¿Qué es la energía geotérmica?

Calefacción geotérmica

Te mostramos en qué consiste la geotermia, los tipos que existen y sus usos. ¿Merece más la pena que el gas natural o la aerotermia? Ventajas y desventajas.


¿Qué es la geotermia?

La geotermia es el estudio de la energía calorífica que contiene la tierra, siendo emitida desde el núcleo hasta sus capas más externas. La variación de temperatura según nos acercamos al núcleo se conoce como gradiente geotérmico y este aumenta en un promedio de 25-30ºC por cada kilómetro de profundidad.

Se considera energía geotérmica a toda aquella energía contenida en el interior de la tierra incluyendo aguas subterráneas y, descartando así, ríos superficiales, mares y océanos. Según la temperatura o entalpía de los materiales de la tierra podemos diferenciar 4 tipos de energía geotérmica:

Tipos de energía geotérmica según la temperatura del material
Tipo Temperatura Uso
Alta temperatura Superior a 150ºC Generación de electridad
Media temperatura de 100 a 150ºC Generación eléctrica y utilización térmica industrial
Baja temperatura 30 y 100ºC Aprovechamiento térmico en industrias, en calefacción y ACS
Muy baja temperatura inferior a 30ºC Calefacción, refrigeración y ACS (mediante bomba de calor)

¿Cómo funciona la energía geotérmica?

La energía geotérmica funciona de varias formas según el yacimiento y las necesidades del usuario o industria. En los yacimientos de vapor en superficie de alta temperatura se utilizan turbinas para generar electricidad. Cuando no existe este tipo de abertura, se utilizan tuberías rellenas de liquído anticongelante que absorbe el calor de la tierra llevandolo así a los hogares.

En los yacimientos de alta temperatura se necesitan turbinas parta transformar la energía geotérmica en electricidad, mientras que en los de baja temperatura se utiliza una bomba de calor geotérmica para multiplicar el calor que se recoge del subsuelo, no teniendo que transformar la energía.

¿Cómo funciona la energía geotérmica para uso doméstico?

La temperatura del subsuelo se mantiene estable en 15ºC desde los 5 a los 10 metros de profundidad y, a partir de ahí aumenta 3ºC cada 100 metros. Esos 15-20ºC que hay hasta los 150 metros del subsuelo pueden ser usados para la generación de calor en invierno, debido a que el subsuelo está más caliente que la temperatura ambiente y, para la generación de frío en verano, ya que el subsuelo posee una temperatura más baja que el exterior en esa época del año.

Para obtener el calor de la tierra es necesario excavar y enterrar unas sondas de captación, es decir, unas tuberías de polietileno con líquido caloportador que normalmente está compuesto por agua y glicol. La profundidad a la que hay que enterrar estas sondas depende del tipo de vivienda y de terreno.

El liquído caloportador entra en el suelo a traves de las sondas o tuberías, ahí absorbe el calor del suelo y se dirige a la bomba de calor geotérmica. Aquí el líquido caloportador cede su calor a un fluido que está más frío y que al aumentar su temperatura se evapora y pasa por un condensador que aumenta su presión y temperatura, pudiendo así calentar el suelo radiante de la casa y el sistema de ACS.

Usos de la energía geotérmica

Dependiendo de la temperatura de la energía y del tipo de yacimiento geotérmico se aplican diferentes procesos para su extracción y transformación:

Generación de electricidad

Cuando se trata de yacimientos de alta o media entalpía o temperatura, se utilizan dos tipos de sistemas de generación de electricidad: turbinas de vapor o plantas de ciclo bionario. En la actualidad hay 3 tipos de plantas geotérmicas generadoras de electricidad:

  • Plantas de vapor seco: aprovechan emplazamientos donde existen fracturas en el suelo por las que asciende vapor seco. Este vapor hace girar la turbina que conectada a un generador produce electricidad.
  • Plantas flash: se basa en el mismo principio que la anterior, pero en este caso necesita de una máquina separadora, ya que el vapor viene mezclado con agua, y esta última no es usada.
  • Plantas de ciclo binario: se utiliza en yacimientos de media temperatura (entre 100 y 150 ºC). Este sistema no utiliza directamente el vapor o líquido termal como los anteriores, sino que el fluido termal calienta un líquido secundario con menor punto de ebullición, haciendo esto se consigue la evaporación del mismo a alta presión y este es quien acciona las turbinas.

