor o intercambiador de calor directo. Las bombas de calor pueden aumentar la temperatura de los flujos de calor de los residuos (por ejemplo, desde 30 unidades#176;C hasta 50 unidades#176;C) para satisfacer las necesidades de construcción eficientemente.

Snow Melting y Prevención de Hielo

El calor de los residuos geotérmicos se puede distribuir a través de tuberías incrustadas en aceras, vías de transmisión y estacionamiento para prevenir la acumulación de nieve y hielo. Esta aplicación es particularmente valiosa en climas fríos donde la eliminación de nieve es costosa y disruptiva. El uso de calor de desperdicios para el descomposición de nieve elimina la necesidad de deshidratadores químicos y reduce el desgaste en infraestructura.

Piscinas y Spas

Piscinas públicas, centros acuáticos y spas de salud consumen grandes cantidades de energía para el calentamiento del agua. El calor de los residuos geotérmicos ofrece una alternativa de bajo costo y renovable. En muchos lugares, el agua geotérmica gastada de centrales eléctricas o pozos de uso directo se canaliza directamente en intercambiadores de calor de piscina. Esta aplicación es sencilla, requiere equipo mínimo y ofrece una rápida devolución.

Tecnologías de la aplicación

La captura y distribución de calor de residuos geotérmicos requiere un conjunto de tecnologías probadas. Los componentes más comunes incluyen intercambiadores de calor, bombas de calor, tuberías de calefacción de distrito y sistemas de control. La elección de la tecnología depende de la temperatura, el caudal y la composición química de la corriente de calor de los desechos, así como de la distancia al usuario final.

Intercambiadores de calor

Los intercambiadores de calor transfieren energía térmica del fluido geotérmico (a menudo condensado de vapor o de vapor) a un fluido de trabajo limpio sin mezclar los dos. Los intercambiadores de calor de placas y los intercambiadores de calor de concha y tubo son ampliamente utilizados. Deben ser construidos con materiales resistentes a la corrosión como el acero inoxidable o el titanio si el fluido geotérmico es químicamente agresivo.

Bombas de calor

Cuando la temperatura de calor de desperdicio es demasiado baja para uso directo (por ejemplo, debajo de 40 unidades#176;C), las bombas de calor pueden actualizarla a una temperatura útil. Las bombas de calor geotérmica (GHP) junto a los flujos de calor desperdiciados logran mayores eficiencias que las que usan temperaturas de suelo ambiente o aire. Por ejemplo, una fuente de calor de 5#17

Redes de Calefacción de Distrito

Los sistemas de calefacción de distrito consisten en una fuente de calor central, una red de distribución de tuberías pre-insulados y subestaciones en cada edificio conectado. Para el calor de los residuos geotérmicos, la red normalmente opera con temperaturas de suministro de 70 unidades#176;C limite#8211;90 coinciden con#176;C y las temperaturas de retorno de 30 unidades de flujo#176;C reducir los sistemas de energía de tuberías modernas

Desafíos y soluciones emergentes

A pesar de los claros beneficios, la adopción generalizada de la utilización de calor de los desechos geotérmicos se enfrenta a varios obstáculos, que se están abordando mediante la innovación tecnológica, el apoyo a las políticas y la colaboración en la industria.

Costos de capital e infraestructura

La instalación de intercambiadores de calor, oleoductos, bombas de calor y reacondicionamientos de edificios requiere una inversión inicial significativa. Para las instalaciones industriales, el período de devolución puede ser de tres a siete años, lo que puede ser una barrera en las industrias con capital. Sin embargo, incentivos financieros como créditos fiscales, subvenciones y precios de carbono mejoran la economía. Además, los diseños de sistemas modulares y escalables reducen los costos iniciales permitiendo la implementación gradual.

Condiciones específicas del sitio

No todos los sitios geotérmicos producen calor de desperdicio a temperaturas o caudales adecuados para captura económica. La distancia entre la fuente de calor y el usuario final también afecta la viabilidad. Sin embargo, los avances en perforación direccional y los intercambiadores de calor desbordados han hecho posible acceder a recursos más profundos y más calientes. La tecnología de sistemas geotérmicos mejorados (EGS) puede crear depósitos en roca caliente, ampliando el rango geográfico de los residuos posibles.

Corrosión y escalado

Los fluidos geotérmicos contienen minerales disueltos y gases que pueden causar el escalado (por ejemplo, sílice, carbonato de calcio) y la corrosión de equipo. Esto requiere una selección cuidadosa de materiales, tratamiento químico, o características de diseño como cristalización flash para eliminar compuestos de escala antes de que el fluido entre intercambiadores de calor. Investigación en recubrimientos avanzados y componentes de fabricación aditiva está produciendo equipo de previsionamiento más largo plazo.

Barreras reguladoras y permisos

En muchas jurisdicciones, el marco regulatorio para la utilización de calor de residuos geotérmicos está subdesarrollado. Pueden requerirse permisos para la extracción de fluidos, la revitalización y la distribución de calor, y la clasificación de calor de residuos como recurso en lugar de un desperdicio puede ser ambiguo. Los procesos de autorización simplificada y las definiciones legales claras son necesarios para fomentar la inversión.

Future Outlook

El potencial global para la utilización de calor de residuos geotérmicos es enorme. Según la Agencia Internacional de Energía Renovable (IRENA), la capacidad de energía geotérmica instalada supera 15 GW a nivel mundial, con una capacidad adicional de 20 GW de uso directo. Incluso si sólo una fracción del calor de los desechos asociado es capturado, podría desplazar millones de toneladas de CO2 anualmente.

Varias tendencias están acelerando la adopción. En primer lugar, el costo de caída de las bombas de calor y los componentes de calefacción de distrito hace que los proyectos sean más económicos. En segundo lugar, los compromisos de sostenibilidad corporativa y los objetivos gubernamentales netos de cero están generando demanda de calor bajo en carbono. En tercer lugar, los sistemas híbridos que combinan calor de residuos geotérmicos con calor solar, biomasa o almacenamiento térmico están surgiendo como soluciones flexibles que pueden ofrecer calor a la demanda.

Las innovaciones como ciclos de subida de Rankine orgánico (ORC), que pueden generar electricidad adicional a partir de calor de desechos de media temperatura, también están ampliando el sobre económico. A medida que la tecnología de perforación mejora y EGS se vuelve comercial, el suministro de calor de residuos geotérmicos crecerá, abriendo nuevas oportunidades para los usuarios industriales y comerciales.

El calor de los residuos geotérmicos no es un subproducto marginal; es un recurso estratégico que puede transformar la economía energética de las industrias y comunidades. Al priorizar su captura y uso, las empresas pueden reducir los costos operativos, aumentar la seguridad energética y contribuir significativamente a los objetivos climáticos globales. La tecnología está lista, la economía está mejorando, y el tiempo para actuar es ahora.