ES2896002T3 - Sistema geotérmico y procedimiento para la producción y el almacenamiento de energía en forma térmica - Google Patents

Sistema geotérmico y procedimiento para la producción y el almacenamiento de energía en forma térmica Download PDF

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Abstract

Sistema geotérmico de producción y almacenamiento de energía (100) que comprende un tramo de superficie (10) en el que la entalpía (H) de un fluido, transportado en una red de tuberías, se convierte en energía mecánica y/o calor, y que comprende un tramo subterráneo (20), dicho tramo subterráneo incluye al menos un pozo de inyección (22) con una tubería de revestimiento conectada a la red de tuberías del tramo de superficie (10) que se abre en una formación geológica subterránea permeable capaz de calentar un fluido inyectado en dicha formación geológica y/o de mantener una temperatura de dicho fluido inyectado, y que incluye al menos un pozo de producción (23) con una tubería de revestimiento conectada a la red de tuberías del tramo de superficie (10) que se abre en dicha formación geológica; el sistema se caracteriza en que: - el fluido es un fluido de trabajo orgánico (30) que tiene: una presión de licuefacción PL inferior a 106 Pa a una temperatura de 15°C, una densidad estrictamente inferior a 1 con respecto al agua en fase líquida en las mismas condiciones de presión y temperatura, y que es inmiscible con el agua; - la formación geológica subterránea determina una trampa natural (21), constituyendo un reservorio susceptible de contener, en rocas permeables y porosas (211), una cantidad requerida del fluido de trabajo (30), y de permitir la circulación de dicho fluido de trabajo en dichas rocas, por debajo de las capas suprayacentes (213) de dicha trampa, que están selladas para dicho fluido de trabajo en fase líquida, y por encima de un acuífero (212) asociado a dicha trampa, dichas rocas siendo mantenidas naturalmente a temperaturas superiores a 50°C por un flujo de calor proveniente de las rocas inferiores (214), de manera que se constituye un reservorio para almacenar energía en forma de entalpía de dicho fluido de trabajo; - el pozo o los pozos de inyección se abren en una parte inferior (21b) de la trampa (21) de manera que el fluido de trabajo (30) tiende a migrar en las rocas permeables y porosas (211) de la trampa (21) desde la parte inferior (21b) a una parte superior (21a) de dicha trampa, bajo el efecto de una fuerza de flotabilidad aplicada a dicho fluido de trabajo por el acuífero (212) y bajo el efecto de una convección térmica que se opone a una estratificación, en dichas rocas, de dicho fluido de trabajo sometido a un calentamiento en contacto con dichas rocas, siendo dichas rocas calentadas por el flujo de calor proveniente de rocas inferiores (214). - el tramo de superficie (10), el pozo o los pozos de inyección (22), la trampa (21) y el pozo o los pozos de producción (23) determinan un circuito cerrado para el fluido de trabajo (30) en el que dicho fluido de trabajo está confinado.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema geotérmico y procedimiento para la producción y el almacenamiento de energía en forma térmica SECTOR TÉCNICO
[0001] La invención pertenece al campo del almacenamiento y de la generación de energía.
[0002] La invención se refiere, en particular, a un sistema y a un procedimiento geotérmico de producción y gestión de un stock de energía en forma térmica que permite la puesta a disposición de un fluido de trabajo para la recuperación de esta energía almacenada.
[0003] En particular, en la invención, el almacenamiento de energía y el aumento de la entalpía de un fluido de trabajo se consiguen mediante formaciones geológicas profundas y permeables y aportes térmicos de la superficie.
[0004] Ventajosamente, la gestión de la energía almacenada se realiza para optimizar la generación de energía en un complejo de recursos energéticos intermitentes, como ciertas energías renovables, y o excedentes.
TÉCNICA ANTERIOR
[0005] En el ámbito de la producción de energía geotérmica, se conoce desde hace tiempo la explotación de los yacimientos de aguas termales, principalmente para la calefacción doméstica o industrial, y más recientemente para la generación de energía mecánica y eléctrica mediante ciclos combinados y máquinas termodinámicas.
[0006] Para la generación de energía mecánica y eléctrica, este tipo de explotación tiene generalmente una eficiencia global muy baja y está sujeta a las condiciones naturales de estos yacimientos, en particular cuando se requiere una limitación de las extracciones de energía geotérmica para evitar el enfriamiento rápido y el agotamiento del yacimiento.
[0007] Para la explotación de formaciones geotérmicas, también se conoce el hecho de inyectar agua u otro fluido caloportador desde la superficie a través de un pozo de inyección y de retomar esta agua o fluido a través de un pozo por bombeo para que el agua o el fluido siga un circuito continuo en el que se caliente en contacto con las rocas calientes y secas atravesadas. En estas soluciones convencionales, el fluido caloportador se inyecta a una temperatura baja, prácticamente a la temperatura ambiente en la superficie del suelo, y se recupera una vez calentada por el flujo de calor de las capas de roca inferiores.
[0008] Sin embargo, este método provoca un enfriamiento significativo de las rocas por donde circula el fluido caloportador, lo que requiere que el fluido permanezca en el subsuelo durante un periodo de tiempo suficientemente largo antes de poder recalentarse, normalmente de tres a cinco semanas, o incluso más, dependiendo de las condiciones geotérmicas locales.
[0009] En el ámbito de las profundidades explotables del subsuelo, es decir, las que permiten la posibilidad de una permanencia de la permeabilidad de las formaciones geológicas elegidas, este tipo de solución tiene una eficacia limitada por las velocidades de circulación del agua en las rocas, que limitan su flujo, y por las temperaturas requeridas, que sólo se alcanzan en el caso de sitios excepcionales.
[0010] Las rocas con suficiente permeabilidad para que fluyan los fluidos, se encuentran generalmente en capas someras.
[0011] Cuando se desea calentar un fluido caloportador en rocas con baja permeabilidad, por sus propias características o por la profundidad que crea una alta presión litoestática, la cual destruye la porosidad de la roca, generalmente se propone primero fracturar hidráulicamente las rocas para crear porosidad y caminos de circulación donde el fluido caloportador inyectado se pueda calentar en contacto con las rocas mientras está fluyendo desde el pozo de inyección hasta el pozo de bombeo. Dicho método se describe, por ejemplo, en la solicitud de patente WO 2013/169242 A1. Sin embargo, este método es complejo en su implementación y resulta controvertido por los riesgos ecológicos que conlleva.
[0012] Además, para superar el problema del enfriamiento excesivo de las rocas del yacimiento, esta solicitud de patente WO 2013/169242 A1 propone también crear, artificialmente mediante fracturación hidráulica, una pluralidad de subzonas de producción que producen una pluralidad de caminos de circulación y de intercambio de calor en los que se inyecta y extrae sucesivamente el fluido, para conseguir una generación continua de energía, asegurando que el fluido caloportador circule por uno o varios de estos drenajes artificiales sólo después de un tiempo de regeneración geotérmica suficientemente largo para que el fluido caloportador circulante alcance el valor deseado.
[0013] Por lo tanto, esta solución es compleja en su aplicación y costosa de implementar.
[0014] Así, la energía geotérmica aparece hoy como un recurso poco explotado a causa de las dificultades técnicas de aplicación y de los bajos rendimientos para la generación de energía mecánica y eléctrica, mientras que el recurso es inmenso si se tiene en cuenta el flujo de calor radiante producido por el núcleo terrestre y del que se obtiene un gradiente medio de 30°C por 1000m en la corteza terrestre
[0015] Además, la producción de energía geotérmica se gestiona generalmente como una fuente de energía en sí misma, complementaria a otras fuentes de energía, pero considerada como una fuente independiente.
[0016] Los documentos US 2010/043433 A 1 y US 2013/232973 A1 también divulgan sistemas para generar energía a partir de una fuente geotérmica.
PRESENTACIÓN DE LA INVENCIÓN
[0017] La presente invención ofrece una solución para generar y almacenar energía en forma térmica de manera sostenible y renovable para su uso en momentos seleccionados, por ejemplo, cuando otras fuentes de energía son deficientes o para satisfacer una demanda.
[0018] La invención se refiere a un sistema de generación y almacenamiento de energía en forma térmica que incluye un tramo de superficie en el que la entalpía (H) de un fluido transportado en una red de tuberías es convertido en energía mecánica y/o térmica, y que incluye un tramo subterráneo.
[0019] El tramo subterráneo incluye al menos un pozo de inyección con una tubería de revestimiento conectada a la red de tuberías del tramo de superficie y que se abre en una formación geológica subterránea permeable capaz de calentar un fluido inyectado en dicha formación geológica y/o de mantener una temperatura de dicho fluido inyectado, y comprende al menos un pozo de producción con una tubería de revestimiento conectada a la red de tuberías del tramo de superficie y que se abre en dicha formación geológica.
[0020] El sistema se caracteriza en que:
- el fluido es un fluido de trabajo orgánico, que tiene una presión de licuefacción PL inferior a 106 Pa a la temperatura de 15°C, que tiene en fase líquida una densidad estrictamente inferior a 1 con respecto al agua en las mismas condiciones de presión y temperatura, y que es inmiscible con el agua;
- la formación geológica subterránea determina una trampa natural, formando un reservorio capaz de contener en rocas permeables y porosas una cantidad planificada del fluido de trabajo, y que permite la circulación del fluido de trabajo en dichas rocas, bajo las capas suprayacentes a dicha trampa, impermeables para dicho fluido de trabajo en fase líquida, y por encima de un acuífero asociado a dicha trampa, manteniéndose las rocas permeables y porosas de forma natural a temperaturas iguales o superiores a 50°C por un flujo de calor, de origen geotérmico, proveniente de las rocas inferiores, de forma que constituye un reservorio de almacenamiento de energía en forma de la entalpía de dicho fluido de trabajo;
- el pozo o los pozos de inyección se abren en una parte inferior de la trampa, de modo que el fluido de trabajo tiende a migrar en las rocas permeables y porosas de la trampa desde la parte inferior hasta la parte superior de dicha trampa, en cuya parte superior se abren el pozo o los pozos de producción. El fluido de trabajo migra bajo el efecto de la fuerza de flotabilidad de Arquímedes generada sobre el fluido de trabajo por el acuífero y bajo el efecto de una convección térmica que se opone a una estratificación, en dichas rocas, del fluido de trabajo sometido a un calentamiento al contacto de dichas rocas recalentadas por el flujo de calor proveniente de las rocas inferiores; - el tramo de superficie, el/los pozos de inyección, la trampa y el/los pozos de producción determinan un circuito cerrado para el fluido de trabajo en el que dicho fluido de trabajo está confinado.