Usos térmicos

La energía geotérmica puede ser usada en grandes instalaciones donde se necesita gran aporte energético. Podemos dividir este tipos de instalaciones en 3 categorías:

  • Instalaciones industriales: requiere el uso de la energía geotérmica para calefacción, técnicas de secado, esterilización, extracción de sales, tratamientos textiles, extracción de productos químicos y otros muchos procesos.
  • Invernaderos: se utiliza la energía geotérmica de baja temperatura para evitar que se congele el hielo en invierno y así proplongar el periodo productivo.
  • Acuicultura: se utiliza la energía geotérmica de baja entalpía para mantener una temperatura de 20-30ºC en piscifactorías. Esta temperatura es necesaria para la cría de diferentes tipos de especies acuáticas.

Usos residenciales y de servicios

La energía geotérmica de baja entalpía o termperatura sirve para dar calefacción y agua caliente sanitaria (ACS) tanto a barrios enteros como a particulares. Supone un ahorro pues la energía es barata además de ser una renovable, pero el coste de su instalación es muy superior al de instalar gas natural, por lo que el gas natural aun sigue siendo la primera fuente de calor.

  • Calefacción de Barrio: la energía geotérmica permite realizar un sistema de calefacción centralizado que satisface las necesidades de la población de un mismo barrio. Este sistema se conoce como "District Heating" y sirve, por ejemplo, para deshacer la nieve de las aceras en lugares fríos.
  • Calefacción individual: la energía geotérmica de baja entalpía se utliza en viviendas unifamiliares para obtener climatización integral durante todo el año, ya que el subsuelos está más caliente que el ambiente en invierno y más fío en verano. Para este proposito se ha de instalar un sistema de captación del calor subterráneo y una bomba de calor geotérmica que lo extraiga y lo magnifique.

Según el sistema de captación de calor en el suelo podemos diferenciar diferentes tipos de geotermia: vertical, horizontal y horizontal de circuito abierto.

Geotermia horizontal

El sistema de captación de geotermia horizontal consiste en el enterramiento de las tuberías de polietileno, por las que circula el anticongelante, a una profundidad de 1 a 2 metros a lo largo de un terreno. A esta profundidad, la gran parte del calor que contiene la tierra se debe a la conservación que esta hace de la energía procedente del sol.

Las dimensiones del terreno que ha de cubrir el sistema de captación dependerá del tamaño de la vivienda, pues si la red colectora no es lo suficientemente grande producirá un bajo rendimiento de la bomba de calor, generando menos calor del necesitado.

Geotermia horizontal

El mayor atractivo de la geotermia horizontal es su precio, ya que el coste de su instalación es menor que el del sistema de captación vertical. Pero en su contra juegan los siguientes factores:

  • Desventajas de la geotermia horizontal
  • Requiere de una amplia parcela cerca de la vivienda ya que ocupa mucho espacio.
  • No es muy profunda, de forma que el clima coindiciona la temnperatura del suelo.
  • Al estar enterrada a menos profundidad es más fácil que sufra una rotura.
  • Requiere más energía eléctrica para el compresor, ya que la temperatura del suelo es menor.

Geotermia vertical

La geotermia vertical se basa en los mismos principios que la geotermia horizonal, pero en este caso las tuberías, en forma de "U" se intruducen de forma perpendicular al terreno, enterrándolas a una profundidad de entre 20 y 150 metros. Estas tuberías o sondas suelen tener dos tamnaños de diámetro: 32mm y 40mm, según la necesidad calorífica.

Geotermia vertical

La geotermia vertical es más cara que la horizonal pues requiere de maquinaria especializada para la creación de los pozos a tanta profundidad, pero tiene las siguientes ventajas:

  • Ventajas de la geotermia vertical
  • No requiere de mucho espacio
  • La temperatura ambiente no afecta al calor del subsuelo porque es profundo
  • Recoge más calor debido a la mayor temperatura a esa profundidad
  • Consume menos energía eléctrica que la geotermia horizontal

Geotermia de captación abierta

A diferencia de los sistemas de captación vertical y horizontal que disponen de un circuito cerrado, la geotermia abierta recoge el agua caliente de los acuíferos subterráneos a través un pozo y, una vez utilizada para calentar la vivienda, la devuelve al acuifero a través de otro pozo. Se trata de un sistema muy parecido al vertical, pero en lugar de una tuberia en forma de "U" son dos tuberías, una de extracción y otra de inyección.

