ELECTROVOLCAN
Diseño y desarrollo experimental de prototipos para la generación eléctrica mediante efecto termoeléctrico en anomalías geotérmicas superficiales de origen volcánico: aplicación en los sistemas volcánicos de Timanfaya (Lanzarote) y Teide (Tenerife).
DATOS:
Acrónimo: ELECTROVOLCAN
Referencia: RTC-2017-6628-3
Socios: Instituto Volcanológico de Canarias (INVOLCAN), Instituto Tecnológico y de Energías Renovables (ITER), Agencia Insular de Energía de Tenerife (AIET), Universidad Pública de Navarra (UPNA) y Instituto Geológico y Minero de España (IGME)
Duración: 01/09/2018 al 31/08/2021
Presupuesto: 1.254.649,36 €
Financiación: Convocatoria Retos-Colaboración 2017. Programa Estatal de Investigación, Desarrollo e Innovación Orientada a los Retos de la Sociedad. Plan Estatal de Investigación Científico – Técnica y de Innovación 2013-2016.
RESUMEN DEL PROYECTO
La geotermia de alta entalpía es una fuente de energía renovable ligada principalmente a los volcanes. En la actualidad, uno de los retos europeos y también de la estrategia española de Ciencia, Tecnología e Innovación es determinar los beneficios que conduce la utilización de este tipo de energía endógena para generar electricidad de manera eficiente, sostenible y limpia bajo el punto de vista medioambiental y a precios competitivos. En Canarias la utilización de las energías renovables autóctonas es fundamental, tanto por motivos estratégicos como de coste. A día de hoy, su implementación es del orden del 9% cuando en la península se ha alcanzado el 17%. El actual Gobierno insular, que tomó posesión en julio de 2015, ha adquirido el compromiso político de potenciar este desfase. Tanto la energía eólica como la solar son energías discontinuas, mientras que la geotérmica está siempre presente y permite apoyar a las ya citadas.
La energía geotérmica convencional se basa en perforar sondeos de 1500-2500 m de profundidad para obtener vapor a temperaturas entre 100º y 300 ºC capaces de generar electricidad mediante el turbinado del fluido generado. En Canarias y en muchos otros sistemas volcánicos activos, estas temperaturas se encuentran ya en superficie, pero nunca se ha intentado aprovechar la termoelectricidad para aprovechar este importante potencial calorífico. Las anomalías geotérmicas superficiales de la zona de Timanfaya en la isla de Lanzarote son las más importantes del mundo, hasta el punto de registrarse 200 ºC en superficie y 600 ºC a 10 m de profundidad en la zona de Islote Hilario.
Por todo ello, el primer y principal objetivo de este proyecto es desarrollar, por primera vez a nivel mundial, un generador termoeléctrico (GTE) de efecto Seebeck que sea capaz de generar energía eléctrica renovable a partir de calor volcánico que llega a la superficie, con un impacto medioambiental mínimo. Para ello se pretenden desarrollar dos tipos de instalaciones que representan dos aplicaciones de esta tecnología:
1. Generadores termoeléctricos para la producción de energía eléctrica a partir de geotermia de alta temperatura. Se pretenden construir 2 prototipos de una potencia eléctrica total de 1kW capaces de operar en un rango de temperaturas entre 200ºC y 600ºC, que son las condiciones que se encuentran en determinadas zonas de Lanzarote en los primeros 10 m de profundidad.
2. Dispositivo de GTE capaz de suministrar energía eléctrica todo el año a las instalaciones de monitoreo de vigilancia volcánica, convirtiéndolas en autónomas. Este dispositivo ha de ser resistente al medio fumarólico ácido, que es el que impera normalmente en ambientes volcánicos activos y ser capaz de operar con temperaturas del foco caliente inferiores a 100 ºC. Por este motivo se instalará en el cráter del Teide, único volcán español que presenta estas características. Este tipo de dispositivo autónomo resultaría de gran utilidad, por ejemplo, en la basa antártica Gabriel de Castilla, ubicada sobre un volcán activo de alta peligrosidad y que solo puede ser monitoreado de noviembre a febrero, mientras dura la campaña antártica. De igual manera, podría comercializarse como estación autónoma de vigilancia volcánica en los volcanes activos del mundo, aspecto muy importante no resuelto en la actualidad.
Estos prototipos termoeléctricos, además, pueden servir también de base para otras aplicaciones industriales que se comentan en la memoria.