[0021] Mediante la selección de un sitio geológico en conformidad con la invención, así como mediante la selección de un fluido con características específicas, el sistema permite inducir un desplazamiento del fluido de trabajo inyectado en las rocas de la trampa, almacenar este fluido de trabajo durante un período de tiempo suficiente, para que aumente y/o se conserve su entalpía a través de las transferencias de calor al contacto de las rocas de la trampa, y se mantenga en la trampa una reserva de fluido de trabajo con una entalpía máxima extraíble en un momento requerido.
[0022] El fluido de trabajo se selecciona por el rendimiento de la conversión energética y termodinámica de su cambio de fase líquido/gas, y también como fluido caloportador, por su capacidad térmica másica, por tanto, su facultad a acumular energía térmica por aumento de temperatura.
[0023] La cantidad de fluido de trabajo que se puede extraer con el beneficio energético esperado es naturalmente una función de las capacidades de volumen de almacenamiento relacionadas con la estructura geológica de la trampa, la permeabilidad y la porosidad de las rocas en la trampa y, si es aplicable, el flujo de calor suministrado por las rocas profundas para regenerar la entalpía del fluido del almacenamiento. Este fluido se extrae de forma natural y con presión mediante un pozo de producción y, tras su valorización energética, se reinyecta en la trampa mediante un pozo de inyección.
[0024] En una forma de realización, el tramo de superficie incluye un dispositivo mezclador dispuesto en la red de tuberías para mezclar el agua en fase líquida con el fluido de trabajo antes de introducir la mezcla resultante en el, al menos uno, pozo de inyección. De esta forma la mezcla se densifica en el pozo de inyección, lo que facilita la inyección del fluido de trabajo menos denso que el agua, en la trampa.
[0025] En una forma de realización, el tramo de superficie incluye una bomba polifásica dispuesta en la red de tuberías entre el dispositivo mezclador y, al menos, un pozo de inyección para introducir la mezcla de agua en fase líquida con el fluido de trabajo en fase vapor en el pozo de inyección.
[0026] En una forma de realización, el tramo de superficie incluye un condensador dispuesto en la red de tuberías entre una máquina termodinámica para convertir la entalpía del fluido de trabajo en energía mecánica y el dispositivo mezclador. De este modo, se obtiene un fluido de trabajo en fase líquida, al menos, por una parte, cuando se mezcla con agua.
[0027] Para almacenar la energía disponible en la superficie, el tramo de superficie incluye un dispositivo de calefacción para calentar el fluido de trabajo en fase líquida y/o el agua a una temperatura igual o superior a 50°C, y preferiblemente superior a 70°C. El agua, cuando se calienta a una temperatura superior a la del fluido de trabajo y se introduce en el pozo de inyección con el fluido de trabajo, transfiere calor al fluido de trabajo con el que se mezcla y éste permite almacenar en la trampa, en forma de calor, la energía disponible en la superficie utilizada para calentar el fluido de trabajo.
[0028] El dispositivo de calentamiento del tramo de superficie puede ser suministrado con energía eléctrica transportada por una red de distribución y/o a través de la cogeneración de energía renovable de origen hidráulica, y/o de origen solar fotovoltaica, y/o de origen eólica.
[0029] El dispositivo de calentamiento del tramo de superficie puede ser suministrado con energía térmica por medio de la cogeneración de energía renovable de origen solar, y/o de origen geotérmica.
[0030] En una forma de realización, el tramo de superficie, el (los) pozo(s) de inyección y el (los) pozo(s) de producción están configurados para inyectar volúmenes de fluido de trabajo en la trampa y extraer volúmenes de fluido de trabajo de la trampa independientemente uno del otro, siendo que las diferencias de volumen entre los volúmenes inyectados y extraídos se compensan en cualquier momento por las variaciones en el nivel del acuífero en la trampa.
[0031] De este modo, se almacena un volumen tampón permanente en la trampa, por lo que la extracción de fluido de trabajo, para la explotación de su entalpía, no está vinculada al rellenado simultáneo de la trampa con el fluido de trabajo y no afecta substancialmente a la velocidad de migración del fluido de trabajo en las rocas de la trampa.
[0032] En una forma de ejecución, el fluido de trabajo es esencialmente un gas licuado de petróleo GLP que comprende una mezcla de propano y butano.
[0033] El GLP, que puede tener diferentes composiciones, tiene características favorables en la aplicación de fluido de trabajo de la invención, en particular la licuefacción para valores bajos de presión, 7x105 Pa (7 bar) a la temperatura de 15°C, una densidad con respecto al agua de entre 0,51 (para el propano) y 0,58 (para el butano), y una casi no miscibilidad con el agua. El GLP también es abundante, relativamente barato y se produce industrialmente.
[0034] En una forma de realización, el tramo de superficie incluye un evaporador en el que el fluido de trabajo extraído a presión del pozo o pozos de producción se vaporiza para accionar una máquina termodinámica. Ventajosamente, se utilizan turbinas u otras máquinas termodinámicas para convertir un máximo de la entalpía del fluido de trabajo en energía mecánica en un primer paso, y por ejemplo energía eléctrica en un segundo paso accionando alternadores u otros generadores de energía eléctrica.
[0035] En una forma de realización, el tramo de superficie incluye al menos un reactor para producir GLP a partir de otros hidrocarburos y/o materias orgánicas, y medios para transportar el GLP hacia al menos un pozo de inyección.
[0036] Así, es posible convertir hidrocarburos y residuos orgánicos en GLP para rellenar el sistema con fluido de trabajo, cuyo carbono se encuentra atrapado en la trampa geológica sin ser liberado a la atmósfera durante el funcionamiento del sistema. Este sistema de almacenamiento de energía térmica evita, por tanto, la liberación a la atmósfera del dióxido de carbono CO2 que, de otro modo, se habría producido por la combustión de los hidrocarburos almacenados o por la descomposición de los residuos orgánicos.
[0037] La invención también se refiere a un proceso de generación y almacenamiento de energía en forma térmica, mediante el sistema de la invención, en el que se inyecta un fluido de trabajo en capas geológicas del subsuelo en contacto con rocas calientes de las capas geológicas de la trampa.
[0038] A continuación, el proceso comprende una primera etapa de selección de un sitio de almacenamiento subterráneo y de un fluido en el que:
- el sitio de almacenamiento subterráneo se selecciona entre formaciones geológicas naturales que constituyen una trampa que comprende rocas porosas y permeables por debajo de capas superiores impermeables para el fluido de trabajo en fase líquida y que determinan, por encima de un acuífero de la trampa, un determinado volumen de confinamiento del fluido de trabajo, y en el que las rocas porosas y permeables se mantienen naturalmente a temperaturas iguales o superiores a 50°C por el flujo de calor proveniente de las rocas inferiores;
- el fluido de trabajo es un fluido orgánico, seleccionado entre los fluidos orgánicos en fase líquida en las condiciones de temperatura y presión de la trampa, de densidades estrictamente inferiores a la densidad del agua en las condiciones de temperatura y presión de la trampa, y que no son miscibles con el agua.
[0039] Este primer paso determina las condiciones óptimas para aplicar el procedimiento y determina las capacidades de un sistema para almacenar y generar energía de origen térmico.
[0040] En una forma de ejecución, el proceso comprende una etapa de generación y almacenamiento de energía en forma térmica que comprende:
- una fase de inyección de fluido de trabajo en una parte inferior de la trampa a través del (al menos uno) pozo de inyección;
- una fase de confinamiento en la trampa del fluido de trabajo inyectado, durante la cual el fluido de trabajo migra a una parte superior de la trampa y se almacena y se mantiene a temperatura en la trampa por encima del acuífero.
[0041] De este modo, se genera un volumen de fluido de alta entalpía que constituye un reservorio de energía almacenada en forma térmica utilizable en cualquier momento. El tiempo de retención en la trampa de este fluido se define según el modo de extracción y las características del lugar.
[0042] En una forma de ejecución, la fase de inyección comprende una etapa de suministro de energía en la que la energía disponible en la superficie se utiliza para calentar el fluido de trabajo en la fase líquida a una temperatura igual o superior a 50°C, preferiblemente superior a 70°C, antes de introducir dicho fluido de trabajo en un pozo de inyección.
[0043] En una forma de ejecución, la fase de inyección comprende una etapa de aporte energético en la que la energía disponible en la superficie se utiliza para calentar el agua en fase líquida hasta una temperatura de 50°C o preferiblemente superior a 70°C, antes de introducir el agua calentada en un pozo de inyección mezclado con el fluido de trabajo.
[0044] En esta última modalidad, se lleva a cabo primero una etapa de preparación del fluido de trabajo en la que el fluido de trabajo inyectado a través de un pozo de inyección es mezclado, antes de introducirlo en dicho pozo de inyección, con el agua caliente.
