La seguridad del suministro energético representa uno de los mayores desafíos en sistemas dominados por fuentes renovables dependientes del clima, especialmente la energía solar. En este contexto, la mayoría de los escenarios han destacado el valor de las configuraciones híbridas fotovoltaicas con baterías. Sin embargo, investigadores de la Universidad LUT proponen una solución innovadora: sistemas híbridos que combinan energía solar fotovoltaica con geotérmica, una alternativa que podría beneficiar significativamente a países con excelentes recursos solares.
El potencial geotérmico global redefinido
Este estudio trasciende la perspectiva tradicional que históricamente ha subvalorado la energía geotérmica como tecnología de nicho. Investigaciones recientes en regiones geológicamente favorables como Islandia, donde los abundantes recursos geotérmicos y el potencial de mineralización in situ posicionan al país como un centro prometedor para la eliminación de dióxido de carbono, refuerzan esta perspectiva.
Contra este telón de fondo, investigaciones detalladas de la Universidad LUT estiman el potencial geotérmico global, elevando esta fuente energética como el tercer recurso renovable más importante según conclusiones de expertos en recursos energéticos. Como fuente renovable firme, la energía geotérmica podría desempeñar un papel clave en la aceleración de la participación de las renovables en la combinación energética global.
Sistemas geotérmicos mejorados: un recurso sustancial
Los sistemas geotérmicos mejorados (EGS por sus siglas en inglés) se estiman capaces de ofrecer alrededor de 4600 GW a nivel global, con costos entre MX$187 (aprox. US$11.00)-50 (aproximadamente $11.50-58.00) por MWh. Este potencial global de EGS representa una contribución sustancial para satisfacer la creciente demanda de energía renovable y podría utilizarse beneficiosamente en un sistema energético completamente renovable.
Otro estudio reciente destaca que varios países alrededor del mundo pueden reducir sus costos del sistema en configuraciones 100% renovables mediante la inclusión de EGS. El papel de la energía geotérmica en la transición energética global se considera subexplorado, presentando oportunidades significativas para su desarrollo.
Solarización sin obstáculos: soluciones híbridas para el cinturón solar
La energía solar representa el recurso energético más ampliamente disponible en la Tierra y se proyecta que dominará las arquitecturas futuras de sistemas energéticos debido a su atractivo económico en rápida mejora. Dado que la energía solar depende del clima, las soluciones híbridas, como los sistemas combinados solar-geotérmico, podrían reducir el costo nivelado de electricidad y mejorar la flexibilidad general del sistema.
Regiones con doble ventaja
Las regiones o países del cinturón solar, donde las condiciones solares favorables coinciden con zonas geotérmicas calientes, podrían beneficiarse particularmente de los sistemas híbridos solar-geotérmico, como se observa en Guatemala, Honduras y Costa Rica.
Estos países logran costos nivelados de electricidad de MX$3,516 (aprox. US$206.80) MX$4,095 (aprox. US$240.90) y MX$4,582 (aprox. US$269.50) por MWh respectivamente, con contribuciones geotérmicas y solares que varían entre 68%/19%, 51%/24% y 34%/34%, destacando el papel reductor de costos de la energía solar fotovoltaica junto con la contribución dominante de la geotérmica.
La función de contención de costos de las energías renovables como la geotérmica es esencial durante períodos de baja insolación o si los costos de almacenamiento no disminuyen según lo esperado.
Requisitos de espacio y agua mínimos
Los requisitos de espacio y agua no limitarán los sistemas de multigeneración solar-geotérmico en Guatemala, Honduras y Costa Rica. La tierra necesaria para energía solar fotovoltaica y geotérmica es mínima:
- Guatemala: 0.2% para solar y 0.7% para geotérmica
- Honduras: 0.1% para solar y 0.2% para geotérmica
- Costa Rica: 0.4% para solar y 0.2% para geotérmica
Estas estimaciones se basan en 75 MW/km² para fotovoltaica y 7.5 km²/TWh para geotérmica, siendo las estimaciones fotovoltaicas conservadoras. El uso de agua por plantas geotérmicas (binarias y EGS) oscila entre 0.01-0.2 km³ en estos países, representando porcentajes mínimos de la precipitación anual de la región.
