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Energía geotérmica

Krafla , una central geotérmica en Islandia. Países con proyectos de energía geotérmica instalados o en desarrollo La energía geotérmica es la energía eléctrica generada a parti...

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Krafla , una central geotérmica en Islandia.
Países con proyectos de energía geotérmica instalados o en desarrollo

La energía geotérmica es la energía eléctrica generada a partir de la energía geotérmica . Las tecnologías empleadas incluyen centrales eléctricas de vapor seco, centrales eléctricas de vapor instantáneo y centrales eléctricas de ciclo binario . La generación de electricidad geotérmica se utiliza actualmente en 26 países, [ 1 ] [ 2 ] mientras que la calefacción geotérmica se utiliza en 70 países. [ 3 ]

A partir de 2019, la capacidad mundial de energía geotérmica asciende a 15,4 gigavatios (GW), de los cuales el 23,9% (3,68 GW) están instalados en los Estados Unidos . [ 4 ] Los mercados internacionales crecieron a una tasa anual promedio del 5 por ciento durante los tres años hasta 2015, y se espera que la capacidad mundial de energía geotérmica alcance los 14,5–17,6  GW para 2020. [ 5 ] Con base en el conocimiento geológico actual y la tecnología que la Asociación de Energía Geotérmica (GEA) divulga públicamente, la GEA estima que solo se ha aprovechado el 6,9% del potencial global total hasta el momento, mientras que el IPCC informó que el potencial de energía geotérmica está en el rango de 35  GW a 2 TW . [ 3 ] Los países que generan más del 15 por ciento de su electricidad a partir de fuentes geotérmicas incluyen El Salvador , Kenia , Filipinas , Islandia , Nueva Zelanda , [ 6 ] y Costa Rica . Indonesia cuenta con un potencial estimado de 29 GW de recursos de energía geotérmica, el mayor del mundo; en 2017, su capacidad instalada era de 1,8 GW.   

La energía geotérmica se considera una fuente de energía sostenible y renovable porque la extracción de calor es pequeña en comparación con el contenido de calor de la Tierra . [ 7 ] Las emisiones de gases de efecto invernadero de las centrales geotérmicas promedian 45  gramos de dióxido de carbono por kilovatio-hora de electricidad, o menos del 5 % de las de las centrales convencionales de carbón. [ 8 ]

Como fuente de energía renovable tanto para electricidad como para calefacción, la energía geotérmica tiene el potencial de cubrir entre el 3 y el 5 % de la demanda mundial para 2050. Con incentivos económicos , se estima que para 2100 será posible cubrir el 10 % de la demanda mundial con energía geotérmica. [ 6 ]

Historia y desarrollo

En el  siglo XX, la demanda de electricidad impulsó la consideración de la energía geotérmica como fuente de generación. El príncipe Piero Ginori Conti probó el primer generador geotérmico el 4 de julio de 1904 en Larderello, Italia . Logró encender cuatro bombillas. [ 9 ] Posteriormente, en 1911, se construyó allí la primera central geotérmica comercial del mundo. En la década de 1920 se construyeron generadores experimentales en Beppu, Japón , y en Geysers, California , pero Italia fue el único productor industrial de electricidad geotérmica del mundo hasta 1958.

Tendencias en los cinco principales países productores de electricidad geotérmica, 1980-2012 (EIA de EE. UU.)
Capacidad eléctrica geotérmica global. La línea roja superior representa la capacidad instalada; [ 10 ] la línea verde inferior representa la producción realizada. [ 3 ]

En 1958, Nueva Zelanda se convirtió en el segundo mayor productor industrial de electricidad geotérmica con la puesta en marcha de su central de Wairakei . Wairakei fue la primera central en utilizar la tecnología de vapor instantáneo. [ 11 ] En los últimos 60 años, la producción neta de fluidos ha superado los 2,5 km³  . El hundimiento del terreno en Wairakei-Tauhara ha sido un tema recurrente en varias audiencias formales relacionadas con los permisos ambientales para la ampliación del desarrollo del sistema como fuente de energía renovable. [ 6 ]

En 1960, Pacific Gas and Electric comenzó a operar la primera central eléctrica geotérmica exitosa en los Estados Unidos en The Geysers en California. [ 12 ] La turbina original duró más de 30  años y produjo 11 MW de potencia neta. [ 13 ] 

