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Aprovechamiento geotérmico somero del acuífero aluvial urbanode Zaragoza: primeros resultados

Geothermic use of the urban alluvial aquifer of Zaragoza: first results

Eduardo Garrido (1), José Angel Sánchez Navarro (2) y Pablo Coloma (3)

(1) Instituto Geológico y Minero de España. Oficina de Proyectos de Zaragoza. Manuel Lasala 44, 9ºB 50006, Zaragoza. egarrido@igme.es(2) Universidad de Zaragoza. Dpto. Ciencias de la Tierra (Hidrogeología) Pedro Cerbuna, 12 50009 Zaragoza. joseange@unizar.es(3) Confederación Hidrográfica del Ebro. Paseo Sagasta 24-26, 50071 Zaragoza. pcoloma@chebro.es

ABSTRACT

The use of the groundwater geothermal energy of the alluvial Ebro river aquifer constitutes a growingpractice the city of Zaragoza. More than 150 wells are involved in the biggest nucleus of exploitation inSpain for its density and installed power. The carried out studies have characterize the uses and let to drawa thermal map of the aquifer showing the effect generated by the return of hotter water after a refrigerationprocesses. To prevent geologic and water catchment impacts in the city it is required to adopt technicaland normative measures of support to the administration.

Key words: Groundwater, geothermal energy, urban, temperature, impact.

Geogaceta, 49 (2010), 115-118 Fecha de recepción: 15 de julio de 2010ISSN: 2173-6545 Fecha de revisión: 3 de noviembre de 2010

Fecha de aceptación: 26 de noviembre de 2010

Introducción

La explotación de recursosgeotérmicos de muy baja entalpía, apenassimbólica en España hasta fechas recien-tes, comienza a ser una realidad tangiblegracias sobre todo a la progresiva intro-ducción de las bombas de calor y al im-pulso que supone la Directiva 2009/28/CE relativa al fomento de Energías Reno-vables.

Los recursos geotérmicos de muybaja entalpía aprovechan la energía alma-cenada en el subsuelo a menos de 250 mde profundidad, incluida la provenientede las aguas subterráneas, cuya tempera-tura es inferior a 30 ºC. La explotaciónmás habitual de estos recursos es median-te sistemas cerrados provistos degeocaptadores enterrados varias decenasde metros y dispuestos horizontal o verti-calmente. La principal utilización a nivelmundial es para calefacción.

En la ciudad de Zaragoza debido a ladisponibilidad de agua subterránea, elaprovechamiento se realiza mediantesistemas abiertos por lo que se captaagua del acuífero a una determinadatemperatura que es transferida a unintercambiador térmico para su aprove-chamiento. El clima continental de Zara-goza hace que el aprovechamientogeotérmico sea principalmente para re-

frigeración y un tercio de sistemas paracalefacción. El agua captada, se devuel-ve al acuífero por medio de un segundopozo aguas abajo del flujo subterráneo.En verano el agua se devuelve más ca-liente al acuífero, mientras que en invier-no se devuelve más fría (elintercambiador extrae calor del aguasubterránea).

Zaragoza es en España una ciudadpionera y ejemplo de cómo el aprovecha-miento geotérmico se ha ido introducien-do en los últimos 25 años de forma total-mente ajena a cualquier proceso de plani-ficación urbana o de estrategia energéticagracias a la iniciativa pública y privada,aunque, en cierto modo, enmascaradocomo si fuese un uso industrial de las

Fig. 1.-Aprovechamientos geotérmicos con bomba de calor en Zaragoza.

Fig. 1.-Number of geothermal systems with ground source heat pump in Zaragoza.

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aguas subterráneas. Datos recientes de laPlataforma Tecnológica Española deGeotermia (GEOPLAT, 2010) elevan lapotencia total instalada en España conbombas de calor a 60-80 MW, sin apenashaber tenido en cuenta que de la resulta-dos preliminares del estudio que aquí seexpone, la aportación de la explotacióntan solo en Zaragoza superaría los 30MW instalados. En la figura 1 se muestrala evolución temporal del número deaprovechamientos existentes en Zarago-za.

