Utilización geotérmica de la mina subterránea. El hueco minero como acumulador de calor

Abstract

En el marco del uso creciente de energías renovables en España y de experiencias pioneras que se están desarrollando en Asturias para el aprovechamiento geotérmico de aguas de mina, se propone aprovechar huecos de antiguas explotaciones mineras, que se convertirían en acumuladores de calor. Se diseña un sistema y se plantea su aplicación a un caso práctico, incluyendo los cálculos que prueban los beneficios técnicos, medioambientales e incluso económicos de la investigación y la validan. La propuesta es extensible a casos similares y presenta futuras líneas de investigación interesantes. El resultado final de la investigación, el objetivo general del Trabajo de Tesis, ha sido demostrar que se puede almacenar parte del calor residual de una central térmica en una mina abandonada para su aprovechamiento posterior, consiguiendo eliminar el impacto ambiental que dicho calor residual tendría sobre su entorno. Para ello se propone un sistema de utilización del calor residual de una central térmica similar a un aprovechamiento geotérmico de una mina abandonada, generando un sistema que podría considerarse geotermia artificial, pues el hueco acumula el calor que le transmite el agua del sistema de refrigeración de la central para posteriormente ceder ese calor al agua fría que se introduce en la mina. En realidad, la mina simplemente es un acumulador de calor que luego cede. Una vez analizadas distintas posibles zonas de aplicación de la investigación, se ha elegido el sistema formado por una central térmica de lecho fluido circulante (La Pereda, en Mieres, Asturias) situada casi encima de antiguas labores mineras del Pozo San Nicolás (en la Cuenca del Caudal asturiana) hacia el Este. El sistema acoplado central-mina es idóneo por distancia geográfica, ubicación, datos recopilados y disponibles, diseño y geometría de las labores de la mina y, finalmente, por las características técnicas de la central y por las diferentes actuaciones y tecnologías que ha aplicado ésta última para mejorar su proceso productivo medioambientalmente. Se ha desarrollado un modelo matemático que permite cuantificar los resultados en cuanto al aprovechamiento de energía del sistema, definiendo las variables y parámetros de entrada y proponiendo finalmente dos galerías de mina situadas en dos plantas distintas, a una cota media de 275 m. Supuesta una temperatura del macizo rocoso virgen de 20 ºC a esa profundidad, se ha definido un ciclo de 12 meses; en la primera fase (8 meses) se introduciría agua caliente procedente del circuito de refrigeración de la central en el hueco minero; en una segunda, de 4 meses, se introduciría agua fría tomada directamente del río. El sistema elimina parte del impacto ambiental térmico de la central asociado al calor residual que se envía a la atmósfera y además es compatible con el aprovechamiento geotérmico normal de minas abandonadas, pues podría aplicarse en zonas que, por profundidad y temperatura de macizo, no son a priori zonas adecuadas aprovechamiento geotérmico. Si el intercambio de calor se hiciese con un sistema externo, el coste lo haría inviable o poco competitivo, según la distancia de aplicación. Más aún, aunque a pequeña escala, los trabajos son a escala real y los resultados muestran que se pueden desarrollar sistemas con ventajas económicas y medioambientales no solo para una central térmica, sino también para otras instalaciones industriales capaces de generar un calor residual en forma del caudal de agua adecuado y a la temperatura necesaria de entrada al sistema. Aunque la propuesta sería una solución poco ventajosa para las centrales térmicas que producen mucho calor residual, resultaría interesante en instalaciones de pequeño tamaño que situadas en las proximidades o encima de labores abandonadas. La potencia térmica útil obtenida es significativa, a un precio competitivo y con un beneficio ambiental innegable, pues consigue reducir las emisiones en 100 t de CO2 o en 1300 t de CO2 al año, según se compare con sistemas de calefacción con gas natural o con energía eléctrica, respectivamente. Con esta propuesta se consigue almacenar y extraer suficiente energía calorífica aunque la temperatura del macizo rocoso sea relativamente baja (unos 20 ºC), lo que permite aplicar el sistema a una profundidad menor que un sistema geotérmico convencional, aportando valor añadido a minas cerradas o en proceso de cierre. A la vista de los resultados a pequeña escala, se podrían extrapolar a cualquier industria generadora de una pequeña cantidad de calor residual que en la actualidad no se aproveche y transferirlos a otras partes de España o del mundo, siempre que se encuentre el sistema adecuado hueco minero -central térmica.