Una central eléctrica de ciclo binario basada en fluidos orgánicos se demostró por primera vez en 1967 en la Unión Soviética [ 12 ] y posteriormente se introdujo en Estados Unidos en 1981 , tras la crisis energética de la década de 1970 y cambios significativos en las políticas regulatorias. Esta tecnología permite el uso de recursos con temperaturas tan bajas como 81 °C (178 °F) . En 2006, una central de ciclo binario en Chena Hot Springs, Alaska , entró en funcionamiento, produciendo electricidad a partir de una temperatura récord de fluido de 57 °C (135 °F) . [ 14 ]    

Hasta hace poco, las centrales geotérmicas se construían exclusivamente en zonas con recursos geotérmicos de alta temperatura cerca de la superficie. El desarrollo de centrales de ciclo binario y las mejoras en la tecnología de perforación y extracción podrían permitir sistemas geotérmicos mejorados en una zona geográfica mucho más amplia. [ 15 ] Hay proyectos de demostración en funcionamiento en Landau-Pfalz (Alemania) y Soultz-sous-Forêts (Francia), mientras que un proyecto anterior en Basilea (Suiza) se clausuró tras provocar terremotos. Otros proyectos de demostración están en construcción en Australia , el Reino Unido y los Estados Unidos de América . [ 16 ]

La eficiencia térmica de las centrales eléctricas geotérmicas es baja, alrededor del 7 al 10%, [ 17 ] porque los fluidos geotérmicos están a baja temperatura en comparación con el vapor de las calderas. Según las leyes de la termodinámica, esta baja temperatura limita la eficiencia de las máquinas térmicas para extraer energía útil durante la generación de electricidad. El calor residual se desperdicia, a menos que pueda usarse directa y localmente, por ejemplo en invernaderos, aserraderos y calefacción urbana. La eficiencia del sistema no afecta los costos operativos como lo haría para una planta de carbón u otro combustible fósil, pero sí influye en la viabilidad de la estación. Para producir más energía de la que consumen las bombas, la generación de electricidad requiere campos geotérmicos de alta temperatura y ciclos de calor especializados. Debido a que la energía geotérmica no depende de fuentes de energía variables, a diferencia, por ejemplo, de la eólica o la solar, su factor de capacidad puede ser bastante alto; se ha demostrado hasta un 96%. [ 18 ] Sin embargo, el factor de capacidad promedio mundial fue del 74,5% en 2008, según el IPCC . [ 19 ]

Recursos

Sistema geotérmico mejorado 1: Depósito 2:  Casa de bombeo 3:  Intercambiador de calor 4:  Sala de turbinas 5:  Pozo de producción 6: Pozo de inyección 7: Agua caliente para calefacción urbana 8: Sedimentos  porosos 9: Pozo de observación 10: Roca madre cristalina   

El contenido de calor de la Tierra es de aproximadamente 1 × 10 19 TJ (2,8 × 10 15 TWh)   . [ 3 ] Este calor fluye naturalmente a la superficie por conducción a una tasa de 44,2 TW [ 20 ] y se repone por desintegración radiactiva a una tasa de 30  TW. [ 7 ] Estas tasas de potencia son más del doble del consumo energético actual de la humanidad a partir de fuentes primarias, pero la mayor parte de esta potencia es demasiado difusa (aproximadamente 0,1 W/m 2 en promedio) para ser recuperable. La corteza terrestre actúa efectivamente como una gruesa manta aislante que debe ser perforada por conductos de fluidos (de magma , agua u otros) para liberar el calor que se encuentra debajo.

La generación de electricidad requiere recursos de alta temperatura que solo pueden provenir de las profundidades del subsuelo. El calor debe ser transportado a la superficie mediante la circulación de fluidos, ya sea a través de conductos de magma , aguas termales , circulación hidrotermal , pozos de petróleo , pozos de agua perforados o una combinación de estos. Esta circulación a veces existe de forma natural donde la corteza es delgada: los conductos de magma llevan el calor cerca de la superficie, y las aguas termales lo llevan a la superficie. Si no hay una fuente termal disponible, se debe perforar un pozo en un acuífero caliente . Lejos de los límites de las placas tectónicas, el gradiente geotérmico es de 25 a 30  °C por kilómetro (70 a 85  °F por milla) de profundidad en la mayor parte del mundo, por lo que los pozos tendrían que estar a varios kilómetros de profundidad para permitir la generación de electricidad. [ 3 ] La cantidad y calidad de los recursos recuperables mejoran con la profundidad de perforación y la proximidad a los límites de las placas tectónicas.

