REPORTAJE

La revolución geotérmica

La energía geotérmica, limpia, renovable, constante y bien extendida por el planeta, se explota ya en numerosas centrales térmicas y eléctricas. Actualmente, la investigación elabora nuevas técnicas que harán posible que la geotermia se extienda a más zonas geográficas. Visitamos la central piloto de Soultz-sous-Forêts, en Alsacia (Francia).

Los tres pozos geotermales de la central. GPK2 (a la derecha) está provisto de una bomba de árbol largo LSP (Line Shaft Pump) cuyo motor está en la superficie y la bomba 350 metros más abajo. Para determinar cuál será el sistema más resistente a las condiciones extremas de las perforaciones, se probará en el GPK4 una bomba electrosumergible de tipo ESP (Electric Submersible Pump), cuyo motor y cuya bomba se encuentran en el pozo. @ Qwentes/JVR
Los tres pozos geotermales de la central. GPK2 (a la derecha) está provisto de una bomba de árbol largo LSP (Line Shaft Pump) cuyo motor está en la superficie y la bomba 350 metros más abajo. Para determinar cuál será el sistema más resistente a las condiciones extremas de las perforaciones, se probará en el GPK4 una bomba electrosumergible de tipo ESP (Electric Submersible Pump), cuyo motor y cuya bomba se encuentran en el pozo.
@ Qwentes/JVR
Esquema del principio de la geotermia en Soultz © GEIE Exploitation Minière de la Chaleur
Esquema del principio de la geotermia en Soultz
© GEIE Exploitation Minière de la Chaleur
Principio de estimulación hidráulica. Esta operación se puede realizar por inyección de agua bajo presión o por desincrustación. El agua hace que las rocas se deslicen ligeramente a lo largo de las fracturas (dibujo 2). Al aflojar la presión, ya no están imbricadas, dejando el espacio necesario para que circule el agua (dibujo 3). © GEIE Exploitation Minière de la Chaleur.
Principio de estimulación hidráulica. Esta operación se puede realizar por inyección de agua bajo presión o por desincrustación. El agua hace que las rocas se deslicen ligeramente a lo largo de las fracturas (dibujo 2). Al aflojar la presión, ya no están imbricadas, dejando el espacio necesario para que circule el agua (dibujo 3).
© GEIE Exploitation Minière de la Chaleur.

Aprimera vista, Soultz-sous-Forêts no tiene nada de excepcional. Es un pequeño pueblo típico alsaciano, situado al lado de la frontera franco- alemana, cuyo ambiente bucólico apenas deja entrever la agitación que reina en una colina adyacente al pueblo. Desde hace dos décadas, allí se lleva a cabo un ambicioso proyecto de investigación, que tiene por objetivo la creación de la primera estación eléctrica de geotermia Enhanced Geothermal System o EGS (o Sistema Geotérmico Estimulado), un concepto revolucionario imaginado en los años setenta en los Estados Unidos, que permite extraer el calor terrestre donde antes no se podía.

Ingenieros, geólogos, geofísicos, sismólogos, conductores, maquinistas de grúa, electromecánicos… Aunque el núcleo duro del “proyecto de Soultz” tan sólo esté formado por 15 miembros permanentes, profesionales de diversos horizontes se relevan constantemente en el emplazamiento. Una intensa actividad que aumentó a partir de enero de 2008, fecha en la que empezó la instalación de los equipos de superficie necesarios para transformar el calor de la tierra en energía eléctrica. En el mes de mayo de ese año se celebró el fruto de 20 años de investigación desenfrenada. Por fin, esta central geotérmica diferente, resultado de una colaboración europea financiada con fondos públicos y privados, produjo sus primeros kilovatios. Una gran primicia a nivel mundial.

Explotar un medio poco conocido

No es nada nuevo el concepto de la geotermia en sí mismo: la extracción del calor subterráneo que proviene esencialmente de la desintegración de los elementos radioactivos de las rocas de la corteza terrestre. Su desarrollo se aceleró con la crisis del petróleo de los años setenta. Numerosas centrales geotérmicas de todo el mundo generan ya electricidad o alimentan redes de calefacción, pero un elemento fundamental las distingue de la central de Soultz: el agua subterránea. De hecho, las técnicas existentes(1) se limitan a bombear agua caliente de un acuífero para inyectarla en una red de calefacción o accionar turbinas que generan electricidad.

La originalidad del concepto estudiado en Soultz radica precisamente en que prescinde de los recursos hidrogeológicos locales. De hecho, el agua se inyecta desde la superficie en fracturas naturales presentes en rocas cristalinas situadas a suficiente profundidad para extraer una cantidad de calor útil. En el caso de la fosa del Rin, zona geológica en la que se construyó la central piloto de Soultz, la roca estudiada desde hace veinte años por los investigadores es el granito.

