Agua y Energía: Un binomio inseparable (aportación a la sostenibilidad)

ENERGÍA Y SOSTENIBILIDAD

Prof. Fernando López-Vera Catedrático de Geodinámica e Hidrogeologia. UAM

El origen: Dos fuentes de energía primarias - La radiación solar - El calor interno de la Tierra La fuerza de la gravedad.

Ingenios Hidráulicos históricos Marco Vitruvio 27-23 AC. De Architectura: Hidraulica

• Molinos • Batanes • Ferrerías • Bombas • Norias ………….

Conjunto de norias elevadora de agua del Rio Orontes. Hama. SIRIA

La visión de Soddy: (Soddy, 1877-1956. Premio Nobel en 1921 por su contribución a la teoría moderna de la estructura atómica) La entropía busca describir la dirección natural de los procesos físicos. Estos tienden desde lo ordenado a lo desordenado, de lo heterogéneo a lo homogéneo. La economía entrópica opuesta a la economía monetarista keynesianas. Enfoque entrópico del agua continental: - El valor entrópico del agua disminuye a medida que aumenta la

entropía. - Valor entrópico máximo en las nubes o alta montaña. Energía

potencial y baja mineralización. - Valor entrópico mínimo a nivel del mar, agua subterránea y muy

mineralizada. - En la degradación entrópica puede generar energía. - Inversión de estado aplicando energía externa

¿Cuál es el papel que desempeña el agua, en su dualidad, en la sociedad actual?

El agua productor de energía

Hidroelectricidad Energía clave en el proceso de industrialización del siglo XIX y gran expansión a comienzos del siglo XX al inventarse la corriente alterna.

Ventajas: Flexibilidad de generación Papel estratégico (reserva, centrales

reversibles) Resguardo de avenidas No produce residuos

Inconvenientes: Deslocalización de recursos de agua Sensibilidad climatológica Coste de oportunidad Afección a ecosistemas acuáticos

Máximo desarrollo en España entre los años 50-70, se instala el 55% de la potencia.

Minicentrales eléctricas: < 5MW

Agua: Recurso en la generación eléctrica en centrales termales y nucleares.

Balance de energía recibida de la radiación solar

Flujos de calor en el interior de la Tierra Origen: • Primigenio • Radiactivo

GEOTERMIA

Tipo Yacimiento

Rango de Temperatura

Uso Principal

MUY BAJA ENTALPÍA (Somera)

Subsuelo 5 ºC < T < 25 ºC

Climatización (con o sin agua) Aguas subterráneas

10 ºC < T< 22 ºC

BAJA ENTALPÍA

Aguas termales 22 ºC < T< 50 ºC Balnearios, Acuicultura

Zonas volcánicas

T < 100 ºC Calefacción de distrito

Almacenes sedimentarios profundos

MEDIA ENTALPÍA 100ºC <T< 150ºC Electricidad ciclos binarios

ALTA ENTALPÍA T > 150 ºC Electricidad

Sistema abierto de recirculación

Sistema ASET-A ( Almacenamiento Subterráneo de Energía Térmica en Acuíferos)

Principio de funcionamiento de la bomba de calor. COP

Yacimiento hidrotermal

Esquema de instalación de calefacción de distrito

Tendido de tuberías para sistema de calefacción de distrito en aceras

Primeros sondeos geotérmicos en Lardarello para generación de energía. (Italia) 1904

Primera central geotérmica de electricidad, 1904, Larderello. (Italia)

Central geotérmica eléctrica actual de Larderello. (Italia)

Condicionantes tecnológicos: Características termodinámicas del fluido Fases del fluido geotérmico Salinidad del fluido Elementos disueltos en el fluido

CURVA DE DEMANDA DEL SISTEMA

(Dimensionamiento)

heq = E / Pmax

heq = Horas equivalentes a la carga máxima

E = Energia termica suministrada por el S.G (kWth)

Pmax = Carga máxima(kWt)