Metodología

Se exponen los resultados prelimina-res de un estudio realizado por el Institu-to Geológico y Minero de España(IGME) y la Confederación Hidrográficadel Ebro (CHE) para abordar una meto-dología que evalúe el impacto del apro-vechamiento geotérmico del acuífero ur-bano de Zaragoza. Hasta la fecha se haprocedido a la supervisión, catalogaciónde usos y valoración de la explotación enmás de 250 puntos de agua que explotanel acuífero urbano. Como resultado sehan contabilizado cerca de 150 pozosinvolucrados en la explotación de recur-sos geotérmicos, se ha caracterizado laconductividad eléctrica y temperatura delagua subterránea en 120 puntos y se han

realizados 60 registros verticales en otrostantos pozos con los que determinar lavariación de estos parámetros en elacuífero.

Se ha abordado un catálogo de aprove-chamientos geotérmicos que cuenta actual-mente con 60 registros donde se detallanaspectos relativos a los pozos, al proceso declimatización, vertido, temperaturas y sal-tos térmicos, así como otros referentes a dis-tancias entre aprovechamientos.

Características del acuífero aluvialurbano de Zaragoza

La ciudad de Zaragoza se asienta so-bre dos importantes unidades acuíferas omasas de agua subterránea según la ter-minología de la Directiva Marco delAgua (Directiva 2000/60/CE, de 23 deoctubre de 2000): el aluvial del Ebro en eltramo comprendido entre la desemboca-dura del río Jalón y la localidad de Gelsa,y el aluvial del río Gállego. Ambas masasde agua subterránea son de naturalezadetrítica, por tanto con porosidadintergranular, ligadas a las formacionesde terrazas fluviales y glacis que la diná-mica de los ríos Ebro y Gállego han gene-rado.

Las características hidrogeológicasde estos acuíferos aluviales son en térmi-

nos generales bien conocidas, tanto sugeometría como las propiedades hidráuli-cas de los materiales, piezometría y flujosde agua subterránea, (Sahuquillo et al.,1976); también los problemas de conta-minación, especialmente los de tipo in-dustrial (Bielza et al., 1994). Más recien-temente, los requerimientos de la aplica-ción de la Directiva Marco Europea delAgua han llevado a una actualización delconocimiento hidrogeológico de estosacuíferos aluviales (Arce et al., 2004;IGME-MOPU, 2005, Garrido et al.2006). En relación con la ciudad de Za-ragoza, esta actualización aparece reco-gida en el libro de Moreno et al. (2008).

Son precisamente estos últimos tra-bajos los que claramente muestran laconveniencia de definir un acuíferoaluvial dentro del entorno urbano de Za-ragoza, ya que por sus característicashidrogeológicas singulares y por la pro-blemática que con las aguas del subsuelose generan (contaminación de suelos,acuíferos colgados…) requiere de unametodología de trabajo esencialmentedistinta que la del resto del acuífero. Elaprovechamiento geotérmico de esteacuífero, producido exclusivamente en elentorno urbano, es otra de las circunstan-cias que hacen conveniente la definiciónde un acuífero aluvial urbano de Zarago-za.

Fig. 2.-Mapa de isoter-mas del acuífero aluvial

urbano de Zaragoza(julio de 2009).

Fig. 2.-Isotherms map ofthe urban alluvial

aquifer of Zaragoza(July 2009).