Albert Genter, del BRGM (siglas en francés de la Oficina de Investigaciones Geológicas y Mineras de Francia) es geólogo estructuralista. Ocupa el puesto de coordinador científico de la central de Soultz tan sólo desde septiembre de 2007, pero conoce el emplazamiento desde hace mucho tiempo: su tesis de doctorado trató del granito de Soultz. “Las experiencias sobre el terreno empezaron en 1987, cuando la perforación del pozo GPK1 nos permitió obtener las primeras muestras y así determinar las características de las fisuras de la roca, utilizando diversas técnicas de conformación de imágenes por ondas acústicas”, explica apuntando a un viejo pozo situado delante de las oficinas de la Agrupación Europea de Interés Económico (AEIE) “Exploitation minière de la chaleur”, el organismo a cargo del proyecto.

“Así obtuvimos una imagen más precisa del subsuelo. Los antiguos datos recogidos a lo largo de las campañas de extracción del petróleo nos proporcionaban poca información sobre las rocas cristalinas subyacentes a las capas sedimentarias puesto que, al ser poco explotables, apenas llamaban la atención de los geólogos. Por el contrario, estos datos nos informaron del gradiente geotérmico atípico de la región: aquí la temperatura aumenta mucho más en función de la profundidad que en otros sitios”.

“Los investigadores estadounidenses que imaginaron el concepto EGS lo llamaron primero Hot Dry Rock Geothermy (literalmente: “geotermia de las rocas calientes secas”). Pero los experimentos que se realizaron en Soultz demostraron que en realidad el granito de ese lugar no es seco. Allí existe agua natural, en pequeña cantidad, pero suficiente para poder ser explotada en la central geotérmica. De ahí que este acuífero salino haya servido de depósito para bombear el agua destinada a ser reinyectada en el sistema de fracturas”.

Pero si la central utiliza un acuífero, ¿el proyecto deja de ser original? “En absoluto”, asegura Albert Genter. “Simplemente hemos sido oportunistas. Se bombea el agua in situ, pero se inyecta de inmediato en un sistema de fisuras que antes estaba prácticamente seco”.

Abrir la roca

Las investigaciones exploratorias permitieron descubrir la existencia de una red de fracturas bastante desarrollada para poder servir de sistema de circulación geotérmica, pero el agua no podía inyectarse directamente, al estar obstruidas las fracturas del granito por depósitos naturales, calcita y otros depósitos silíceos, arcillosos y ferrosos. Antes de iniciar las pruebas de circulación para probar las cualidades del sistema, hubo que actuar sobre el medio para hacerlo explotable.

“Para ampliar las fracturas y mejorar la conexión de la red natural con las perforaciones, utilizamos dos técnicas. El método clásico fue la estimulación hidráulica, que consiste en inyectar miles de metros cúbicos de agua con una fuerza suficiente como para volver a abrir las fracturas de la roca. El inconveniente que tenía esta técnica era que provocaba ligeros movimientos sísmicos. Aunque la mayoría de ellos eran de muy baja intensidad, algunos fueron de una magnitud lo bastante grande como para poderse sentir (alrededor de 2 en la escala de Richter)(2)”. La estimulación hidráulica era una operación muy delicada. En 2006, en Basilea, donde un grupo de investigadores trabajaba en un proyecto similar, desencadenó un terremoto de 3,4 grados de magnitud.

“Desde el punto de vista científico, estos fenómenos microsísmicos tan débiles eran positivos, puesto que demostraban la eficacia de la estimulación. Pero surgieron problemas concretos: existían muchas viviendas en las inmediaciones de la central y, evidentemente, había que tomarlas en cuenta. Asimismo, la estimulación hidráulica no estaba dando los resultados esperados, puesto que la conectividad de los pozos seguía siendo muy escasa. Por lo tanto, decidimos estimularlos químicamente. Se diluyeron ácidos suaves en el agua y se inyectaron en el subsuelo, para disolver los depósitos hidrotermales que quedaban”.

Y fue todo un éxito. En 2006, las pruebas de circulación demostraron que tanto las estimulaciones químicas como las hidráulicas habían permitido mejorar de forma satisfactoria los rendimientos hidráulicos del sistema. Por lo tanto, el proyecto de Soultz pasó a la etapa siguiente con la construcción de la central eléctrica.

Entre la superficie y la profundidad

A cerca de 1 km de las oficinas de la AEIE, en una pequeña colina, se encuentra el cuartel general de Soultz, el lugar donde está instalada la central eléctrica propiamente dicha. Un laberinto inextricable de tuberías rodeado por grandes estructuras: dos chimeneas rojas, los separadores y una enorme plataforma verde, el refrigerador. “Los separadores sirven para disociar el agua líquida y el vapor. Al haber estado el pozo varios meses en reposo, el agua geotérmica bombeada contiene aún numerosas partículas de roca así que no puede ser reinyectada tal cual en la perforación de inyección. Estas impurezas podrían taponar los filtros y estropear el material de la central”.