En este proyecto se pretende evaluar el potencial energético total de la zona volcánica implicada en las dos erupciones de los siglos XVIII y XIX en Lanzarote. En estudios anteriores se han identificado ya 11.700 m² de zonas térmicamente anómalas en Timanfaya, pero es necesario llevar a cabo un vuelo con infrarrojo térmico georreferenciado que permita delimitar la extensión total de la anomalía térmica.
El rendimiento unitario de los dispositivos termoeléctricos multiplicado por la extensión de la anomalía térmica en superficie, permitirá evaluar el potencial energético total de la zona. Los primeros cálculos indican un potencial superior a 150 MWe cuando la máxima potencia demanda en la isla es de 230 MWe. En términos de energía, los resultados previstos son todavía más impactantes, ya que la geotermia proporcionaría 24 horas al día de funcionamiento durante todo el año, lo que supondría una generación anual de energía eléctrica constante de 1.300 GWh. Teniendo en cuenta que la energía eléctrica consumida en toda la Comunidad Canaria en 2016 ha sido de 8.778 GWh, la aplicación de esta tecnología a gran escala supondría un aporte muy importante de energía renovable de origen geotérmico, siendo ésta la única de las renovables que garantiza un abastecimiento constante.
El desarrollo de este proyecto permitirá el análisis de rendimientos experimentales y costes detallados de esta nueva tecnología con el cálculo preciso del precio del kWh (LCOE, Levelised Cost of Energy) resultante, con el fin de compararlo con el de las otras renovables. A priori y tal como se describe en el apartado 2 de esta memoria, se prevé un coste cercano a los 5 céntimos de euro el kWh, por tanto dentro de los márgenes de la fotovoltaica o la eólica, con la ventaja añadida de su disponibilidad constante en el tiempo, sin estar sujeta a la variabilidad ambiental como ocurre en la eólica y la fotovoltaica.
Los resultados del proyecto serán replicables en otros territorios volcánicos con anomalías geotérmicas asociadas al volcanismo reciente, por lo que está previsto la generación de patentes relacionadas con la tecnología termoeléctrica: la aplicable a la geotermia superficial allí donde la hubiere, la construcción de estaciones autónomas para vigilancia de volcanes activos, así como la aplicación al aprovechamiento del calor residual de determinadas instalaciones industriales.
ELECTROVOLCAN
Diseño y desarrollo experimental de prototipos para la generación eléctrica mediante efecto termoeléctrico en anomalías geotérmicas superficiales de origen volcánico: aplicación en los sistemas volcánicos de Timanfaya (Lanzarote) y Teide (Tenerife).
DATOS:
Acrónimo: ELECTROVOLCAN
Referencia: RTC-2017-6628-3
Socios: Instituto Volcanológico de Canarias (INVOLCAN), Instituto Tecnológico y de Energías Renovables (ITER), Agencia Insular de Energía de Tenerife (AIET), Universidad Pública de Navarra (UPNA) y Instituto Geológico y Minero de España (IGME)
Duración: 01/09/2018 al 31/08/2021
Presupuesto: 1.254.649,36 €
Financiación: Convocatoria Retos-Colaboración 2017. Programa Estatal de Investigación, Desarrollo e Innovación Orientada a los Retos de la Sociedad. Plan Estatal de Investigación Científico – Técnica y de Innovación 2013-2016.
RESUMEN DEL PROYECTO
La geotermia de alta entalpía es una fuente de energía renovable ligada principalmente a los volcanes. En la actualidad, uno de los retos europeos y también de la estrategia española de Ciencia, Tecnología e Innovación es determinar los beneficios que conduce la utilización de este tipo de energía endógena para generar electricidad de manera eficiente, sostenible y limpia bajo el punto de vista medioambiental y a precios competitivos. En Canarias la utilización de las energías renovables autóctonas es fundamental, tanto por motivos estratégicos como de coste. A día de hoy, su implementación es del orden del 9% cuando en la península se ha alcanzado el 17%. El actual Gobierno insular, que tomó posesión en julio de 2015, ha adquirido el compromiso político de potenciar este desfase. Tanto la energía eólica como la solar son energías discontinuas, mientras que la geotérmica está siempre presente y permite apoyar a las ya citadas.