En terrenos calientes pero secos, o donde la presión del agua es insuficiente, la inyección de fluidos puede estimular la producción. Los desarrolladores perforan dos pozos en un sitio potencial y fracturan la roca entre ellos con explosivos o agua a alta presión . Luego, bombean agua o dióxido de carbono licuado por un pozo, y este asciende por el otro en forma de gas. [ 15 ] Este método se conoce como energía geotérmica de roca seca caliente en Europa, o sistemas geotérmicos mejorados en Norteamérica. Este método podría ofrecer un potencial mucho mayor que la explotación convencional de acuíferos naturales. [ 15 ]

Las estimaciones del potencial de generación de electricidad de la energía geotérmica varían de 35 a 2000  GW dependiendo de la escala de las inversiones. [ 3 ] Esto no incluye el calor no eléctrico recuperado por cogeneración, bombas de calor geotérmicas y otros usos directos. Un informe de 2006 del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) que incluía el potencial de los sistemas geotérmicos mejorados estimó que invertir US$1000  millones en investigación y desarrollo durante 15  años permitiría la creación de 100  GW de capacidad de generación eléctrica para 2050 solo en Estados Unidos. [ 15 ] El informe del MIT estimó que se podrían extraer más de 200 × 10⁹ TJ (200 ZJ; 5,6 × 10⁷ TWh ) , con el potencial de aumentar esta cantidad a más de 2000 ZJ con mejoras tecnológicas, suficiente para satisfacer todas las necesidades energéticas actuales del mundo durante varios milenios . [ 15 ]    

En la actualidad, los pozos geotérmicos rara vez superan los 3 km (2 mi) de profundidad. [ 3 ] Las estimaciones más altas de los recursos geotérmicos asumen pozos de hasta 10 km (6 mi) de profundidad . La perforación cerca de esta profundidad ahora es posible en la industria petrolera, aunque es un proceso costoso. El pozo de investigación más profundo del mundo, el Pozo Súper Profundo de Kola (KSDB-3), tiene 12,261 km (7,619 mi) de profundidad. [ 21 ] Los pozos perforados a profundidades mayores de 4 km (2,5 mi) generalmente incurren en costos de perforación de decenas de millones de dólares. [ 22 ] Los desafíos tecnológicos son perforar pozos anchos a bajo costo y romper mayores volúmenes de roca.        

La energía geotérmica se considera sostenible porque la extracción de calor es pequeña en comparación con el contenido térmico de la Tierra, pero aun así debe monitorearse para evitar el agotamiento local. [ 7 ] Aunque los sitios geotérmicos pueden proporcionar calor durante muchas décadas, los pozos individuales pueden enfriarse o quedarse sin agua. Los tres sitios más antiguos, en Larderello, Wairakei y Geysers, han reducido su producción desde sus picos. No está claro si estas estaciones extrajeron energía más rápido de lo que se reponía desde mayores profundidades, o si los acuíferos que las abastecen se están agotando. Si se reduce la producción y se reinyecta agua, estos pozos podrían, en teoría, recuperar todo su potencial. Estas estrategias de mitigación ya se han implementado en algunos sitios. La sostenibilidad a largo plazo de la energía geotérmica se ha demostrado en el campo de Larderello en Italia desde 1913, en el campo de Wairakei en Nueva Zelanda desde 1958, [ 23 ] y en el campo de Geysers en California desde 1960. [ 24 ]

Tipos de centrales eléctricas

Centrales eléctricas de vapor seco (izquierda), vapor instantáneo (centro) y ciclo binario (derecha).