[0045] Así, dependiendo del modo o de los modos de ejecución empleados, el fluido de trabajo puede ser:
- licuado y luego recalentado para ser introducido solo y caliente en un pozo de inyección;
- licuado para ser mezclado, con o sin haber sido previamente recalentado, con el agua calentada para ser introducido en un pozo de inyección;
- mezclado en fase de vapor con el agua calentada en fase líquida antes de ser introducido en un pozo de inyección.
[0046] En todos los casos, se trata de proporcionar al fluido de trabajo, antes de su inyección en la trampa, una energía disponible en la superficie en forma de calor, que se almacenará ventajosamente en la trampa.
[0047] En una forma de ejecución, el proceso comprende una etapa de extracción en la que el fluido de trabajo caliente almacenado en la trampa se extrae de la parte superior de la trampa a través de, al menos, un pozo de producción y se suministra en fase líquida a las instalaciones del tramo de superficie.
[0048] El fluido así almacenado corresponde al fluido de trabajo con máxima energía térmica en la trampa.
[0049] En un modo de ejecución, el proceso comprende una etapa de conversión de energía para generar energía mecánica y energía térmica a partir de una entalpía (H) del fluido de trabajo suministrado a las instalaciones del tramo de superficie después de la etapa de extracción, y luego para reciclar el fluido de trabajo mediante la reinyección en una parte inferior de la trampa a través de, al menos, un pozo de inyección.
[0050] La cantidad de fluido de trabajo extraída se devuelve así en la trampa y su inyección en su parte inferior, alejada de la parte en la que el fluido se ha extraído, permite, teniendo en cuenta los tiempos de migración en las rocas, que el fluido acumulador térmico reinyectado sea, si es necesario, recalentado en la trampa, debido a su recorrido en la roca y a su tiempo de retención, antes de ser extraído de nuevo.
[0051] En una forma de ejecución, los pasos de extracción sucesivos se realizan a intervalos de tiempo cuya duración mínima se determina en función de un volumen máximo de fluido de trabajo extraído durante un paso de extracción y un tiempo medio de retención de una molécula de fluido de trabajo en la trampa. Según la eficacia de la recarga energética de la trampa, la extracción puede ser así continua o periódica dependiendo del caudal del fluido de trabajo extraído y reinyectado.
[0052] En una forma de ejecución, el fluido de trabajo se inyecta en la trampa con una temperatura substancialmente equivalente a la temperatura de las rocas de la trampa y el tiempo medio de retención se determina por el tiempo de migración de la molécula de fluido de trabajo entre la parte baja de la trampa en la que se inyecta y la parte alta de la que se extrae el fluido de trabajo. En este caso, el fluido de trabajo se mantiene almacenado a la temperatura requerida, que es también su temperatura de inyección en la trampa, y el tiempo de retención no depende de un tiempo de calentamiento al contacto con las rocas.
[0053] En una forma de ejecución, el fluido de trabajo se inyecta en la trampa con una temperatura inferior a la temperatura de las rocas de la trampa y el tiempo medio de retención se determina por el tiempo necesario para que la molécula de fluido de trabajo alcance el nivel de entalpía definido para su conversión energética tras su inyección o reinyección en la trampa y antes de su extracción de esta. En este caso, el tiempo de retención está también condicionado por la capacidad de la trampa a aportar el calor necesario para llevar el fluido de trabajo a la temperatura requerida.
[0054] En este último modo, se define un volumen máximo de fluido de trabajo extraído en una trampa durante un paso de extracción para que el tiempo de retención medio permita la regeneración de la entalpia de un volumen de fluido de trabajo reinyectado equivalente al volumen máximo extraído en una extracción.
PRESENTACIÓN DE LAS FIGURAS
[0055] La invención se describe con referencia a figuras que se dan como un ejemplo no limitante de una realización de la invención, y que muestran esquemáticamente:
- Figura 1: representación general de un ejemplo de sistema según la invención;
- Figura 2: diagrama de las principales etapas del proceso de la invención;
- Figura 3: visualización esquemática de los flujos de energía térmica durante la ejecución del proceso.
[0056] En las figuras, los gráficos de las distintas partes del sistema y sus componentes se han representado simbólicamente y no se han representado con la misma escala.
DESCRIPCIÓN DE UN MÉTODO DETALLADO DE REALIZACIÓN Y EJECUCIÓN DE LA INVENCIÓN
[0057] El sistema de la invención se basa en la combinación de tres características principales determinadas con precisión para obtener el resultado y las ventajas de la invención.
[0058] Estas tres características principales, detalladas en el ejemplo de aplicación aquí descrito, son:
- la presencia en un emplazamiento con una formación geológica que determina una trampa que caracteriza un volumen de almacenamiento;
- una profundidad de la trampa que determina la temperatura de origen geotérmico;
- la implementación del uso de un fluido caloportador y que se utiliza también como fluido de trabajo termodinámico.
[0059] La figura 1 ilustra de forma muy esquemática un ejemplo del sistema de almacenamiento y producción de energía 100 según la invención.
[0060] El sistema 100 incluye:
- un tramo de superficie 10
- un tramo subterráneo 20
[0061] El tramo de superficie 10 incluye un conjunto de equipos convencionales para la explotación energética del fluido de trabajo, en particular máquinas termodinámicas 11 para convertir el calor de la fuente caliente en energía mecánica, por ejemplo, para accionar un generador eléctrico 13, e intercambiadores 12 para enfriar un fluido de un circuito secundario, por ejemplo, para aplicaciones de condicionamiento de la temperatura.
[0062] El tramo de superficie 10 también comprende una red 14 de tuberías, bombas 14a y válvulas 14b, evaporadores 31 y condensadores 32, para asegurar la circulación del fluido de trabajo 30 utilizado como caloportador de la energía geotérmica y también implementado como fluido de trabajo para las máquinas termodinámicas 11, en un circuito "cerrado" como se entenderá del resto de la descripción, dicho fluido de trabajo extraído del tramo subterráneo 20 y reinyectado en dicho tramo subterráneo después de haber descargado la energía utilizada.
[0063] Si fuera necesario, el tramo de superficie comprenderá intercambiadores de calor, no mostrados, para la producción de frío utilizable a partir de la vaporización endotérmica del fluido de trabajo antes de las máquinas termodinámicas.
[0064] El tramo de superficie 10 también incluye un dispositivo generador de agua caliente 18, que ventajosamente comprende un tanque tampón. Dicho dispositivo generador de agua caliente está configurado para introducir de forma controlada agua caliente en la red de tuberías por la que circula el fluido de trabajo, antes de que dicho fluido de trabajo sea devuelto al tramo subterráneo 20.
[0065] El dispositivo de producción de agua caliente 18 se alimenta a su vez de energía mediante una o varias fuentes de energía 15, 16, cuyos ejemplos se presentan más adelante en la descripción.
[0066] Las máquinas termodinámicas son, por ejemplo, turbinas accionadas por el fluido de trabajo, que, una vez vaporizado, se expande en las etapas de la turbina, y luego, una vez turbinado, se retoma para ser recalentado de nuevo. Este tipo de máquina termodinámica es conocido por el experto, que determinará, según sus requerimientos, la máquina la más adecuada.
[0067] Como ejemplos no limitativos de categorías de máquinas termodinámicas, se conocen las que implementan el accionamiento de la turbina, directamente por el vapor resultante de una expansión del fluido, también conocido como "flash", las que implementan un ciclo de Rankine y las que implementan un ciclo de Stirling.
[0068] El tramo subterráneo 20 comprende principalmente una formación de almacenamiento geológico, que se denominará sintéticamente "trampa" 21, al menos un pozo de inyección 22 y al menos un pozo de producción 23.
[0069] La trampa 21 es una formación geológica natural seleccionada según criterios específicos para los fines de la invención
[0070] La trampa 21 es una formación geológica situada a una profundidad de unos 3000m, en la práctica entre 2000m y 4000m, desde la superficie del suelo.
[0071] Teniendo en cuenta el gradiente de temperatura en la corteza terrestre, la selección de tal profundidad permite obtener una temperatura de las rocas circundantes de más de 50°C, a menudo de más de 70°C, y en general del orden de 90 a 120°C. Las diferentes conductividades térmicas de las formaciones geológicas y los distintos espesores de la corteza terrestre hacen variar la transferencia del flujo de calor de la Tierra desde el núcleo hasta la superficie. Estas variaciones caracterizan las condiciones locales de temperatura y contribuyen en la práctica a la selección del emplazamiento.
[0072] Esta temperatura proporciona una energía térmica significativa al fluido de trabajo 30, cuya entalpía se utilizará durante la generación de energía, y mejora las eficiencias termodinámicas de las instalaciones del tramo de superficie 10. Una temperatura suficientemente alta, superior a 70°C, además de mejorar la eficiencia energética del sistema, inhibe el desarrollo de organismos vivos anaeróbicos que pueden causar la biodegradación de los hidrocarburos.
[0073] La selección de semejante profundidad es también favorable para obtener una porosidad y una permeabilidad adecuadas de las rocas 211 de la trampa 21.
[0074] En efecto, se sabe que a medida que aumenta la profundidad, la temperatura aumenta como se ha indicado, pero también la compactación de las rocas bajo el efecto de la carga litostática ejercida por las capas superiores.
[0075] las rocas excesivamente compactas no tienen una porosidad suficiente para garantizar el almacenamiento de líquidos, ni una permeabilidad suficiente para permitir la circulación de fluidos dentro de dichas rocas, en particular la circulación del agua que ocupa naturalmente las formaciones geológicas correspondientes, y la circulación del fluido de trabajo 30 que se inyectaría en ellas.
[0076] La trampa 21 está caracterizada en su límite más alto por capas geológicas suprayacentes 213, que forman una manta, cuya característica asegura la estanqueidad de la trampa y bloquea la migración hacia arriba de los fluidos almacenados en la trampa.