“El refrigerador se utiliza para licuar el isobutano, el fluido transportador de calor que recupera el calor de las aguas geotermales dentro de los intercambiadores de calor y que activa la turbina de la central. Teniendo en cuenta que ninguna fuente de agua bastante fría está accesible in situ, optamos por un sistema de enfriamiento por aire con nueve ventiladores”.

Al final del refrigerador, la turbina, elemento clave de la central, está aislada preciosamente dentro de una caja específica. Unida al generador, dicha turbina produce la electricidad y la envía a la red nacional. El intercambiador de calor se encuentra justo al lado, formando un entramado de cilindros y de tubos, por los que circulan las aguas geotermales y el isobutano.

En el centro de estos equipos de superficie, se eleva el corazón de la estación, la triple estructura geotérmica, tres pozos que llegan a los 5.000 metros bajo tierra. Allí se encuentran las estructuras más antiguas, que centraron el interés de los investigadores antes de que se les acoplara el material de superficie de la central. GPK3 es el pozo de inyección, a través del cual se inyecta el agua en el subsuelo. Esta última es recuperada después por los pozos de producción GPK2 y GPK4, que transportan el agua geotérmica hasta las instalaciones superficiales. En la superficie, los brocales de los pozos están a seis metros de distancia, pero en profundidad, la distancia de separación aumenta a aproximadamente 650 metros.

“Esto posibilita que el agua circule en las fracturas el tiempo suficiente para calentarse. Al principio, pensábamos en una profundidad que permitiera lograr los 200 °C, el punto de ebullición de los fluidos transportadores de calor utilizados entonces. Pero con la pérdida de calor al salir, el agua recuperada no superaba los 170°C-180°C. Por suerte, hoy en día existen fluidos orgánicos como el isobutano, calificados como binarios, cuyo punto de ebullición es más bajo. Al perforar los tres pozos descubrimos que el gradiante geotérmico no era constante. Cuanto más se cavaba, menos considerable era el aumento de temperatura. Ahora sabemos que la profundidad óptima se sitúa entre los 3.000 y 3.500 metros”.

Los desafíos para el futuro

Además de los tres pozos explotados para recuperar el calor subterráneo, se han realizado otras dos perforaciones en Soultz: GPK1, a 3.600 m, para las investigaciones exploratorias, y el muy importante ESP1, a 2.200 m, destinado a supervisar el buen funcionamiento de la central. Está provisto de un gran número de sensores térmicos e hidráulicos. “Al principio, tenía que ser mucho más profundo. Pero durante su creación se fue desviando horizontalmente y tuvimos que parar las obras. Una decepción desde el punto de vista geotérmico, pero una gran suerte desde el punto de vista geológico. Esta perforación permite extraer muestras enteras de granito y obtener una idea más precisa de la estructura y la naturaleza de la roca, ya que las muestras recogidas en los demás pozos nos llegan en pedazos, a partir de los cuales tan sólo podemos deducir la composición de origen de la roca”.

ESP1 no es la única herramienta de vigilancia de Soultz. En efecto, desde principios de los años noventa se creó una red de pozos de observación sísmica en torno al emplazamiento. Al igual que en el caso de ESP1, estos pozos de 1.500 metros son antiguos pozos de petróleo, recuperados para las investigaciones. “Los datos de estas estaciones sísmicas se completan con los recibidos por la Red Nacional de Vigilancia Sísmica (RéNaSS, por sus siglas en francés) situada en Estrasburgo”.

El proyecto de Soultz, con la creación de una red de fracturas eficaz, el montaje de la central acabado y la producción de los primeros kilovatios de electricidad en junio de 2008, ya ha logrado su principal objetivo. Los desa - fíos para el futuro no son menos ambiciosos. “Aunque ya hayamos efectuado numerosas pruebas de inyección y de producción, estas últimas nunca se han prolongado más allá de algunos meses”, explica Marion Schindler, geofísica del BGR (Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, Alemania), encargada de la recogida y centralización de los datos hidráulicos y térmicos del emplazamiento. “Para los próximos años, tenemos previsto recopilar numerosos datos sísmicos, de temperatura, de presión o de calidad de las aguas geotérmicas. Todo ello con vistas a determinar el comportamiento de las fracturas a largo plazo”, declara entusiasmada. “Se trata de información esencial para las centrales de este mismo tipo que se están construyendo en todo el mundo, pero también para las que se construyan en el futuro”.

Julie Van Rossom

  1. Nos referimos aquí a los sistemas geotérmicos de baja y alta energía.
  2. Las citas no atribuidas son de Albert Genter.

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