Impreso por CRC Press (Taylor & Francis Group – Informa business), hace poco más de un año (abril de 2008) apareció en escena un nuevo libro sobre geotermia, Low-Enthalpy Geothermal Resources for Power Generation, que consiste en 150 + XX páginas en formato de 25 por 17 centímetros y pasta dura. Fue escrito por Dornadula Chandrasekharam y Jochen Bundschuh, científicos bien conocidos por la comunidad geotérmica internacional, cuyo currículum se incluye en la primera sección del libro.
Como su título lo indica, la publicación trata con un asunto emergente en la comunidad geotérmica, que en años recientes ha cobrado creciente importancia, relativo a la posibilidad de ampliar la generación de energía eléctrica de recursos de alta temperatura (más de 150°C) hacia recursos de temperatura baja e intermedia (80-150°C).
La parte técnica del libro consta de los siguientes diez capítulos: 1) Introducción, 2) Demanda mundial de energía eléctrica y pronósticos sobre la mezcla de energía, 3) Potencial mundial de los recursos geotérmicos de baja entalpía, 4) Recursos de baja entalpía como una solución para la generación de electricidad y para mitigar el calentamiento global, 5) Características geológicas, geoquímicas y geofísicas de los campos geotérmicos, 6) Métodos geoquímicos para la exploración geotérmica, 7) Métodos geofísicos para la exploración de recursos geotérmicos, 8) Técnicas de generación de electricidad, 9) Aspectos económicos de plantas generadoras que utilizan recursos de baja entalpíay, 10) Proyectos geotérmicos pequeños de baja entalpía para electrificación rural.
Los primeros cinco capítulos, enriquecidos con tablas y figuras parcialmente en color, presentan un sumario exhaustivo de la situación geotérmica a escala global, continental y regional, los diferentes tipos de sistemas geotérmicos y los países donde se encuentran, y los recursos económicamente recuperables a profundidades menores de 3 kilómetros, con referencia especial a los de temperatura baja a intermedia. Después se compara la energía eléctrica que podría producirse con tales recursos con la demanda actual de electricidad y con la mayor demanda que se estima para el año 2030 en los diversos continentes y regiones del planeta, y se presenta una evaluación del CO2 evitado con relación a la cantidad equivalente de electricidad producida con combustibles fósiles.
Los capítulos 6 y 7 tratan sobre los métodos geoquímicos y geofísicos utilizados para ubicar recursos aprovechables en la generación eléctrica, y sobre las técnicas de muestreo y registros de pozo empleados para caracterizar las formaciones geológicas del subsuelo. En particular, el capítulo 6 describe de manera exhaustiva los métodos geoquímicos que se usan en la investigación geotérmica, incluyendo métodos de geotermometría; representa, así, un resumen excelente de esos métodos y técnicas y una útil herramienta de referencia para los expertos en esas materias.
El capítulo 8 resume los ciclos termodinámicos de las plantas binarias que se usan para producir energía eléctrica con fluidos de temperatura baja a intermedia. Se mencionan particularmente los criterios de selección de los fluidos de trabajo de plantas tipo ORC (ciclo orgánico Rankine), los intercambiadores de calor y el ciclo Kalina.
Los aspectos económicos de la generación geotermoeléctrica con fluidos de baja entalpía se tratan en el capítulo 9, con especial referencia a los costos de perforación en función de la profundidad, a la productividad de los pozos contra la temperatura del yacimiento, y al tamaño de la planta generadora contra el flujo y la temperatura de los fluidos. Después se hace una comparación de los diferentes costos de construcción entre dos grupos de plantas generadoras: las alimentadas por fluidos de alta temperatura y las que emplean fluidos de temperatura baja a intermedia. En el último capítulo, el número 10, se discuten las posibles simplificaciones técnicas y las notables reducciones de costos para proyectos de electrificación con unidades geotermoeléctricas en áreas rurales aisladas con reducida demanda de electricidad, principalmente aquellas ubicadas en países en desarrollo. Más adelante, se presentan algunos ejemplos de plantas generadoras pequeñas (menos de 2 MWe) que utilizan fluidos de temperatura baja a intermedia en Argentina, China (Tíbet), Islandia, Tailandia, Taiwán y Estados Unidos.