[0077] La trampa 21 también está asociada a un acuífero 212, cuyo nivel es capaz de variar en el interior de la trampa 21 bajo los efectos de los diferentes fluidos contenidos en la trampa y de sus presiones.
[0078] Se entenderá aquí que los conceptos utilizados son nociones relativas que caracterizan el entorno geológico en función de los efectos buscados. Por ejemplo, la estanqueidad de las capas suprayacentes de una trampa no suele ser perfecta, pero se considera impermeable por debajo de una permeabilidad máxima admisible.
[0079] El experto habrá comprendido aquí que las características esperadas de la trampa 21 se basan en conceptos conocidos en el campo de la exploración y explotación de petróleo.
[0080] El experto del sector también sabe que las formaciones geológicas están sujetas a grandes variaciones en sus características y que, aunque las seleccionadas para el sistema de la invención se encuentran con mayor frecuencia entre las profundidades de 2000m y 4000m, estos límites de profundidad no deben considerarse estrictamente. De hecho, las diferentes conductividades térmicas de las formaciones geológicas, así como los diferentes espesores de la corteza terrestre, modifican la transferencia del flujo de calor terrestre desde el núcleo hasta la superficie. Estas variaciones de temperatura caracterizarán las condiciones locales de temperatura y servirán para la selección del sitio. Además, las características de porosidad y permeabilidad dependen de la historia geológica del emplazamiento.
[0081] Se mantendrá en la práctica que, cualitativamente, la trampa del sistema de la invención:
- tiene una capa suprayacente suficientemente impermeable al fluido de trabajo 30;
- comprende rocas 211 cuya porosidad y permeabilidad permiten un volumen de almacenamiento requerido del fluido de trabajo y una circulación del fluido de trabajo y del agua del acuífero 212;
- está asociado a un acuífero 212 capaz de ocupar todo o parte de un volumen de la trampa 21;
- las rocas 211 en la trampa están a una temperatura de al menos 50°C para obtener la mínima entalpía requerida del fluido de trabajo, preferiblemente por encima de 70°C para inhibir el desarrollo de bacterias degradantes de hidrocarburos, y preferiblemente por encima de 90°C para mejorar la eficiencia energética, y son expuestas a un flujo de calor de las rocas profundas 214 suficiente para compensar la cantidad de calor que será extraída de las rocas 21 en la trampa durante la ejecución de la invención.
[0082] Estas diversas propiedades se acercan a las que se esperan de un yacimiento petrolífero para caracterizar el posible rendimiento de un pozo petrolífero.
[0083] Ventajosamente, un emplazamiento en estudio se cartografía para estimar la altura útil de la trampa geológica y estimar los posibles volúmenes de almacenamiento, con el fin de determinar su aptitud a satisfacer una necesidad identificada al presente, y también una necesidad futura que podría ser cubierta por posibles evoluciones del almacenamiento geotérmico y la adecuación del posicionamiento presente y futuro de los pozos de producción e inyección.
[0084] Cada uno del (los) pozo(s) de inyección 22 y el (los) pozo(s) de producción 23 tienen estructuras de perforación similares y convencionales, tal como se conoce en el campo de la exploración y explotación de petróleo.
[0085] En el caso general, como se ilustra en el detalle (a) de la figura 1, desde la superficie del suelo hasta el final del pozo, hay: una cabeza de pozo 221, zapatas de revestimiento 222, un revestimiento de inyección o de producción 223, empaquetaduras 224, un revestimiento corto de reservorio 225 y perforaciones 226 de dicho revestimiento corto. El pozo es, por tanto, un medio de comunicación de la superficie con el nivel de la trampa en el que desembocan las perforaciones 226.
[0086] En el sistema de la invención, el(los) pozo(s) de inyección 22 están ubicados para desembocar en la trampa 21 en una parte inferior 21b de dicha trampa, preferentemente alejada verticalmente de una parte superior 21a de dicha trampa, y el(los) pozo(s) de producción 23 está(n) ubicado(s) para desembocar en dicha parte superior, es decir, cerca de un tope de la estructura en domo de las capas geológicas superiores 213 de la trampa.
[0087] El fluido de trabajo 30 en el sistema de la invención también se selecciona entre los fluidos que tienen las siguientes características:
- el fluido de trabajo 30 puede ser mantenido en estado líquido en condiciones ordinarias de temperatura y a presiones moderadas, por ejemplo, de 5 a 10 veces la presión atmosférica a 15°C, también en las condiciones de presión y temperatura encontradas por dicho fluido de trabajo en el recorrido desde la inyección hasta la extracción en la trampa 21;
- el fluido de trabajo 30 es casi inmiscible con el agua en las condiciones de presión y temperatura de la trampa 21; - el fluido de trabajo 30 es menos denso que el agua, por supuesto el fluido de trabajo 30 también se elegirá por su calor específico que lo hace capaz de acumular térmicamente energía y restaurar la entalpía acumulada.
[0088] En la forma de realización preferida, el fluido de trabajo es un gas licuado de petróleo (GLP), una mezcla conocida que contiene principalmente propano C3H8 y butano C4H10.
[0089] El GLP, además de tener las características esperadas del fluido de trabajo de la invención, es un fluido abundante y relativamente económico. Se utiliza principalmente por su combustión exotérmica con el oxígeno del aire y es fácilmente transportable debido a su almacenamiento líquido con baja presión.
[0090] En condiciones de almacenamiento subterráneo este fluido orgánico puede ser susceptible a la contaminación y biodegradación por microorganismos, y se busca el almacenamiento a una temperatura superior a 70°C en la trampa donde se va a almacenar para protegerlo con la pasteurización de dicha contaminación y degradación.
[0091] El GLP tiene sensiblemente las siguientes características:
- presión de licuefacción a 15°C = 7 bar
- densidad en estado líquido a 15°C = entre 0,51 y 0,58 respecto al agua
- calor específico a 15°C = 13,9 kWh/kg
- calor latente de vaporización = 0,12 kWh/kg
- miscibilidad con el agua insignificante (< 0,05 g/I)
[0092] El sistema 100 es un sistema complejo que incluye numerosos equipos, cuyo control y seguimiento deben estar garantizados durante el funcionamiento de dicho sistema.
[0093] En la práctica, el sistema 100 comprende un dispositivo de supervisión, no mostrado, que recibe información de varios sensores de medición y de supervisión de parámetros físicos y controla los diversos equipos, por ejemplo, válvulas, bombas, producción de agua caliente, etc., para garantizar el funcionamiento previsto del sistema. No se describirá aquí ninguna implementación específica del dispositivo de supervisión, ya que sus principales funciones pueden deducirse fácilmente de la siguiente descripción de la implementación del sistema.
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA Y DEL PROCESO
[0094] Para generar energía con el sistema que acabamos de describir, el fluido de trabajo 30 pasa por tanto por un circuito cerrado.
[0095] Se entiende que el fluido de trabajo 30, GLP en el ejemplo considerado, o cualquier otro fluido orgánico de características similares, no se utiliza como combustible y no se libera, ni directa ni indirectamente, a la atmósfera. Dicho fluido de trabajo no recibe ninguna transformación química durante la ejecución del proceso, sino sólo modificaciones de sus características físicas, en particular: la presión, la temperatura y el cambio de fase.
[0096] En una primera etapa 510 se selecciona un sitio geológico 511 y se selecciona un fluido de trabajo 512 que cumpla con los criterios descritos anteriormente.
[0097] El emplazamiento geológico también se selecciona en función de sus potencialidades, en particular por el volumen disponible para almacenar el fluido de trabajo (principalmente en función de la porosidad de las rocas), por sus posibilidades de circulación del fluido en la trampa (principalmente en función de la permeabilidad de las rocas de la trampa), por sus aportes de energía geotérmica al fluido de trabajo, en función de un flujo de energía geotérmica proveniente de las rocas subyacentes y de los aportes caloríficos operados en la superficie. Se entiende aquí que los valores de porosidad y de permeabilidad deben ser considerados globalmente y como valores medios a escala de un sitio determinado, ya que estos valores pueden presentar variaciones significativas en una estructura geológica sin que necesariamente se cuestionan sus cualidades globales en la invención.
[0098] En este primer paso, se realizarán simulaciones basadas en los datos de los estudios o las exploraciones existentes de los sitios previstos, con el fin de determinar el rendimiento que se puede esperar, en última instancia en términos de potencia y de energía almacenada.
[0099] En una siguiente etapa, se implementa una etapa de almacenamiento de energía en forma térmica y una producción de energía geotérmica.
[0100] En una fase de inyección 521 de la etapa de almacenamiento 520, el fluido de trabajo 30, por ejemplo, el GLP, se lleva a, al menos, un pozo de inyección 22.
[0101] En la aplicación del almacenamiento de la energía disponible en la superficie, dicha energía se utiliza en una etapa de aporte de energía 522a, 522b para calentar el fluido de trabajo en fase líquida y/o el agua 18a mediante un dispositivo de calentamiento 18 del tramo de superficie 10.
[0102] A continuación, cuando el aporte de energía utiliza el calentamiento del agua, en una etapa de preparación 523 del fluido de trabajo antes de la inyección, dicho fluido de trabajo se mezcla con el agua calentada.
[0103] El fluido de trabajo, que está relativamente frío después de ceder su entalpía, o calentado a una temperatura inferior a la del agua, es en este caso calentado por el agua caliente 18a a su contacto al pasar por el pozo de inyección, cuya agua, previamente calentada, constituye una reserva del calor producido por las fuentes de energía externas 15, 16 y que aumentará la entalpía del fluido de trabajo.
[0104] Se entiende que dicho fluido de trabajo, del que se ha extraído energía en las turbinas, está, antes de ser introducido en el pozo de inyección 22, a una temperatura relativamente baja en comparación con la temperatura de las rocas de la trampa, típicamente cercana a la temperatura ambiente a nivel del suelo, por ejemplo, unos 20°C.