Rango de temperaturas requeridas para distintos usos

Expectativas de desarrollo de la energías geotérmicas en España

Cabezal y tubería de inyección

NOX g/kwh

SO2 g/kwh

CO2 g/kwh

Carbón 2 4,7 996

Petróleo 1,8 5,5 760

Gas natural 1,3 0,1 551

Geotermia (Flash) 0 0,1 27

Geotermia (Ciclo binario y flash/binario)

0 0 0

Emisiones de gases

Usos del agua: consumidor de energía Cambio de cultura: Del agua rodada al agua impulsada

CANALES YCONDUCCIONESCANALES YCONDUCCIONES

GRANDES LONGITUD CAPACIDADCONDUCCIONES (m) (m3/s)

C. BAJO 58,10 4,00C. PARRA 23,70 3,00C. GUADALIX 3,70 4,00C. SANTILLANA 36,00 4,50C. VILLAR 16,70 8,00C. ALTO 56,00 6,00C. ESTE 13,70 3,20C. JARAMA 34,40 8,00C. ATAZAR 65,40 16,00C. PICADAS 49,20 3,80C. OESTE 30,70 3,00C. VELLON 6,70 8,00A. CINTU. SUR 21,50 6,00C. SORBE 9,30 8,00ART. MAJ.- RETAM. 14,00 6,00ART. PRIN. ESTE 17,10 6,00C. VALMAYOR 17,40 6,00TRAS. NAVAL.-NAVAC. 4,50 5,80TRAS. NIEVES 5,10 30,00TRAS. ACEÑA - JAROSA 10,20 10,00TRAS. S JUAN. - VALM. 32,00 6,00

TOTAL 525,40 155,30

ETAP 2002 2003 2004 2005 2006

TORRELAGUNA 43,68 30,47 62,7 48,97 29,91PINILLA 4,42 4,99 5,45 4,49 3,56COLMENAR 237,47 312,18 282,43 256,16 235,46BODONAL 27,1 39,57 28,36 38,65 26,46SANTILLANA 57,09 54,14 68,4 48,75 45,29MAJADAHONDA - 12,57VALMAYOR 141,99 127,89 121,29 145,55 137,51NAVACERRADA 3,97 13,49 12,02 5,99 9,27LA JAROSA 16,29 17,91 17,23 17,79 10,16LAS ROZAS DE PUERTO REAL 1,02 0,95 1,45 1,06 0,36LA ACEÑA 2,45 2,34 1,7 2,96 2,59

TOTAL 535,48 603,93 601,03 570,37 513,14

PRODUCCIÓN DE AGUA TRATADA (Hm3)

COLECTOR DE AGUAS PLUVIALES Y RESIDUALES

Estación depuradora de aguas residuales

Auto producción de electricidad

Equipamiento de un pozo de explotación

Coste de la energía en la desalación de agua del mar

Con objeto de ahorrar agua: Tecnificación del riego

Uso del agua en regadío: 2000- 80% 2009- 69% 2011- 63%

Una estrategia para la sostenibilidad del binomio agua-energía

EN RESUMEN

Agua y energía, constituyen los dos recurso básicos para nuestra supervivencia y desarrollo

Están estrechamente relacionados. El

agua puede producir energía, pero su utilización es una gran consumidora de la misma.

El desarrollo de nuestra sociedad demanda consumos crecientes de agua y de energía. La satisfacción de las demandas crecientes de agua a través de agua tecnológica, está supeditada a la disponibilidad de energía.

ESTRATEGIA DE SOSTENIBILIDAD 1.- Gestión simultanea del aprovechamiento del recurso agua y su potencial energético. 2.- Reducción de las actuaciones antrópicas que minoran el valor entrópico del agua.

3.- Mejora de los instrumentos de gestión del agua. Normativas. 4.- Aplicación de tecnologías energéticas más eficientes. 5.- Emparejamiento de fuentes de energía complementarias.

Por un futuro:

GRACIAS