Todos los capítulos vienen precedidos por una “frase simbólica” que expresa sucintamente un concepto significativo de la energía geotérmica. En conjunto, tales frases constituyen la quintaesencia del desarrollo esperado del calor de la tierra y de las razones por las cuales debe buscarse ese desarrollo. Vale la pena, por tanto, citarlas aquí1:
1. Los últimos estudios indican que es más barato invertir en la protección del clima que pagar las pérdidas que resultan de no hacer nada. Por tanto, también desde una perspectiva económica es prudente actuar ahora.
2. La generación eléctrica mundial casi duplica la del caso de referencia del IEO para 2004-2030. En 2030 se proyecta que la generación en los países que no pertenecen a la OECD excederá en 30 por ciento la generación en países de la OECD.
3. La reserva de energía geotérmica actual y potencialmente disponible del planeta es una cantidad de magnitud impresionante, de hecho mucho mayor que los recursos a base de carbón, petróleo, gas y energía nuclear combinados… Aunque por ahora sólo una fracción de este tesoro geotérmico puede obtenerse, con nuevas tecnologías habrá de ser aprovechable para nuestros descendientes mucho antes de que se produzca la última gota de petróleo.
4. Más recientemente, ha habido un giro dramático en la manera en que se percibe el cambio climático, el cual es considerado ampliamente como el mayor fracaso del mercado de todos los tiempos. Esto se debe en parte a que han empezado a manifestarse muchos de los efectos de tal cambio climático, y a que los riesgos de continuar con el calentamiento afectarán, y posiblemente trastocarán, la operación de los mercados, las sociedades, los ecosistemas y las culturas.
5. Hay razones para el optimismo sobre la energía geotérmica. Un periodo interesante empieza donde las fuentes anómalas de calor son tratadas como sistemas. Para desarrollar la energía geotérmica como un recursos relevante, uno debe identificar las fuentes térmicas anómalas y comprender su origen y geometría.
6. El objetivo final de cualquier programa exploratorio es ubicar un recurso que pueda desarrollarse económicamente. Pese a las diferencias en el tipo de recursos y en su contexto geológico, se ha desarrollado una cierta filosofía de la exploración a lo largo de varias décadas. Esta filosofía se basa en el concepto de que el explorador empieza su búsqueda en un área grande y la va estrechando hacia una localización más específica.
7. Desde luego, la energía no es un reto único que pueda resolverse con una pieza de tecnología tan limpia, atrayente y redituable como un iPod. Se compone de tres retos imbricados, cada uno perturbador y complejo por derecho propio.
8. La posibilidad de que la energía geotérmica juegue un papel mucho mayor en la producción total de energía en el futuro, requiere innovación técnica, costos iniciales más bajos, educación pública y un nivel económico y regulatorio que la empareje con otras tecnologías energéticas.
9. A la fecha más de dos mil millones de personas en los países en desarrollo viven sin electricidad. Esto provoca vidas miserables, en las que hay caminar kilómetros por agua y leña sólo para sobrevivir. Qué tal si hubiese una tecnología ya viable que cuando se desarrollara a su máximo potencial pudiera elevar el nivel de vida de todos, reducir la demanda de combustibles fósiles y la contaminación resultante…
10. Todos los países en desarrollo han apostado a la sustentabilidad energética, pero particularmente en la región asiática grandes poblaciones que aspiran a una mayor prosperidad pondrán a dura prueba nuestra capacidad de proveer energía sustentable. Necesitamos destilar en conjunto toda nuestra sabiduría disponible hacia las políticas, estructuras de mercado, acuerdos de precios y tecnologías que nos permitan alcanzar nuestras metas. Estos son los mismos temas que preocupan a los países industrializados.