[0105] En una forma de ejecución, el fluido de trabajo se introduce en fase de vapor en el pozo de inyección. En este caso no se utiliza ningún condensador y el agua se introduce en fase líquida con el fluido de trabajo en fase de vapor, por ejemplo, mediante la bomba 14a que es ventajosamente en este caso una bomba multifásica.
[0106] Bajo la presión generada por la columna de agua en el pozo de inyección, el fluido de trabajo se licuará rápidamente en cuanto la presión local haya alcanzado la presión de licuefacción. En la práctica, por las características del fluido de trabajo, se alcanza una presión suficiente a unos 100 m por debajo de la boca del pozo 221, es decir, muy rápidamente en comparación con la profundidad del pozo, generalmente situada entre 2000 m y 4000 m.
[0107] En una forma de ejecución, el fluido de trabajo se introduce en fase líquida en el pozo de inyección. En este caso, el fluido de trabajo está licuado en el condensador 32 para su introducción en el pozo de inyección con o sin agua calentada.
[0108] En este último modo, el fluido de trabajo se condensa en el condensador 32, instalado en la red de tuberías entre una máquina termodinámica (11) para transformar la entalpía del fluido de trabajo en energía mecánica y el pozo de inyección (22).
[0109] En este caso, como el fluido de trabajo se introduce en fase líquida en el pozo de inyección, la relación entre la cantidad de fluido de trabajo y la cantidad de agua de la mezcla introducida en el pozo de inyección puede variar en grandes proporciones, que serán definidas por el experto en función de una optimización del sistema y de su funcionamiento, y, en un caso extremo, el fluido de trabajo puede ser introducido en el pozo de inyección solo, es decir, sin ser mezclado con agua.
[0110] En las diversas formas de ejecución descritas anteriormente, el fluido de trabajo cuando se inyecta en fase líquida puede ser recalentado por medio de la energía disponible en la superficie, para ser almacenado en la trampa, antes de ser introducido en el pozo de inyección e independientemente de un posible aporte posterior por una mezcla con agua caliente.
[0111] En cualquier método que se utilice para introducir el fluido de trabajo y el agua en el pozo de inyección, el agua calentada y el fluido de trabajo están en fase líquida en la porción del pozo de inyección 22 a profundidades de unos 100 m y entran en la trampa 21 a través del pozo de inyección 22.
[0112] También se observará en esta etapa del proceso que cuando se introduce agua en el pozo de inyección, esta agua participa en la inyección del fluido de trabajo generando una presión hidrostática que se opone a la presión presente en el acuífero 212.
[0113] De hecho, si el fluido de trabajo se inyectaba solo, por un lado, sería necesario utilizar bombas más potentes para superar la presión del acuífero, debido a que la densidad en la fase líquida del fluido de trabajo es sustancialmente menor que la del agua, para el GLP entre 0,5 y 0,6 con respecto al agua, y por otro lado dicho fluido de trabajo tendría que ser llevado y mantenido por bombas a una presión de licuefacción en el pozo de inyección.
[0114] En una forma de realización, el agua se calienta al menos a 90°C para acumular un máximo de energía a presión ambiente, pero permanecer por debajo de la temperatura de ebullición en las condiciones de presión atmosférica de la superficie del suelo.
[0115] Para la fase de inyección 521, el sistema debe ser cargado con fluido de trabajo, lo que puede lograrse en una fase inicial de llenado 529 en la que el fluido de trabajo es traído desde una fuente externa. Hay que tener en cuenta que esta carga puede ser parcial con respecto a la capacidad máxima de la trampa, ya que el sistema funciona con una carga parcial, aunque su rendimiento en términos de capacidad de almacenamiento de energía es, por supuesto, inferior al que tendría si el sistema se cargara con una mayor cantidad de fluido de trabajo, y completarse en una fecha posterior dependiendo, por ejemplo, de la disponibilidad de una fuente de producción de fluido de trabajo o de un cambio en la necesidad de capacidad de almacenamiento de energía y de producción de energía por parte del sistema.
[0116] En una fase ordinaria de funcionamiento del sistema 100, como se entenderá más adelante, el fluido de trabajo que ha sido extraído de la trampa es devuelto a la misma tras ceder una parte de su entalpía H en el tramo superficial 10.
[0117] Las variaciones en la cantidad de fluido de trabajo en la trampa como resultado de la operación del sistema o un cambio en la cantidad de fluido de trabajo utilizado no interfieren con la operación del sistema, el límite superior del acuífero 212 fluctúa como consecuencia del volumen ocupado en la trampa por dicho fluido de trabajo y asegura que el fluido de trabajo en fase líquida se acumula en la parte superior 21a de la trampa por efecto de la fuerza de flotabilidad debido a que la densidad de dicho fluido de trabajo es inferior a la del agua del acuífero 212.
[0118] En una fase de retención 524 de la etapa de almacenamiento 520, el fluido de trabajo inyectado en la trampa 21, calentado por el agua durante su recorrido en el pozo de inyección, se mantiene en las rocas 211, ya sea durante su migración desde un punto de inyección en la parte inferior 21b de la trampa hacia la parte superior 21a de dicha trampa bajo el efecto de la fuerza de flotabilidad, ya sea más o menos inmóvil en la parte superior 21a o sometido a movimientos de convección térmica.
[0119] En la práctica, la fase de retención consiste en mantener una molécula del fluido acumulador térmico (estadísticamente determinada) durante un periodo de tiempo determinado en las rocas 211 de la trampa, siendo dicho periodo de tiempo determinado un periodo de retención definido.
[0120] La temperatura del fluido de trabajo, al ser inyectado en la trampa, es el resultado de su temperatura superficial inicial, de la temperatura del agua caliente con la que se introduce en el pozo de inyección y del calentamiento producido por su circulación en el pozo de inyección. En el balance térmico de la etapa de inyección se asegurará que la temperatura del fluido de trabajo al ser inyectado en el pozo sea como máximo la temperatura de las rocas del pozo, ya que de lo contrario el fluido de trabajo perdería parte de su entalpía al entrar en contacto con dichas rocas.
[0121] Si la temperatura del fluido de trabajo cuando se inyecta en la trampa es sustancialmente la de la temperatura de las rocas en dicha trampa, dicho fluido de trabajo podrá conservar su entalpía mientras permanezca almacenado en la trampa.
[0122] Además, siempre que la temperatura de las rocas en la trampa sea superior a la temperatura a la que se inyecta el fluido de trabajo en dicha trampa, será posible aumentar la entalpía de dicha molécula hasta un valor deseado para su utilización por el tramo superficial. En este caso, el tiempo de retención tendrá en cuenta un tiempo de exposición al flujo geotérmico y una eficiencia de los intercambios de calor que son función del camino de migración, teniendo en cuenta las características propias de la trampa geológica, características que habrán sido determinadas por los análisis de los datos de registros y análisis realizados durante las exploraciones del sitio geológico, en particular para seleccionar dicho sitio geológico.
[0123] En la práctica, durante su migración y cuando el fluido acumulador térmico 30 está atrapado en las rocas, se calienta en contacto con dichas rocas calientes de la trampa o al menos se mantiene a su temperatura de inyección en dicha trampa, cuyas rocas están constantemente sometidas al flujo de calor procedente del núcleo terrestre, y difundido a través del manto y las rocas profundas 214.
[0124] El tiempo de recorrido de una molécula en las rocas de la trampa para que dicha molécula alcance las características previstas, según las condiciones de ubicación y temperatura, de su extracción por un pozo de producción, desde su inyección permite deducir un tiempo mínimo de retención en la trampa y determina las posibilidades de continuidad de la extracción que deberá ser interrumpida si es necesario para que el fluido de trabajo reinyectado pueda recuperar la entalpía requerida.
[0125] Conviene señalar que esta fase de retención permite que el fluido de trabajo alcance y/o mantenga una temperatura muy superior a la que se alcanza en los dispositivos de circulación continua en los que se extrae un fluido acumulador térmico sin almacenamiento. En particular, la temperatura requerida se alcanza más rápidamente que en los sistemas conocidos que inyectan un fluido caloportador relativamente frío, debido al calentamiento de dicho fluido de trabajo en contacto con el agua caliente del pozo de inyección, lo que evita un enfriamiento excesivo de las rocas de la trampa.
[0126] De hecho, se sabe por los sistemas convencionales de extracción de energía geotérmica que el calentamiento del fluido caloportador provoca un enfriamiento intensivo de las rocas en contacto con las cuales se calienta y que la regeneración térmica de estas rocas es lenta, debido a que el flujo de calor que llega a las rocas en cuestión es de sólo unas decenas de miliWatts. En tales condiciones, el fluido caloportador debe mantenerse en contacto con las rocas durante un periodo de tiempo relativamente largo, al menos de 20 a 30 días, antes de que pueda ser bombeado y explotado.
[0127] En la invención, según una forma de ejecución, la extracción del fluido de trabajo es periódica para garantizar que la entalpía del fluido de trabajo reinyectado se restablece durante su paso desde un pozo de inyección 22 a un pozo de producción 23 y el almacenamiento durante los períodos de interrupción de la extracción. Este método de operación es apropiado cuando se quiere que el fluido de trabajo se recargue en entalpía al pasar por la trampa.
[0128] En una forma de ejecución en la que el fluido de trabajo se inyecta a una temperatura suficiente para ser explotado sin elevar su temperatura, el fluido de trabajo puede ser extraído en cualquier momento sin limitación de tiempo de retención. En este caso, un caudal operativo del fluido de trabajo estará limitado por la capacidad de la trampa a permitir este caudal teniendo en cuenta sobre todo la permeabilidad de las rocas de la trampa.