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Aprovechamiento geotérmico somero del acuífero aluvial urbano de Zaragoza: primeros resultados

El acuífero aluvial se desarrolla sobreun conjunto de terrazas de las que se handefinido hasta 8 niveles, si bien, resultasuficiente su agrupamiento en tres gran-des grupos de terrazas (altas, medias ybajas) tal y como ya se hizo en el estudiode Sahuquillo et al. (1976). Son precisa-mente las terrazas bajas y medias (5 delos 8 niveles citados) las que mayor rele-vancia tienen en el casco urbano de Zara-goza. Destacar la importancia del CanalImperial de Aragón, ya que además de serun límite hidráulico activo, aporta aguapara riego cuyos excedentes son la prin-cipal recarga del acuífero.

El acuífero aluvial tiene notablesvariaciones de espesor, hecho relacio-nado con la activa karstificación que seproduce en el sustrato evaporítico(Sánchez Navarro et al., 2004), desta-cando grosso modo dos grandes surcosrellenos por más de 40 m de sedimento,uno en la parte sur de la ciudad y otro alo largo del río Gállego. El río Ebro tie-ne su cauce sobre un delgado rellenocuaternario de menos de 20 m de poten-cia, que presenta frecuentes irregulari-dades locales que dan como resultado laexistencia de zonas con espesores demenos de 5 m, junto a pequeños surcosde más de 50 m.

Los parámetros hidrogeológicos delacuífero aluvial son notablemente eleva-dos, siendo frecuentes valores detransmisividad de 2500-3000 m2/día (ex-

cepcionalmente se han medido valores demás de 20000 m2/día).

En cuanto a la caracterización del flujosubterráneo, se dispone de mapas deisopiezas representativas del flujo generaldesde el trabajo de Sahuquillo et al.(1976), si bien es con recientes trabajos deGarrido et al. (2006) cuando se ha podidoavanzar significativamente en el conoci-miento de la dirección y sentido del flujosubterráneo.

Aprovechamiento geotérmico delacuífero urbano

Se han contabilizado cerca de 60aprovechamientos geotérmicos en laciudad, de los que 40 están actualmenteactivos, ver Tabla I. La utilización prin-cipal es la de refrigeración de edificiospúblicos, hospitales, centros comercia-les, de ocio u hoteles, pero también parageneración de frío industrial en cáma-ras frigoríficas y climatización de pis-cinas. Entre el 25-50% de las instalacio-nes se utilizan también para generar ca-lor durante el invierno.

Las causas de este gran desarrollo re-ciente son diversas, como la gran ventajaque ofrece este recurso renovable frente aotros sistemas tradicionales de climatiza-ción en aspectos de salubridad e higiene(previene del riesgo de aparición de labacteria Legionella pneumophilla), peroante todo por el menor coste económico

Tabla I.-Aprovechamientos geotérmicos actualmente en funcionamiento (enero de 2010). Existen otros 20 aprovechamientos en realización opendientes de puesta en funcionamiento.

Table I.-Geothermal exploitations currently in operation (June 2010). There are 20 other exploitations under construction or outstanding work.

de la explotación ya que la cesión o ex-tracción de calor se hace a un medio (aguasubterránea) que tiene variaciones detemperatura notablemente inferiores a lasdel aire atmosférico, requisito necesariopara un buen rendimiento.

En total existen 86 captacionesgeotérmicas y 58 pozos de vertido todosellos con profundidades comprendidasentre 5 y 65 m de profundidad. Cadaaprovechamiento cuenta entre 1 y 4 po-zos de explotación y otros tantos de verti-do, dependiendo de la demanda de cau-dal.

En el 90% de los sistemas la explo-tación se considera no consuntiva pues-to que el vertido se realiza en el mismoacuífero mientras que en el 10% restan-te se canaliza a la red municipal de sa-neamiento. La demanda urbana de aguacon fines energéticos en 2009, se elevaa 14,7 hm3 de los que únicamente sonconsumidos de manera efectiva 0,5hm3.