La última parte del libro incluye una lista de referencias con más de 200 citas de trabajos recientes en general, y dos índices temáticos: el primero para enlistar los conceptos principales tratados en el libro (más de 1300 entradas) y el segundo para recordar las localidades geográficas, las unidades litoestratigráficas y los elementos tectónicos y estructurales citados.
En síntesis, este libro no sólo desglosa el potencial global de los recursos geotérmicos de temperatura baja a intermedia, sino que también muestra cómo la demanda energética podría ser satisfecha con éxito mediante su extracción rentable en muchas zonas del planeta. De tal manera, este es un libro del cual podrían obtener ideas útiles los diseñadores de políticas, los planificadores de territorios y los ambientalistas de todo el mundo, especialmente al abordar problemas energéticos de países en desarrollo y de países desarrollados hambrientos de energía. Por otro lado, desde un punto de vista científico, el libro reviste un interés real y actual, por lo que todos los geotérmicos y estudiosos de la energía geotérmica deberían tenerlo en sus bibliotecas.
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Per i tipi della CRC Press (Taylor&Francis Group - Informa business -) è stato pubblicato circa un anno fa (Aprile 2008), ed ha cominciato a circolare ora in letteratura, un bel libro di geotermia intitolato Low-Enthalpy Geothermal Resources for Power Generation (Risorse geotermiche di bassa entalpia per la produzione di energia elettrica), composto da XX+150 pagine, in formato 25x17 cm, con copertina dura. Ne sono autori Dornadula Chandrasekharam e Jochen Bundschuh, scienziati ben noti alla comunità geotermica internazionale, il cui curriculum compare nella prima sezione del libro.
Come il titolo indica, la pubblicazione tratta un tema emergente della geotermia che negli ultimi anni è venuto assumendo importanza pratica sempre maggiore in relazione alla possibilità di estendere l’uso del calore terrestre per la produzione di energia elettrica dalle risorse di alta (>150°C) a quelle di bassa e media temperatura (80-150 °C).
La parte tecnica del libro si compone dei seguenti 10 capitoli: 1) Introduzione; 2) La domanda mondiale di energia elettrica con previsioni del contributo di varie fonti; 3) Il potenziale delle risorse geotermiche a bassa temperatura; 4) Le risorse di bassa temperatura per la produzione di energia elettrica in un quadro di mitigazione del riscaldamento globale; 5) Caratteristiche geologiche, geofisiche e geochimiche dei campi geotermici; 6) Esplorazione geotermica con metodi geochimici; 7) Esplorazione di risorse geotermiche con metodi geofisici; 8) Tecnologie di generazione geotermoelettrica; 9) Aspetti economici degli impianti di generazione alimentati con risorse di bassa temperatura; 10) Piccoli progetti di elettrificazione rurale con risorse geotermiche di bassa temperatura.
I primi cinque capitoli, arricchiti da tabelle e figure in parte a colori, riassumono in modo esauriente e chiaro la situazione geotermica a scala mondiale, continentale e regionale, i diversi tipi di sistema geotermico con l’indicazione dei Paesi in cui essi si trovano, e le risorse economicamente estraibili da profondità inferiori a 3 km, con particolare riguardo a quelle di media e bassa temperatura. L’energia elettrica da esse producibile viene poi rapportata alla domanda di elettricità attuale ed attesa nei vari continenti e regioni del mondo fino al 2030, con una valutazione dei benefici ottenibili in termini di emissioni evitate di CO2rispetto all’uso di combustibili fossili.