[0129] En una etapa posterior de recuperación de energía 530, el fluido de trabajo 30 se extrae 531 a una temperatura determinada, con el fin de utilizar la energía térmica de dicho fluido de trabajo, habiendo sido almacenada en las rocas 211. En la práctica, el fluido de trabajo se extrae, sin bombeo, a través del o los pozos de producción 23, naturalmente bajo el efecto de la presión ejercida por el acuífero, para ser introducido caliente y con presión en la red 14 del tramo de superficie.
[0130] La etapa de extracción 531, que puede interrumpirse en cualquier momento, se detiene nominalmente cuando se ha procesado una cantidad máxima de fluido de trabajo, dicha cantidad máxima corresponde, en un régimen de equilibrio medio, al máximo a una cantidad de fluido de trabajo cuya entalpía H ha sido regenerada por el agua de superficie caliente introducida en el pozo de inyección y, en su caso, en contacto con las rocas de la trampa por la energía de origen geotérmico, durante la etapa de almacenamiento 520.
[0131] El fluido de trabajo 30 extraído de la trampa se utiliza entonces convencionalmente en el tramo de superficie 10 en una etapa de conversión de energía 532, por ejemplo, mediante vaporización y expansión en turbinas 11 para convertirlo en energía mecánica explotable.
[0132] El fluido de trabajo que ha cedido una parte de su entalpía H es dirigido, si es necesario en fase líquida después de ser condensado, para ser reciclado 540 a en un (o) pozo(s) de inyección 22 para su reinyección 521 para una nueva etapa de almacenamiento 520.
[0133] En el proceso que se acaba de describir, cabe señalar que la secuencia de pasos debe entenderse en un orden en el que los pasos se aplican a una molécula determinada del fluido de trabajo, cuyo circuito está simbolizado por la flecha circular de la figura 2.
[0134] Así, por ejemplo, es admisible que en el proceso se inyecten o se reinyecten moléculas y simultáneamente se produzcan otras moléculas del fluido de trabajo.
[0135] Específicamente para cada sitio de implementación de la invención, el intercambio de calor total se evaluará para cada molécula almacenada en la forma de un atributo genérico: el tiempo de retención. Un valor mínimo de tiempo de retención del fluido de almacenamiento en el sitio geotérmico toma en cuenta:
- los intervalos de tiempo entre las extracciones del fluido de trabajo;
- un rendimiento térmico resultante de la mezcla entre el fluido de trabajo almacenado y el reinyectado en la trampa; - una eficiencia del intercambio de calor durante la migración de la molécula de fluido reinyectada entre el punto de reinyección en la parte inferior de la trampa y la zona superior de su almacenamiento;
- el calentamiento del fluido caloportador por la fricción durante su transporte en las tuberías de los pozos de inyección y producción;
- el aporte de calor en superficie del agua caliente inyectada con el fluido de trabajo reinyectado.
[0136] Así, la energía recuperada en la superficie resulta de una optimización energética del proceso de elevación de la entalpía del fluido de trabajo en contacto con las rocas 211 de la trampa y de las contribuciones de otras fuentes de energía 15, 16 utilizadas para calentar el agua 18 cuyo calor se transmite al fluido de trabajo.
[0137] El sistema permite así producir y almacenar energía de origen geotérmico, pero también, mediante la producción de agua caliente en la superficie, almacenar energía de origen externa transmitiendo esta energía al fluido de trabajo en forma de calor antes de su inyección en la trampa.
[0138] La energía externa empleada para el calentamiento del agua es, por ejemplo, de origen solar térmico o geotérmico.
[0139] En otro modo de funcionamiento, que puede combinarse con el primero, la energía de origen externo es una energía cuya producción es difícil de regular o almacenar y que se produce en exceso de forma puntual. Esta situación se presenta en particular con la energía fotovoltaica 15, que está disponible sólo durante el día, con la energía eólica 16, que está disponible sólo cuando hay viento, con las centrales térmicas o nucleares, cuyas limitaciones de regulación no les permiten seguir las variaciones rápidas de la demanda. En estos casos, la energía, generalmente eléctrica, producida en un momento que no se corresponde con la demanda, se transforma en calor mediante una bomba de calor para calentar el agua que se inyectará para recalentar el fluido de trabajo y constituir un almacenamiento de energía que puede utilizarse en cualquier momento para adaptar la producción de energía utilizable a la demanda. Este mecanismo permite obtener un rendimiento energético compatible con una explotación industrial del almacenamiento, como se ilustrará en un ejemplo más adelante.
[0140] Este modo de funcionamiento también permite filtrar las imperfecciones de las frecuencias y tensiones eléctricas de los sistemas de producción de energía renovable, desconectando de las redes de distribución eléctrica la energía eléctrica producida por estos sistemas que, convertida en calor en el sistema de la invención, será producida a demanda por dispositivos convencionales del tipo turbina-generador produciendo una corriente limpia y fácilmente sincronizada en una red de distribución.
[0141] Por lo tanto, el sistema descrito anteriormente y su implementación tiene muchas ventajas sobre las soluciones geotérmicas convencionales.
[0142] En particular, permite:
- la valorización de antiguos sitios petroleros abandonados o al final de su vida útil, que a menudo presentan las características geológicas adaptadas a la invención y permiten su realización y su implementación, aprovechando el conocimiento relativamente preciso de la geología de la trampa y de las infraestructuras existentes;
- la producción de una energía renovable con impactos ecológicos y sobre la tierra minimizados e inferiores a otras soluciones conocidas de producción eléctrica utilizando las llamadas energías renovables de origen hidráulico, eólico o solar;
- el almacenamiento de energía, calorífica o convertible en calor, disponible en la superficie y restituible en forma eléctrica, la energía disponible en la superficie pudiendo ser producida por fuentes de energía cuyas capacidades de producción están desvinculadas de la demanda energética;
- la mejora de la calidad de la corriente eléctrica inyectada en una red gracias al uso de alternadores acoplados a turbinas cuya sincronización en la frecuencia y la tensión especificadas para la red es más sencilla que en el caso de las fuentes controladas electrónicamente, por ejemplo, la eólica o la fotovoltaica;
- la disponibilidad de grandes cantidades de energía almacenada que puede utilizarse con tiempos de reacción cortos, en particular más cortos que los de la energía eléctrica producida por una caldera industrial, por ejemplo, y sin depender de las condiciones meteorológicas aleatorias, como es el caso de la energía eólica o solar, cuyo desarrollo está actualmente limitado por los problemas de almacenamiento de la energía producida frente a la demanda energética y las limitadas posibilidades de regulación;
- la capacidad de complementar las demás fuentes de energía proporcionando la producción energética adicional que es esencial para compensar la falta de viento para la energía eólica, de sol para la energía solar e incluso de agua para la hidroelectricidad;
- De manera accesoria a la producción de energía, pero de gran importancia en el ámbito del medio ambiente, el almacenamiento estabiliza grandes cantidades de carbono que entran en la molécula del fluido de trabajo, este fluido ya no se liberará ni se quemará, sino que permanecerá secuestrado en el sistema.
[0143] En este caso, a pesar de este último efecto medioambiental, el fluido de trabajo orgánico como el GLP constituye una reserva estratégica de hidrocarburos que podría reutilizarse como combustible en caso de crisis grave, sin que la constitución de esta reserva represente una carga improductiva por crear y mantener, siendo en este sentido más ventajoso que el almacenamiento en cavidades salinas profundas u otras trampas "estáticas".
[0144] La invención presenta así numerosas ventajas que se encuentran: en la estabilidad del dispositivo que funciona en circuito cerrado, en el rendimiento de la extracción de la energía geotérmica profunda existente en las rocas en torno de los 3000 m de profundidad, en el difícil problema del almacenamiento de una energía producida de otra forma que no puede ser almacenada industrialmente en grandes cantidades, en la previsibilidad de la energía disponible y en la reactividad de la producción de energía.
[0145] La producción de energía de un sitio de producción depende naturalmente de la capacidad para almacenar el fluido de trabajo en la trampa y de otras características tales como el flujo de calor geotérmico. Una vez una trampa identificada y caracterizada, resulta ventajoso realizar simulaciones numéricas para predecir las capacidades de almacenamiento y de producción de energía que cabe esperar de la implantación del dispositivo en el sitio. Estas simulaciones aprovechan, al menos en parte, los resultados de los estudios de las instalaciones anteriores para perfeccionar los modelos. Las técnicas se derivan de los métodos utilizados en la industria de exploración y producción de petróleo y en los estudios geológicos en general.
[0146] En la práctica, la capacidad de energía de una trampa se considerará en relación con su capacidad para almacenar y mantener o llevar una cantidad determinada de fluido acumulador térmico a una temperatura de extracción requerida en un tiempo determinado, teniendo en cuenta la temperatura a la que se puede conseguir en el momento de su inyección en la trampa.
[0147] Ventajosamente, la trampa almacena una cantidad de fluido acumulador térmico varias veces superior a la cantidad extraída periódicamente para producir energía, de modo que el tiempo medio de recorrido de una molécula del fluido acumulador térmico en la trampa es igual a un múltiplo del tiempo medio entre las extracciones y se beneficia así de un tiempo ajustado para su migración en las rocas de la trampa y su calentamiento por energía geotérmica.
[0148] En una forma de realización, el tramo de superficie 10 incluye medios de cogeneración de energía renovable de superficie que operan alternativamente, en su caso en paralelo con la generación de energía a partir de la energía geotérmica, y/o que participan en el calentamiento del agua que se inyecta en el pozo a través del pozo de inyección.
[0149] Los medios de cogeneración de energía renovable de superficie son, por ejemplo, un sistema de generación de electricidad fotovoltaica 15 que explota la insolación local y o un sistema de generación de energía eólica 16, que pueden ser puestos en defecto por falta de insolación o por falta de viento, y en estos casos ser relevados o completados por un suministro de energía de origen geotérmico.