La energía geotérmica convencional se basa en perforar sondeos de 1500-2500 m de profundidad para obtener vapor a temperaturas entre 100º y 300 ºC capaces de generar electricidad mediante el turbinado del fluido generado. En Canarias y en muchos otros sistemas volcánicos activos, estas temperaturas se encuentran ya en superficie, pero nunca se ha intentado aprovechar la termoelectricidad para aprovechar este importante potencial calorífico. Las anomalías geotérmicas superficiales de la zona de Timanfaya en la isla de Lanzarote son las más importantes del mundo, hasta el punto de registrarse 200 ºC en superficie y 600 ºC a 10 m de profundidad en la zona de Islote Hilario.
Por todo ello, el primer y principal objetivo de este proyecto es desarrollar, por primera vez a nivel mundial, un generador termoeléctrico (GTE) de efecto Seebeck que sea capaz de generar energía eléctrica renovable a partir de calor volcánico que llega a la superficie, con un impacto medioambiental mínimo. Para ello se pretenden desarrollar dos tipos de instalaciones que representan dos aplicaciones de esta tecnología:
1. Generadores termoeléctricos para la producción de energía eléctrica a partir de geotermia de alta temperatura. Se pretenden construir 2 prototipos de una potencia eléctrica total de 1kW capaces de operar en un rango de temperaturas entre 200ºC y 600ºC, que son las condiciones que se encuentran en determinadas zonas de Lanzarote en los primeros 10 m de profundidad.
2. Dispositivo de GTE capaz de suministrar energía eléctrica todo el año a las instalaciones de monitoreo de vigilancia volcánica, convirtiéndolas en autónomas. Este dispositivo ha de ser resistente al medio fumarólico ácido, que es el que impera normalmente en ambientes volcánicos activos y ser capaz de operar con temperaturas del foco caliente inferiores a 100 ºC. Por este motivo se instalará en el cráter del Teide, único volcán español que presenta estas características. Este tipo de dispositivo autónomo resultaría de gran utilidad, por ejemplo, en la basa antártica Gabriel de Castilla, ubicada sobre un volcán activo de alta peligrosidad y que solo puede ser monitoreado de noviembre a febrero, mientras dura la campaña antártica. De igual manera, podría comercializarse como estación autónoma de vigilancia volcánica en los volcanes activos del mundo, aspecto muy importante no resuelto en la actualidad.
Estos prototipos termoeléctricos, además, pueden servir también de base para otras aplicaciones industriales que se comentan en la memoria.
En este proyecto se pretende evaluar el potencial energético total de la zona volcánica implicada en las dos erupciones de los siglos XVIII y XIX en Lanzarote. En estudios anteriores se han identificado ya 11.700 m² de zonas térmicamente anómalas en Timanfaya, pero es necesario llevar a cabo un vuelo con infrarrojo térmico georreferenciado que permita delimitar la extensión total de la anomalía térmica.
El rendimiento unitario de los dispositivos termoeléctricos multiplicado por la extensión de la anomalía térmica en superficie, permitirá evaluar el potencial energético total de la zona. Los primeros cálculos indican un potencial superior a 150 MWe cuando la máxima potencia demanda en la isla es de 230 MWe. En términos de energía, los resultados previstos son todavía más impactantes, ya que la geotermia proporcionaría 24 horas al día de funcionamiento durante todo el año, lo que supondría una generación anual de energía eléctrica constante de 1.300 GWh. Teniendo en cuenta que la energía eléctrica consumida en toda la Comunidad Canaria en 2016 ha sido de 8.778 GWh, la aplicación de esta tecnología a gran escala supondría un aporte muy importante de energía renovable de origen geotérmico, siendo ésta la única de las renovables que garantiza un abastecimiento constante.
El desarrollo de este proyecto permitirá el análisis de rendimientos experimentales y costes detallados de esta nueva tecnología con el cálculo preciso del precio del kWh (LCOE, Levelised Cost of Energy) resultante, con el fin de compararlo con el de las otras renovables. A priori y tal como se describe en el apartado 2 de esta memoria, se prevé un coste cercano a los 5 céntimos de euro el kWh, por tanto dentro de los márgenes de la fotovoltaica o la eólica, con la ventaja añadida de su disponibilidad constante en el tiempo, sin estar sujeta a la variabilidad ambiental como ocurre en la eólica y la fotovoltaica.
Los resultados del proyecto serán replicables en otros territorios volcánicos con anomalías geotérmicas asociadas al volcanismo reciente, por lo que está previsto la generación de patentes relacionadas con la tecnología termoeléctrica: la aplicable a la geotermia superficial allí donde la hubiere, la construcción de estaciones autónomas para vigilancia de volcanes activos, así como la aplicación al aprovechamiento del calor residual de determinadas instalaciones industriales.