I capitoli 6 e 7 trattano dei metodi di esplorazione geochimica e geofisica usati per individuare risorse utilizzabili ai fini geotermoelettrici, nonché delle tecniche di campionamento e logs di pozzo applicate entro la profondità e nell’intervallo di temperatura sopra menzionati per caratterizzare le formazioni geologiche perforate. Il capitolo 6, in particolare, dà un’ampia descrizione dei metodi di indagine geochimica, ivi inclusi quelli geotermometrici; esso costituisce perciò una ottima sintesi di riferimento anche per gli specialisti della materia.
Il capitolo 8 illustra sinteticamente i diversi cicli di utilizzazione dei fluidi a medio-bassa temperatura per la produzione di energia elettrica con impianti a ciclo binario. Vengono accennati in particolare i criteri di selezione dei fluidi di lavoro negli impianti a ciclo organico di Rankine (ORC), gli scambiatori di calore, ed il ciclo Kalina.
Gli aspetti economici della produzione geotermoelettrica con fluidi basso-entalpici vengono trattati nel capitolo 9, per descrivere in particolare i costi di perforazione in funzione della profondità dei pozzi, la produttività dei pozzi in funzione della temperatura del serbatoio, e la potenza delle centrali in funzione della temperatura e della portata del fluido reperito. Viene poi fatto un confronto tra i costi di costruzione degli impianti in base al tipo di fluido che li alimenta: fluidi di alta oppure di media e bassa temperatura.
L’ultimo capitolo (il n.10), infine, dopo avere discusso le notevoli semplificazioni possibili nei progetti di elettrificazione geotermoelettrica di aree rurali per la loro ubicazione in località spesso isolate e con consumi ridotti, soprattutto nei Paesi in via di sviluppo, e dopo aver accennato ai relativi minori costi, vengono ricordati numerosi esempi di piccole centrali (< 2 MWe) alimentate da fluidi di media e bassa temperatura in Argentina, Cina (Tibet), Islanda, Tailandia, Taiwan, ed USA.
Tutti i capitoli vengono introdotti da una “frase simbolo” che esprime un concetto significativo della energia geotermica. Esse formano nell’insieme la quintessenza dell’auspicato futuro sviluppo del calore della Terra e dei motivi che lo giustificano, e meritano perciò di essere qui ricordate 1 .
1. Gli studi più recenti indicano che è molto più conveniente investire nella protezione dagli effetti climatici che dover riparare i loro danni. E’ pertanto più prudente agire subito in questo senso anche dal punto di vista economico.
2. Le stime pubblicate nel rapporto 2007 dell’International Energy Outlook (IEO) indicano che la produzione di energia elettrica mondiale potrà nel 2030 quasi raddoppiare rispetto al valore del 2004. Per i Paesi non facenti parte dell’OECD le stesse stime prevedono una domanda di elettricità del 30% maggiore rispetto a quella di tutti i Paesi membri dell’OECD.
3. Le riserve note e potenzialmente disponibili di energia geotermica ammontano a quantità incredibilmente grandi - molto più grandi di tutte le risorse base di carbone, petrolio, gas ed energia nucleare messe insieme. … E sebbene una frazione soltanto di questa enorme quantità può essere oggi estratta, con l’uso di tecnologie innovative essa sarà disponibile per i nostri discendenti ben oltre il momento in cui l’ultima goccia di petrolio verrà prodotta.
4. Si è verificato recentemente una sorta di terremoto di pensiero su come vengono percepiti i cambiamenti climatici, paragonati oggi alla più grande depressione economica mai verifica- tasi. Ciò è in parte dovuto al fatto che molti degli effetti di tali cambiamenti cominciano a manifestarsi solo da poco in modo ricorrente; sicchè si teme che il riscaldamento globale possa giungere a compromettere (se non addirittura a portare al collasso) l’economia, le società, gli ecosistemi, e la cultura dei popoli.
5. Vi sono motivi per essere ottimisti sull’energia geotermica. Il momento di svolta, da questo punto di vista, avviene quando le anomalie del flusso di calore terrestre cominciano ad essere trattate come “sistema”. Per sviluppare allora tali sistemi in termini di importante risorsa, bisogna identificare le anomalie geotermiche e capirne la genesi e la geometria.