[0150] En el proceso de implementación, la producción de energía disponible en la superficie se compara con una demanda y, en caso de déficit, se realiza una producción de energía de origen geotérmico para cubrir el déficit. Este funcionamiento está gestionado, por supuesto, por el sistema de supervisión que anticipa la cantidad de energía que las diferentes fuentes de energía podrán producir a más o menos largo plazo, que anticipa la demanda en función de una red de distribución eléctrica, y que tiene en cuenta la inercia del sistema 100 para producir energía de origen geotérmico con el fin de anticipar una secuencia de arranque.
[0151] En una forma de realización, el tramo de superficie 10 comprende al menos un reactor 17 para producir GLP a partir de, por ejemplo, un biogás. El GLP producido se utiliza entonces para almacenar inicialmente una carga inicial de gas acumulador térmico 30 en el sistema 100, y para aumentar progresivamente esta carga hasta el máximo posible para constituir el almacenamiento de energía geotérmica máximo para un tramo subterráneo 20 determinado, y para almacenar un máximo de carbono para evitar su liberación a la atmósfera en forma de CO2.
EJEMPLO NUMÉRICO
[0152] El sistema y el procedimiento pueden adoptar diferentes formas y tamaños en función de las necesidades y de las condiciones geológicas encontradas.
[0153] El presente ejemplo numérico que muestra un caso imaginario de predimensionamiento de un sistema según la invención es simplemente una ilustración de las posibles ventajas aportadas por la invención y no es limitativo de la misma. El diagrama de la figura 3 muestra simbólicamente los flujos de energía a los que se somete una molécula del fluido de trabajo, cuya entalpía cambia durante la ejecución de la invención.
[0154] En este ejemplo, el fluido de trabajo elegido es un GLP, respecto al agua, considerado con una densidad Dlpg = 0,6 que se utiliza para almacenar, transportar y descargar energía.
[0155] Como se ha explicado anteriormente, el GLP tiene características termodinámicas adecuadas por sus temperaturas y presiones de cambio de fase líquido/gas, químicamente apropiadas por su estabilidad e inmiscibilidad con el agua, y económicamente convenientes por su bajo precio y abundancia.
[0156] En este ejemplo, la trampa es una formación teóricamente dimensionada con la forma de una cúpula semiesférica de 500 m de diámetro o 250 m de altura que encierra las rocas porosas y permeables de la trampa, de la cual un casquete superior 21a de 30 m de altura corresponde al volumen de almacenamiento potencialmente ocupado por el fluido de trabajo, el resto de la trampa comprende el acuífero en la parte inferior.
[0157] Con estas hipótesis, el volumen de roca terminado por la tapa superior 21a es de 680000 m3. También se supone una porosidad media de 10%, un valor de porosidad generalmente encontrado a una profundidad de 3 000 m en las formaciones geológicas consideradas con una temperatura de la roca de la trampa de unos 100 °C y un flujo geotérmico de 60 mW/m2.
[0158] La trampa es teóricamente capaz de almacenar 68 000 m3 de GLP, con la porosidad elegida del 10%, es decir, unas 40000 toneladas teniendo en cuenta la densidad del GLP.
[0159] Debido a la fuerza de flotabilidad ejercida sobre el GLP, más ligero que el agua del acuífero, el GLP se comprime en la trampa, lo que produce una presión de unos 130 bars en la cabeza del pozo.
[0160] En las condiciones de presión y temperatura de la trampa, la entalpía utilizable del GLP es de aproximadamente 0,14 kWh/kg.
[0161] Estas características físicas están en relación con el rendimiento operativo del sistema, que se caracteriza por: El tiempo de retención RT (expresado aquí en días):
[0162] RT es el tiempo necesario para que el GLP migre desde un pozo de inyección hasta un pozo de producción, o para que el GLP se regenere térmicamente desde su temperatura de inyección hasta la temperatura de equilibrio geotérmico en el almacenamiento subterráneo de la trampa. Se estima un valor de RT mediante la modelización del flujo de GLP en las rocas porosas y el intercambio de calor durante la fase de inyección y durante el periodo de almacenamiento del GLP.
[0163] En la práctica, cada sitio tendrá un tiempo de retención específico RT en función de las condiciones en las que el GLP inyectado en el acuífero por debajo de la zona de almacenamiento percola y migra a la zona de almacenamiento superior y de las características de la trampa.
[0164] El valor de RT depende del aporte de calor del agua caliente inyectada con el fluido de trabajo.
El caudal de Qlpg del pozo productor (expresado aquí en m3/h):
[0165] Qlpg es representativo de la productividad del yacimiento profundo y, por tanto, se determina teniendo en cuenta la permeabilidad de las rocas que deben atravesarse durante el ciclo de regeneración de entalpía del fluido de trabajo. La duración de la producción diaria de energía DP (expresada aquí en horas por día):
[0166] DP es un objetivo de producción que depende de las condiciones de explotación.
[0167] Mlpg, es la masa del almacenamiento de GLP necesaria para el funcionamiento del proceso (expresada aquí en toneladas):
Esta masa se determina mediante la fórmula Mlpg = Qlpg (m3/h) x Dlpg (kg/I) x DP (h/día) x RT (días), que con valores de Qlpg = 300 m3/h, Dlpg = 0,6 kg/I, DP = 8 h/día y RT = 7 días, conduce a una masa de 10080 toneladas de GLP [0168] Así, con las hipótesis conservadoras realizadas, la trampa considerada, con una capacidad de almacenamiento de 40 000 toneladas de GLP, permite un sistema de almacenamiento con cuatro pozos de producción a un ritmo de 300 m3/h o dos pozos a un ritmo de 600 m3/h.
[0169] Dichos caudales pueden lograrse sin mayores dificultades en formaciones de yacimientos con características de permeabilidad media utilizando un gas de trabajo como el GLP que es un gas licuado ligero y de baja viscosidad.
Balance energético:
[0170] La energía generada por el sistema resulta del cambio de fase del GLP caliente y presurizado extraído del reservorio.
[0171] Se produce principalmente una energía mecánica por medio de turbinas, la cual se convierte ventajosamente en energía eléctrica de manera convencional.
[0172] También es posible, y ventajoso, producir frío industrial mediante la recuperación del calor latente de vaporización sustraído del entorno exterior cuando el GLP pasa a la fase de vapor antes de ser turbinado.
La potencia entregada:
[0173] Basándose en la hipótesis de 0,14 kWh/kg de entalpía utilizable del GLP almacenado cuando se extrae de la trampa, un pozo de producción con un caudal natural de 300 m3/h tendrá una entalpía máxima de 25 MW, 50 MW para un caudal de 600 m3/h.
[0174] Suponiendo un rendimiento [energía eléctrica / energía térmica] del 20%, un pozo de producción de 300 m3/h en las condiciones geotérmicas mencionadas tendrá un potencial de producción eléctrica de 5 MW.
Refrigeración industrial:
[0175] La valorización energética de la vaporización endotérmica del GLP en la superficie permite la producción de frío con una absorción neta de energía de la atmósfera.
[0176] Esta producción de frío no está limitada por las condiciones meteorológicas externas. Se caracteriza por la ausencia de emisiones térmicas calientes al exterior, debido a la fase de licuefacción exotérmica del gas refrigerante, conservándose ventajosamente esta producción de calor en el GLP para su inyección en la trampa.
El balance energético del sistema 100:
[0177] El rendimiento energético efectivo global del sistema se examinará caso por caso en función de las características del sitio seleccionado que puedan influir significativamente en el rendimiento, y cuyos flujos se esquematizan en la figura 3 a la que se hace referencia.
Cuando una molécula del fluido de trabajo completa un ciclo en el proceso, dicha molécula recibe una energía A antes de ser inyectada en la trampa, lo que aumenta su entalpía.
Esta energía A es proporcionada por el agua calentada en la superficie, lo que puede lograrse por cualquier medio capaz de producir calor, en particular, pero no limitado a lo siguiente:
- energía eléctrica AE como la energía eléctrica excedente de una red de distribución, por ejemplo, energía de origen eólico o fotovoltaico;
- energía térmica de origen solar AT;
- energía térmica de origen geotérmico AG.
[0178] En función de las condiciones operativas, en particular las temperaturas a las que se inyecta el gas de trabajo en la trampa, las condiciones de temperatura y el tiempo de retención r T, la entalpía de la molécula se verá incrementada, en mayor o menor medida, por una energía de origen geotérmico G.
Durante su recorrido por el tramo de superficie, la molécula también recibirá una energía de proceso P, relacionada con el proceso implementado y resultante principalmente de la fricción en las tuberías por las que circula dicha molécula.
[0179] Finalmente, la molécula, cuya entalpía ha aumentado, libera la entalpía acumulada para producir energía E que es utilizada por una máquina termodinámica que acciona, por ejemplo, un generador de electricidad.
[0180] Sin tener en cuenta un calentamiento del fluido de trabajo en la trampa G (despreciado) y relacionado con el proceso P (despreciado), la energía almacenada corresponde a la energía A aportada por el agua caliente y/o el GLP introducido en el pozo de inyección. Este modelo corresponde a una aplicación para satisfacer una necesidad de almacenamiento.
La energía eléctrica AE a almacenar en forma térmica asegura el calentamiento del agua y/o del fluido de trabajo inyectado mediante una bomba de calor con una eficiencia energética de entre 3 y 4,5, cuya producción de frío F resultante puede ser recuperada. Teniendo en cuenta la eficiencia de conversión [energía eléctrica/energía térmica] de 0,2 cuando se utiliza el fluido de trabajo, se obtiene una eficiencia de almacenamiento [energía de entrada AE / energía de salida E] de entre 0,6 y 0,9.
Estas eficiencias son comparables, en términos económicos, a las de los acumuladores eléctricos más eficientes (del orden de 0,8 como máximo).