Es el sistema es más eficiente, pero necesita disponer de un acuífero con unas condiciones hidrlógicas aceptables para que no se produzca ningún tipo de reacción química con el metal. Además, se requieren premisos administrativos por parte del organísmo público pertinente.

Energía geotérmica: ventajas y desventajas

La principal ventaja de la energía geotérmica es que se trata de una energía renovable que no produce gases de efecto invernadero al no haber proceso de combustión. Su principal inconveniente es el alto coste de la insfraestructura.

Ventajas de la energía geotérmica

  • Ahorro económico a largo plazo
  • Mantenimiento mínimo
  • Es ecológica
  • Es muy segura
  • Reduce la dependencia energética
  • No depende de los precios de la energía
  • Es inagotable
  • Larga vida útil

Una ventaja de la energía geotérmica es que se trata de una energía que se produce en propio lugar, de forma que no se compra ni se vende como pasa con el petróleo o el gas. Esto reduce la dependencia energética que tienen los países sin yacimientos derivados del petróleo y, además, no se ve influenciada por las fluctuaciones en los precios.

Desventajas de la energía geotérmica

  • Precio de la instalación muy elevado
  • Puede contaminar acuíferos
  • No es apta para todas las localizaciones
  • No se puede transportar
  • Requiere de un estudio de la geografía, clima y carga energética de la vivienda.

El precio de una instalación de geotermia en una vivienda es bastante más costosa que instalar gas natural. Requiere de una inversión inicial muy elevada y su periodo de amortización es alto, pero el ahorro energético es notable de forma que, como inversión a largo plazo es rentable. Aun así, la mayoría de las personas optan por instalar gas natural.

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Posibles riesgos de la geotermia sobre el medio ambiente

A pesar de que la geotermia es una energia renovable y muy limpia, ya que no genera gases de efecto invernadero, puede afectar al subsuelo y a sus acuíferos si se produce algún fallo en el momento de su instalación o se rompe una sonda durante su uso. Los principales riesgos son:

Fugas de gasoil o aceite hidraúlico

Cuando se realizan las perforaciones puede que haya pequeñas fugas de gasoil o aceite procedentes de la máquina perforadora, si esto sucede es necesario parar la perforación, recoger los vertidos mediante sepiolitas u otro absorbente en polvo y llevarlos a un vertedero capacitado para ese tipo de vertidos.

Generación de polvo

La generación de polvo puede ser otro problema durante la excavación, de forma que los equipos de perforación han de contar con un sistema de absorción de polvo, evitando así que se mezcle con el ambiente.

Afectación a los acuíferos

La perforación puede afectar a los acuíferos, de forma que, no se deben realizar perforaciones a más de 200 metros de profundidad, se deben rellenar con cemento para evitar fugas y se han de utilizar anticongelantes biodegradables a H2O y CO2 por si se produce un vertido.

En el caso de que existiera una fuga de anticongelante, el riesgo de que esta afectase a la calidad de las aguas subterráneas sería mínima ya que su toxicidad es muy baja, la cantidad de líquido de la fuga no sería grande y el material del terreno ayudaría a su absorción.

Geotermia o aerotermia

Elegir entre aerotermia o geotermia puede ser difícil ya que las dos son energías renovables que se utilizan para calefacción, aire acondicionado y ACS. Ambas utilizan la de bomba de calor como elemento principal para aprovechar la energía, la diferencia radica en la fuente de esa energía es diferente y, por tanto, la bomba de calor también.

La aerotermia utiliza una bomba de calor aire-agua mientras que la bomba de calor geotérmica es del tipo agua-agua.

La geotermia utiliza una bomba agua-agua ya que la energía calorífica la consigue mediante líquido refrigerante que circula por tuberías soterradas y que abosrbe la temperatura constante del terreno. La bomba aire-agua de la aerotermia recoge la energía del ambiente, pues el aire contiene energia siempre que su temperatura se encuentre por encima de los -273.15ºC (0º K).