Las centrales geotérmicas son similares a otras centrales térmicas de turbina de vapor en que el calor de una fuente de combustible (en el caso de la energía geotérmica, el núcleo terrestre) se utiliza para calentar agua u otro fluido de trabajo . Este fluido se utiliza para hacer girar una turbina o un generador, produciendo así electricidad. Posteriormente, el fluido se enfría y se devuelve a la fuente de calor.

centrales eléctricas de vapor seco

Las centrales de vapor seco son el diseño más simple y antiguo. Hay pocas centrales eléctricas de este tipo, porque requieren un recurso que produzca vapor seco , pero son las más eficientes, con las instalaciones más simples. [ 25 ] En estos sitios, puede haber agua líquida presente en el depósito, pero solo se produce vapor, no agua, a la superficie. [ 25 ] La energía de vapor seco utiliza directamente vapor geotérmico de 150 °C (300 °F) o más para hacer girar turbinas. [ 3 ] A medida que la turbina gira, impulsa un generador que produce electricidad y se suma al campo de potencia. [ 26 ] Luego, el vapor se emite a un condensador, donde se convierte de nuevo en líquido, que luego enfría el agua. [ 27 ] Después de que el agua se enfría, fluye por una tubería que conduce el condensado de vuelta a pozos profundos, donde puede recalentarse y producirse de nuevo. En The Geysers en California, después de los primeros 30 años de producción de energía, el suministro de vapor se había agotado y la generación se redujo sustancialmente. Para restaurar parte de la capacidad anterior, se desarrolló la inyección suplementaria de agua durante las décadas de 1990 y 2000, incluyendo la utilización de efluentes de las instalaciones de tratamiento de aguas residuales municipales cercanas. [ 28 ]  

centrales eléctricas de vapor instantáneo

Las centrales de vapor instantáneo extraen agua caliente a alta presión de las profundidades hacia tanques de menor presión y utilizan el vapor resultante para accionar turbinas. Requieren temperaturas de fluido de al menos 180 °C (360 °F) , generalmente más. A partir de 2022, las centrales de vapor instantáneo representan el 36,7 % de todas las centrales geotérmicas y el 52,7 % de la capacidad instalada en el mundo. [ 29 ] Las centrales de vapor instantáneo utilizan depósitos geotérmicos de agua con temperaturas superiores a 180 °C. El agua caliente fluye hacia arriba a través de pozos en el suelo bajo su propia presión. A medida que fluye hacia arriba, la presión disminuye y parte del agua caliente se transforma en vapor. El vapor se separa del agua y se utiliza para accionar una turbina/generador. El agua sobrante y el vapor condensado pueden inyectarse de nuevo en el depósito, lo que lo convierte en un recurso potencialmente sostenible. [ 30 ] [ 31 ]   

Centrales eléctricas de ciclo binario

Las centrales eléctricas de ciclo binario son el desarrollo más reciente y pueden aceptar temperaturas de fluido tan bajas como 57 °C (135 °F) . [ 14 ] El agua geotérmica moderadamente caliente pasa a través de un fluido secundario con un punto de ebullición mucho más bajo que el agua. Esto provoca que el fluido secundario se vaporice instantáneamente, lo que luego impulsa las turbinas. Este es el tipo más común de central eléctrica geotérmica que se construye actualmente. [ 32 ] Se utilizan tanto el ciclo Rankine orgánico como el ciclo Kalina . La eficiencia térmica de este tipo de central es típicamente de alrededor del 10-13%. [ 33 ] Las centrales eléctricas de ciclo binario tienen una capacidad unitaria promedio de 6,3 MW, 30,4 MW en centrales eléctricas de un solo destello, 37,4 MW en centrales de doble destello y 45,4 MW en centrales eléctricas que funcionan con vapor sobrecalentado. [ 34 ]  

Producción mundial

Se presume que las grietas en el histórico ayuntamiento de Staufen im Breisgau se deben a daños causados ​​por perforaciones geotérmicas.
Una central geotérmica en Negros Oriental , Filipinas
Centro de energía geotérmica en el Departamento de Usulután , El Salvador

La Agencia Internacional de Energías Renovables informó que  a finales de 2020 había 14.438 MW de energía geotérmica en funcionamiento en todo el mundo, generando 94.949 GWh de electricidad. [ 35 ] En teoría, los recursos geotérmicos del mundo son suficientes para abastecer de energía a la humanidad. Sin embargo, actualmente solo una pequeña fracción de estos recursos puede explorarse de forma rentable . [ 36 ]