[0181] En la práctica, la eficiencia aparente del sistema de la invención puede ser mejorada por los aportes adicionales de energía térmica que participan en el calentamiento del fluido de trabajo (aporte geotérmico en la trampa G, aporte térmico solar AT, aporte geotérmico operado en la superficie AG).
También hay que tener en cuenta que la energía introducida en el sistema para calentar el agua que se va a inyectar no representa necesariamente un coste significativo en el balance económico. En efecto, la energía utilizada para calentar el agua es, al menos en algunas situaciones, una energía "perdida" en el sentido de que es una energía renovable que no se producirá por falta de necesidad, por ejemplo, una energía eólica que se detendrá o limitará por falta de demanda energética, o una energía que se produce pero que debe utilizarse de forma antieconómica, por ejemplo, una central térmica en sobreproducción cuya regulación no permite seguir con precisión la demanda.
[0182] Gracias a la invención, esta energía "no utilizada" se almacena eficazmente y puede ser restituida a la demanda en función de las necesidades, beneficiándose al mismo tiempo de una valorización geotérmica del sitio de almacenamiento y de producción operado.
[0183] La invención permite almacenar grandes cantidades de energía en forma térmica para restituirla en forma eléctrica que puede introducirse en una red de distribución en momentos seleccionados sin las limitaciones vinculadas a condiciones meteorológicas más o menos caprichosas.
[0184] Además, este resultado se obtiene mediante la explotación de sitios subterráneos naturales sin mayor impacto terrestre o ecológico.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Sistema geotérmico de producción y almacenamiento de energía (100) que comprende un tramo de superficie (10) en el que la entalpía (H) de un fluido, transportado en una red de tuberías, se convierte en energía mecánica y/o calor, y que comprende un tramo subterráneo (20), dicho tramo subterráneo incluye al menos un pozo de inyección (22) con una tubería de revestimiento conectada a la red de tuberías del tramo de superficie (10) que se abre en una formación geológica subterránea permeable capaz de calentar un fluido inyectado en dicha formación geológica y/o de mantener una temperatura de dicho fluido inyectado, y que incluye al menos un pozo de producción (23) con una tubería de revestimiento conectada a la red de tuberías del tramo de superficie (10) que se abre en dicha formación geológica; el sistema se caracteriza en que:
- el fluido es un fluido de trabajo orgánico (30) que tiene: una presión de licuefacción PL inferior a 106 Pa a una temperatura de 15°C, una densidad estrictamente inferior a 1 con respecto al agua en fase líquida en las mismas condiciones de presión y temperatura, y que es inmiscible con el agua;
- la formación geológica subterránea determina una trampa natural (21), constituyendo un reservorio susceptible de contener, en rocas permeables y porosas (211), una cantidad requerida del fluido de trabajo (30), y de permitir la circulación de dicho fluido de trabajo en dichas rocas, por debajo de las capas suprayacentes (213) de dicha trampa, que están selladas para dicho fluido de trabajo en fase líquida, y por encima de un acuífero (212) asociado a dicha trampa, dichas rocas siendo mantenidas naturalmente a temperaturas superiores a 50°C por un flujo de calor proveniente de las rocas inferiores (214), de manera que se constituye un reservorio para almacenar energía en forma de entalpía de dicho fluido de trabajo;
- el pozo o los pozos de inyección se abren en una parte inferior (21b) de la trampa (21) de manera que el fluido de trabajo (30) tiende a migrar en las rocas permeables y porosas (211) de la trampa (21) desde la parte inferior (21b) a una parte superior (21a) de dicha trampa, bajo el efecto de una fuerza de flotabilidad aplicada a dicho fluido de trabajo por el acuífero (212) y bajo el efecto de una convección térmica que se opone a una estratificación, en dichas rocas, de dicho fluido de trabajo sometido a un calentamiento en contacto con dichas rocas, siendo dichas rocas calentadas por el flujo de calor proveniente de rocas inferiores (214).
- el tramo de superficie (10), el pozo o los pozos de inyección (22), la trampa (21) y el pozo o los pozos de producción (23) determinan un circuito cerrado para el fluido de trabajo (30) en el que dicho fluido de trabajo está confinado.
2. Sistema (100) según la reivindicación 1, en el que el tramo de superficie (10) incluye un dispositivo de mezcla (19) instalado en la red de tuberías para mezclar el agua (18a) en fase líquida con el fluido de trabajo antes de introducir la mezcla resultante en el (al menos uno) pozo de inyección (22).
3. Sistema (100) de la reivindicación 2, en el que el tramo de superficie (10) incluye una bomba multifásica dispuesta en la red de tuberías entre el dispositivo de mezcla (19) y el (al menos uno) pozo de inyección (22) para introducir en el (al menos uno) pozo de inyección la mezcla del agua en fase líquida con el fluido de trabajo en fase líquida.
4. Sistema según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el tramo de superficie (10) incluye un condensador (32) instalado en la red de tuberías entre una máquina termodinámica de conversión de la entalpía del fluido de trabajo en energía mecánica y el pozo de inyección (22).
5. Sistema (100) según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el que el tramo de superficie (10) incluye un dispositivo de calentamiento (18) para calentar el fluido de trabajo en fase líquida y o agua (18a) a una temperatura superior o igual a 50°C, y preferiblemente superior a 70°C.
6. Sistema (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el tramo de superficie (10), el pozo o los pozos de inyección (22) y el pozo o los pozos de producción (23) están dispuestos para inyectar volúmenes de fluido de trabajo (30) en la trampa (21) y extraer volúmenes de dicho fluido de trabajo de dicha trampa de forma independiente entre unos y otros, compensándose las diferencias de volumen entre los volúmenes inyectados y extraídos por las variaciones del nivel del acuífero en la trampa.
7. Sistema (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el fluido de trabajo (30) es esencialmente un gas licuado de petróleo GLP que comprende una mezcla de propano y butano.
8. Sistema (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el tramo de superficie (10) incluye un evaporador (31) en el que el fluido de trabajo (30) extraído del pozo o pozos de producción (23) se vaporiza para accionar una máquina termodinámica (11).
9. Método (500) de producción y almacenamiento de energía en forma térmica, mediante un sistema (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado en que el mismo comprende una primera etapa (510) de selección de un sitio de almacenamiento subterráneo (511) y de un fluido acumulador (512), donde en una primera etapa de selección:
- el sitio de almacenamiento subterráneo (511) se selecciona entre las formaciones geológicas naturales que constituyen una trampa (21) que comprende rocas porosas y permeables por debajo de las capas suprayacentes (213) impermeables al fluido de trabajo (30) en fase líquida y que determinan, por encima de un acuífero (212) de dicha trampa, un volumen de confinamiento de dicho fluido de trabajo, y en el que dichas rocas porosas y permeables se mantienen naturalmente a temperaturas iguales o superiores a 50°C por el flujo de calor geotérmico proveniente de las rocas inferiores (214);
- el fluido de trabajo (30) es un fluido orgánico, seleccionado entre los fluidos orgánicos en fase líquida en las condiciones de temperatura y presión de la trampa (21), de densidades estrictamente inferiores a la densidad del agua en las condiciones de temperatura y presión de la trampa (21), y que son inmiscibles con el agua.
10. Método según la reivindicación 9 que comprende una etapa de producción y almacenamiento (520) de energía en forma térmica que comprende:
- una fase de inyección (521) de fluido de trabajo (30) en una parte inferior (21b) de la trampa (21) a través de, al menos, un pozo de inyección;
- una fase de confinamiento (524) en dicha trampa de dicho fluido de trabajo inyectado durante la cual el fluido de trabajo migra a una parte superior (21a) de la trampa, luego se almacena y se mantiene a temperatura en la trampa (21) por encima de dicho acuífero;
- una etapa de extracción (531) en la que el fluido de trabajo caliente (30) almacenado en la trampa (21) se extrae de la parte superior (21a) de dicha trampa a través de, al menos, un pozo de producción y se suministra en fase líquida a las instalaciones del tramo de superficie (10).
11. Método según la reivindicación 10, en el que la fase de inyección (521) comprende una etapa de suministro de energía (522a) en la que la energía disponible en la superficie se utiliza para calentar el fluido de trabajo en la fase líquida hasta una temperatura igual o superior a 50°C, preferiblemente superior a 70°C, antes de introducir dicho fluido de trabajo en un pozo de inyección (22).
12. Método según la reivindicación 10 o la reivindicación 11, en el que los sucesivos pasos de extracción (531) se realizan a intervalos de tiempo cuya duración mínima se determina en función de un volumen máximo de fluido de trabajo sacado en un paso de extracción y de un tiempo medio de retención de una molécula de fluido de trabajo en la trampa.
13. Método según la reivindicación 12, en el que el fluido de trabajo se inyecta en la trampa (21) con una temperatura sustancialmente igual a la de las rocas de dicha trampa y en el que el tiempo medio de retención se determina por el tiempo de migración de la molécula de fluido de trabajo entre la parte inferior (21b) de la trampa en la que se inyecta y la parte superior (21a) de la que se extrae.
14. Método según la reivindicación 12, en el que el fluido de trabajo se inyecta en la trampa (21) con una temperatura inferior a la de las rocas de dicha trampa y en el que el tiempo medio de retención se determina por un tiempo necesario para que dicha molécula de fluido de trabajo recupere una entalpía definida para su recuperación de energía tras su inyección o reinyección en la trampa (21) y antes de su extracción de dicha trampa.
15. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en el que un volumen máximo determinado de fluido de trabajo extraído de una trampa (21) durante una etapa de extracción se define para dicha trampa, de modo que el tiempo de retención medio permite la regeneración de la entalpía de un volumen de fluido de trabajo reinyectado equivalente al volumen máximo extraído durante una extracción.
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