Defosilización impulsada por configuraciones híbridas
La cooperación regional fomenta la integración de energías renovables, maximizando los beneficios de la defosilización y permitiendo el uso efectivo de activos colectivos necesarios para desarrollar un sistema rentable y salvaguardar la seguridad del suministro, desafíos que podrían ser mayores bajo planificación nacional individual.
Dominio solar-geotérmico en Centroamérica
En toda Centroamérica, el suministro eléctrico está dominado por energía solar y geotérmica, contribuyendo respectivamente con 4-90% y 7-38% de la generación durante la transición. El costo nivelado del sistema en toda la región es de MX$374 (aprox. US$22.00)-21 por MWh con interconexión de red, aumentando ligeramente a MX$430 (aprox. US$25.30) por MWh sin ella.
Las configuraciones híbridas solar-geotérmico reducen los requisitos de almacenamiento en 51-60% y la reducción de generación en aproximadamente 76% con interconexión de red.
Flexibilidad del sistema energético
La flexibilidad fuente-sistema-servicio se logra mediante energía geotérmica firme y flexible, procesos de poder-a-X (PtX) y acoplamiento sectorial. La geotérmica mejora la diversidad del suministro energético, mientras que las soluciones híbridas solar-geotérmico mejoran la flexibilidad del sistema en configuraciones altamente renovables.
La flexibilidad de servicio se entrega mediante acoplamiento sectorial y tecnologías PtX como bombas de calor, vehículos eléctricos y electrolizadores, permitiendo la producción de e-hidrógeno, e-metano y e-combustibles para aplicaciones donde la sustitución directa de combustible es desafiante.
Islandia: geología favorable para eliminación de CO₂
Islandia posee una abundancia excepcional de energía geotérmica, con un potencial máximo de 325 GW, que disminuye a 1.1 GW cuando se aplican criterios de sostenibilidad. El potencial para extracción de calor geotérmico supera los 720 PWh/año, mientras que el potencial sostenible disminuye a 2.4 PWh/año.
Investigación de escenarios múltiples
Basándose en esta base de recursos, investigaciones recientes de la Universidad LUT exploraron 28 escenarios con disponibilidad geotérmica variable para evaluar impactos en los sistemas de generación eléctrica y térmica de Islandia, así como en el despliegue de eliminación de dióxido de carbono bajo diferentes objetivos climáticos.
El calor geotérmico es el principal habilitador para la captura directa de aire, permitiendo servicios de eliminación de CO₂ competitivos en costos a aproximadamente MX$935 (aprox. US$55.00) por tonelada, mientras que la geotérmica combinada con plantas de calor y energía proporciona calor y electricidad de carga base despachable, asegurando suministro energético óptimo en costos y confiable.
Limitaciones y complementariedad
Sin embargo, la energía geotérmica por sí sola no puede sostener despliegues de eliminación de CO₂ a muy gran escala. Los escenarios con mayor participación eléctrica geotérmica aumentan ligeramente los precios de electricidad, conduciendo a costos nivelados de eliminación de CO₂ marginalmente más altos, particularmente en los casos de transición 2050.
Para asegurar un suministro estable de la gran demanda de electricidad de carga base, la energía solar fotovoltaica juega un papel vital en contrarrestar la estacionalidad de la energía eólica en Islandia. Aunque la disponibilidad de recursos geotérmicos no es un factor limitante, el análisis identifica restricciones de fuerza laboral, más que suministro energético, como el principal cuello de botella, limitando el despliegue factible de eliminación de CO₂ a alrededor de 1 GtCO₂/año.
Conclusión y perspectivas futuras
La expansión a gran escala de eliminación de CO₂ requiere energías renovables complementarias, incluyendo energía eólica terrestre, solar fotovoltaica y energía de olas, posicionando la geotérmica como un pilar crítico pero no exclusivo de la estrategia de eliminación de CO₂ a largo plazo de Islandia.
El análisis de sistemas de multigeneración liderados por solar-geotérmico debería explorarse para más países y regiones donde coincidan recursos solares y geotérmicos de alta calidad, para optimizar tanto el suministro de calor como de electricidad.