Al Gore dijo en la Cumbre Asia Pacífico del Proyecto Climático que Indonesia podría convertirse en una superpotencia en la producción de electricidad a partir de energía geotérmica. [ 37 ] En 2013, el sector eléctrico público de la India anunció un plan para desarrollar la primera instalación de energía geotérmica del país en el estado sin litoral de Chhattisgarh . [ 38 ]

La energía geotérmica en Canadá tiene un alto potencial debido a su ubicación en el Cinturón de Fuego del Pacífico . La región de mayor potencial es la Cordillera Canadiense , que se extiende desde la Columbia Británica hasta el Yukón , donde las estimaciones de producción de generación han oscilado entre 1550 MW y 5000 MW. [ 39 ]

La geografía de Japón es ventajosa para la producción de energía geotérmica. Japón cuenta con numerosas fuentes termales que podrían proporcionar combustible para centrales geotérmicas, pero sería necesaria una inversión masiva en la infraestructura del país. [ 40 ]

Estaciones de servicio

Generación geotérmica anual por continente [ 41 ]
Generación geotérmica por país, 2021 [ 41 ]

El mayor grupo de centrales geotérmicas del mundo se encuentra en The Geysers , un campo geotérmico en California , Estados Unidos . [ 42 ] A partir de 2021, cinco países ( Kenia , Islandia , El Salvador , Nueva Zelanda y Nicaragua) generan más del 15 % de su electricidad a partir de fuentes geotérmicas. [ 41 ]

La siguiente tabla enumera estos datos para cada país:

  • generación total de energía geotérmica en teravatios-hora ,
  • porcentaje de la generación de ese país que era geotérmica,
  • capacidad geotérmica total en gigavatios ,
  • por ciento de crecimiento en la capacidad geotérmica, y
  • el factor de capacidad geotérmica para ese año.

Los datos corresponden al año 2021. La fuente de los datos es la EIA . [ 41 ] Solo incluye países con una generación superior a 0,01 TWh. Los enlaces para cada ubicación dirigen a la página correspondiente sobre energía geotérmica, cuando está disponible.

Efectos ambientales

La central eléctrica de Nesjavellir, de 120 MW, en el suroeste de Islandia

Las centrales geotérmicas existentes que se encuentran dentro del percentil 50 de todos los estudios de emisiones totales del ciclo de vida revisados ​​por el IPCC producen en promedio 45  kg de CO₂.2 emisiones equivalentes por megavatio-hora de electricidad generada (kgCO₂)2 eq/MWh). [ 43 ] En comparación, una central eléctrica de carbón emite 1.001 kg deCO2 equivalentes por megavatio-hora cuando no se combina conla captura y almacenamiento de carbono(CCS). [ 8 ] [ 43 ] Dado que muchos proyectos geotérmicos se ubican en áreas volcánicamente activas que emiten gases de efecto invernadero de forma natural, se plantea la hipótesis de que las plantas geotérmicas podrían disminuir la tasa de desgasificación al reducir la presión sobre los depósitos subterráneos. [ 44 ]

Las centrales que generan altos niveles de ácidos y sustancias químicas volátiles suelen estar equipadas con sistemas de control de emisiones para reducir los gases de escape. Las centrales geotérmicas también pueden inyectar estos gases de nuevo en la tierra como método de captura y almacenamiento de carbono, como en Nueva Zelanda [ 44 ] y en el proyecto CarbFix de Islandia.

Otras estaciones, como la central geotérmica de Kızıldere , muestran la capacidad de utilizar fluidos geotérmicos para procesar dióxido de carbono y convertirlo en hielo seco en dos plantas cercanas, lo que resulta en un impacto ambiental mínimo. [ 45 ]

Además de los gases disueltos, el agua caliente procedente de fuentes geotérmicas puede contener en solución trazas de sustancias químicas tóxicas, como mercurio , arsénico , boro , antimonio y sal. [ 46 ] Estas sustancias químicas se precipitan al enfriarse el agua y pueden causar daños ambientales si se liberan. La práctica moderna de inyectar fluidos geotérmicos de nuevo en la Tierra para estimular la producción tiene la ventaja añadida de reducir este riesgo ambiental.