6. L’obiettivo di fondo di ogni programma di esplorazione è di individuare una risorsa utiliz- zabile economicamente. E sebbene vi siano differenze tra i diversi tipi di risorse e nelle rispettive caratteristiche geologiche,si è venuta formando nell’arco di molti decenni una filosofia di fondo sul modo di impostare un programma di esplorazione; filosofia basata sul concetto che le prospezioni debbano cominciare da una zona piuttosto vasta per andare poi a concentrarsi gradualmente su aree via via più piccole.
7. Naturalmente, l’energia è una sfida che non può essere affrontata con un semplice apparato tecnologico bello, pulito ed attraente come un iPod; è invece un problema molto intricato, costituito da tre interconnessi problemi, ciascuno, a sua volta, molto intricato e complesso…
8. La possibilità per l’energia geotermica di assumere un ruolo più importante nel quadro del futuro scenario energetico mondiale richiede innovazione tecnologica, costi di avviamento minori di quelli attuali, informazione pubblica ed un “campo da gioco” con le altre fonti di energia livellato sul piano economico e chiaro su quello normativo…
9. Più di due miliardi di persone dei Paesi in via di sviluppo vivono oggi senza elettricità. Essi fanno una vita di miseria, e percorrono molte miglia al giorno in cerca di acqua e legna da da fuoco; solo per sopravvivere. Ciò non si verificherebbe se si disponesse di una tecnologia adeguata, che una volta messa a punto potrebbe far migliorare lo standard di vita di tutti, e ridurre la domanda di combustibili fossili con il relativo inquinamento …
10.Tutti i Paesi in via di sviluppo hanno il problema della sostenibilità energetica; ma nella regione asiatica in particolare molte popolazioni che aspirano ad una maggiore prosperità metteranno a dura prova la nostra capacità di assicurare loro l’energia necessaria. Tutti, quindi, dobbiamo fare appello alla nostra migliore saggezza per mettere a punto politiche, strutture di mercato, definizione di prezzi, e sviluppo di tecnologie adeguate a raggiungere i nostri scopi. Si tratta di misure che preoccupano anche i Paesi industrializzati !
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1 Per la citazione delle fonti di tali frasi (pubblicazioni e discorsi ufficiali di personalità di spicco) si rimanda ai relativi capitoli del libro in esame.
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Al termine della trattazione tecnica compaiono una ricca bibliografia (più di 200 citazioni di lavori generalmente molto recenti) e due indici tematici: il primo riguarda i concetti esposti nel libro (circa 1300 voci), ed il secondo le località, le unità stratigrafiche e gli elementi tettonico-strutturali citati (oltre 600 nomi). Questi tre gruppi di riferimenti danno al lettore la possibilità di fare una ricerca incrociata di quanto è interessato a trovare rapidamente, rendendo così molto agevole, snella ed efficace la consultazione del libro.
In breve, il libro in esame non solo illustra il potenziale mondiale delle risorse geotermiche di media e bassa temperatura, ma mostra anche come la domanda totale di energia potrebbe essere in parte significativa coperta con lo sfruttamento, divenuto oggi conveniente, di tali risorse in molte aree del mondo. Si tratta perciò di un libro dal quale i responsabili politici in materia di energia, i pianificatori del territorio e gli ambientalisti di tutto il mondo potrebbero trarre utili spunti, specialmente quando debbono affrontare problemi di energia nei Paesi in via di sviluppo, oppure anche in Paesi di tecnologia avanzata ma deficitari di risorse energetiche. D’altra parte, per restare sul piano tecnico-scientifico, si tratta di una pubblicazione di vivo ed attuale interesse, che nell’archivio di ogni professionista o cultore di geotermia non dovrebbe mancare.
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