Geotermia o aerotermia
  Geotermia Aerotermia
Coste de la instalación Mayor coste Menor coste
Consumo de luz Menor consumo Mayor consumo
Rendimiento Mayor rendimiento Menor rendimiento
Amortización Menos años Más años
Mantenimiento Menor mantenimiento Mayor mantenimiento
Vida útil Mayor vida útil Menor vida útil

El coste de la instalación de la geotermia es más elevado que el de la geotermia ya que necesita de perforaciones en el suelo para su funcionamiento y un entramado de sondas y, para ello, se necesita, además de un estudio del clima como con la aerotermia, un análisis del terreno.

La aerotermia consume un 60% más de electricidad que la geotermia ya que conseguir la energía del ambiente requiere mayor esfuerzo del condensador de la bomba de calor y, por tanto, mayor consumo energético.

El rendimiento de la aerotermia es menor además de fluctuar debido a que al extraer la energía del aire depende de los cambios en el clima. La geotermia no tiene ese problema ya que la temperatura del subsuelo es constante.

La amortización de la instalación se compensa antes en el sistema geotérmico ya que, a pesar de tener un coste de instalación superior, su mayor rendimiento hace que la inversión se recupere antes.

El mantenimiento de la instalación geotérmica es inferior a la de la aerotermia ya que el sistema geotérmico es estanco y no tiene contanto con el exterior. En cambio, la erotermia necesita una unidad situada en el exterior para recoger la energía y, por tanto, está expuesta a elementos externos como la lluvia, el sol o golpes que pueda sufrir.

La vida útil de una instalación de aerotemia está en torno a los 15-25 años, mientras que la geotérmica puede ser del doble. Esto se debe a la exposición constante al exterior que tiene el sistema aerotérmico.

Geotermia o gas natural

La instalación de gas natural funciona mediante el proceso de combustión por lo que necesita una canalización de combustible hasta la vivienda para generar calor. En cambio, la geotermia no requiere de combustibles ya que extrae el calor del subsuelo.

Geotermia o gas natural
  Geotermia Gas natural
Coste de la instalación Coste elevado Coste bajo
Consumo de luz o gas Consumo mínimo Consumo medio
Rendimiento 1 kW energía entrante = 6 kW calor 1 kW energía entrante = 0,8 kW calor
Amortización Más años Menos años
Mantenimiento Menor mantenimiento Mayor mantenimiento
Vida útil Mayor vida útil Menor vida útil
Contaminación Nula Baja

El gas natural es el sistema más utilizado en España para la calefacción y ACS. Esto se debe al bajo precio del combustible, su facilidad de uso y al moderado coste de su instalación. En cambio, la geotermia lleva poco tiempo en el mercado y el precio de su instalación es elevado.

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El precio aproximado de la instalación de calefacción y ACS de gas natural en una vivienda unifamiliar es de 1.400 € + 1.000 € de la caldera + 2.030 € (290 € * 7 radiadores) = 4.430 €. El precio de una instalación de geotermia puede cuadriplicar el del gas natural.

El consumo es un factor a tener muy en cuenta y, en este apecto la geotermia saca ventaja al gas natural ya que su consumo de luz es muy escaso. En cambio, el gas natural necesita de un consumo tanto de gas natural para la combustión como de luz para la caldera.

El rendimiento de una instalación geotérmica es muy alto, pues por cada kWh de luz que consume el generador produce en torno a 6 kW de calor, mientras que el gas natural se queda en 0,8 kW. Esto hace que la geotermia sea bastante más rentable a largo plazo.

¿Es más rentable la geotermia o el gas natural?

Precios estimados para una vivienda unifamiliar de 170m2.

  • Inversión gas natural: 4.430 €
  • Inversión geotermia: 22.000 €
  • Gasto anual gas natural: 1.500 €
  • Gasto anual geotermia: 450 €
  • Gasto total Gas natural en 17 años: 4.430 € + (1.500 € * 17) = 29.930 €
  • Gasto total Geotermia en 17 años: 22.000 € + (450 € * 17) = 29.650 €

La mayoría de las personas aun prefiere la instalación de gas natural ya que instalación de geotermia tarda más de 15 años en ser amortizada y requiere de una alta inversión inicial. Además, la geotermia no puede ser instalada en todos los lugares, mientras que la red de gas natural cubre la gran parte del terrorio español.

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