La construcción de estaciones puede afectar negativamente la estabilidad del terreno. Se ha producido subsidencia en el campo de Wairakei en Nueva Zelanda. [ 47 ] Los sistemas geotérmicos mejorados pueden desencadenar terremotos debido a la inyección de agua. El proyecto en Basilea , Suiza, fue suspendido porque se produjeron más de 10 000 eventos sísmicos de hasta 3,4 en la escala de Richter durante los primeros 6 días de inyección de agua. [ 48 ] El riesgo de perforación geotérmica que conduce a levantamiento se ha experimentado en Staufen im Breisgau .

La energía geotérmica requiere una cantidad mínima de terreno y agua dulce. Las centrales geotérmicas utilizan 404 metros  cuadrados  por GWh , frente a los 3632 y 1335 metros cuadrados que necesitan las centrales de carbón y los parques eólicos, respectivamente. [ 47 ] Utilizan 20 litros de agua dulce por MWh, frente a los más de 1000 litros por MWh que necesitan las centrales nucleares, de carbón o de petróleo. [ 47 ]      

Es posible que se produzca un enfriamiento climático local como resultado del funcionamiento de los sistemas de circulación geotérmica. Sin embargo, según una estimación realizada por el Instituto de Minería de Leningrado en la década de 1980, el posible enfriamiento será insignificante en comparación con las fluctuaciones climáticas naturales. [ 49 ]

Si bien la actividad volcánica produce energía geotérmica, también es riesgosa. A partir de 2022El proyecto geotérmico Puna aún no ha recuperado su plena capacidad tras la erupción de 2018 en la parte baja de Puna . [ 50 ]

Ciencias económicas

La energía geotérmica no requiere combustible; por lo tanto, es inmune a las fluctuaciones del precio del combustible. Sin embargo, los costos de capital tienden a ser altos. La perforación representa más de la mitad de los costos, y la exploración de recursos profundos conlleva riesgos significativos. Un pozo doble típico en Nevada puede soportar 4,5  MW de generación de electricidad y cuesta alrededor de $10 millones perforarlo, con una tasa de falla del 20 %. [ 22 ] En total, la construcción de la central eléctrica y la perforación de pozos cuestan alrededor de 2 a 5  millones  de euros por  MW de capacidad eléctrica, mientras que el costo nivelado de la energía es de 0,04 a 0,10  euros por  kWh. [ 10 ] Los sistemas geotérmicos mejorados tienden a estar en el extremo superior de estos rangos, con costos de capital superiores a $4  millones por  MW y costos nivelados superiores a $0,054 por  kWh en 2007. [ 51 ]

Las investigaciones sugieren que el almacenamiento en embalses podría aumentar la viabilidad económica de los sistemas geotérmicos mejorados en sistemas energéticos con una gran proporción de fuentes de energía renovables variables . [ 52 ] [ 53 ]

La energía geotérmica es altamente escalable: una pequeña central eléctrica puede abastecer a una aldea rural, aunque los costos de capital iniciales pueden ser altos. [ 54 ]

El campo geotérmico más desarrollado es el de Geysers en California. En 2008, este campo abastecía a 15 centrales, todas propiedad de Calpine , con una capacidad de generación total de 725  MW. [ 55 ]

Véase también

Referencias

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Lecturas adicionales

  • DiPippo, Ronald; Gutiérrez-Negrín, Luis CA; Chiasson, Andrés (2025). Generación de energía geotérmica: desarrollos e innovación . Elsevier. ISBN 978-0-443-24750-7.
  • Chandrasekharam, Dornadula (2025). Sistemas geotérmicos mejorados (EGS) para el desarrollo sostenible . Elsevier. ISBN 978-0-443-30116-2.
  • Stober, Ingrid; Bucher, Kurt (2021). Energía geotérmica: De los modelos teóricos a la exploración y el desarrollo . Springer. ISBN 978-3-030-71685-1.
  • Datos relacionados con la energía geotérmica en Wikidata
  • Artículos sobre energía geotérmica archivados el 26 de octubre de 2020 en Wayback Machine.
  • La colección geotérmica de la Universidad de Hawái en Manoa.
  • Biblioteca Geotérmica GRC
  • Barnard, Michael (27 de noviembre de 2025). "Desenmascarando el mito de la curva de aprendizaje: por qué la energía geotérmica mejorada no puede seguir la trayectoria de costes de la energía solar" . CleanTechnica . Consultado el 12 de diciembre de 2025 .