Efectos de los aprovechamientosgeotérmicos

Los aprovechamientos geotérmicosen Zaragoza apenas tienen incidenciasobre los recursos h ídr icos de lacu í fe ro ya que apenas sonconsuntivos; por el contrario, si tienenun notable efecto térmico, ya que alpredominar su uso como refrigeración

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es habitual reintroducir el agua a unatemperatura notablemente más eleva-da. En la Tabla I puede verse que lossaltos térmicos llegan a ser superio-res a 10 ºC (temperatura de vertidode 25 a 35º C).

Con las mediciones realizadas en elcontacto con el nivel de saturación enpiezómetros y sondeos de captación, seha podido rea l iza r e l mapa deisotermas del acuífero aluvial, ver fi-gura 2. En él puede observarse un no-table incremento de la temperatura delagua en las zonas de mayor aprovecha-miento, fruto de fenómenos tanto deautointerferencia (el pozo de captaciónestá afectado por su propio vertido tér-mico), como de interferencia entreaprovechamientos. En general el aguadel acuífero tiene una temperatura deentre 15-18º, mientras que en las zonasde explotación se superan los 22-25ºC:El incremento normal de temperaturaobservado en otras ciudades (Fergusony Woodbury, 2007) puede cifrarse en unmáximo de 5º como producto de unefecto isla de calor, ya que debe consi-derarse el efecto térmico del casco ur-bano, sótanos y filtraciones de redes dedistribución. Un incremento superior a5ºC es sin duda un impacto térmico delos vertidos geotérmicos Es tambiéndestacable el efecto que las aguas delrío Ebro tienen en las captaciones situa-das en sus proximidades, donde el aguacaptada tiene la temperatura de lasaguas del río (22ºC en julio).

Otros efectos observados en losaprovechamientos han sido arrastresde arenas debido a los elevados cau-da l e s bombeados e i n t roduc idos(más de 80 l/s), colapsos, desborda-miento del caudal inyectado, moti-vados en general por un inadecuadodiseño hidrogeológico del aprove-chamiento.

Discusión y conclusiones

Se ha puesto de manifiesto la im-por tancia que el aprovechamientogeotérmico de muy baja entalpía tiene enla ciudad de Zaragoza. La existencia enel subsuelo de un acuífero aluvial congrandes recursos hídricos y muy bajautilización permite su aprovechamientogeotérmico para refrigeración y calefac-ción de grandes espacios. El aprovecha-miento requiere de dobletes hidráulicos,pozo de captación y pozo de vertido, queapenas tienen uso consuntivo de agua.

La explotación geotérmica produceun vertido de agua generalmente a mástemperatura que la del acuífero, lo querepresenta una afección térmica que pue-de afectar a la propia explotación y aotras próximas. La forma en cómo serealiza el vertido es fundamental a lahora de minimizar los impactos en losaprovechamientos, el acuífero y susustrato impermeable, que por sulitología soluble es sensible a cambiosde temperatura.

Los aprovechamientos geotérmicosrequieren de un estudio hidrogeológicoespecífico que permita conocer las di-recciones del flujo subterráneo y losparámetros hidrogeológicos a fin de de-terminar las distancias mínimas aconse-jables entre pozos de captación y verti-do del mismo aprovechamiento, y entrelos pozos de vertido y terceras capta-ciones para evitar la interferencia tér-mica. Deben dimensionarse para quelos saltos térmicos no superen los 10ºCy las temperaturas de vertido no alcan-cen los 30ºC. Los bombeos no debensuperar caudales críticos que generenarrastre de arenas y colapsos de capta-ciones. Debe evitarse el vertido libredesde superficie mediante conduccio-nes cerradas y sifones, así como contro-lar la profundidad en el acuífero de las

zonas enrejilladas de los pozos de ad-misión y de vertido.

Una adecuada gestión del acuífero ur-bano requiere del apoyo de modelos ma-temáticos de flujo y calor junto con crite-rios constructivos y normativas que con-tribuyan a la sostenibilidad de losaprovechamientos urbanos.

Referencias

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