Estudio de la potencialidad del yacimiento geotermico Ourense-ciudad

Résumé

La ciudad de Ourense (Galicia, España) se asienta sobre un yacimiento geotérmico de baja temperatura de origen fisural que se manifiesta en superficie en forma de manantiales de aguas mineromedicinales y termales de hasta 70 ºC. Además, el substrato granítico en gran parte del casco urbano de la ciudad, y en la ribera de los cuatro ríos que se unen en este municipio, Miño, Barbaña, Porto y Lonia, muestra diferentes intensidades de la anomalía geotérmica incluso en zonas muy alejadas de las áreas termales. El primer hecho singular de este yacimiento geotérmico es que la anomalía geotérmica se manifiesta debajo de una gran ciudad (100000 habitantes). La bibliografía indica la importancia de estos manantiales termales desde la época prerromana. En la actualidad, se trata de un territorio profundamente urbanizado, que ofrece un extraordinario potencial de aprovechamiento en forma balnearios, casas de baños, usos lúdicos, y energéticos (calefacción y producción de agua caliente sanitaria). Sin embargo, en el momento actual no existen balnearios ni casas de baños activas, se ofertan tres establecimientos de usos lúdicos de las aguas termales (baños térmicos pasivos al aire libre) mientras otros 2 están en rehabilitación, y los usos en calefacción y ACS se limitan edificaciones en la zona Burgas que aprovechan afloramientos para calefacción además de medio centenar de instalaciones geotérmicas de muy baja temperatura con bomba de calor en bloques residenciales y viviendas unifamiliares. El segundo hecho singular del yacimiento Ourense ciudad es el elevado número de manantiales de aguas mineromedicinales y termales que se reparten en 4 áreas termales singulares. Mientras tres de ellas se asocian a la dinámica del río Miño a su paso por la ciudad de Ourense (Chavasqueira-Tinteiro, Muiño-Outariz, Reza-Remedios), otra se asocia a la dinámica del río Barbaña (As Burgas) mientras que la última realiza su circuito termal sobre fracturas asociadas al río Lonia. La temperatura máxima de afloramiento se alcanza en Burga do Muiño (70 ºC) y se han medido caudales surgentes de 2 y 3 L/s. Solo en el área termal de As Burgas, un estudio reciente de la Xunta de Galicia indica caudales naturales de 7 L/s en todo el conjunto. En el capítulo primero se realiza una descriptiva de la energía geotérmica en España. De acuerdo con la clasificación de la Plataforma tecnológica Española de Geotermia, no existen evidencias de recursos geotérmicos de alta temperatura en la península, circunscribiéndose exclusivamente a las islas Canarias. El resto del territorio español se sitúa sobre una plataforma relativamente estable desde el punto de vista geotérmico, en la que la bibliografía indica que es posible encontrar recursos de media temperatura (100-150 ºC) a profundidades de 1000-1500 m. El objeto final de la explotación de este tipo de recursos es la producción eléctrica, bien directamente o bien mediante el empleo de fluidos intermedios con temperaturas de ebullición inferiores a las del agua. El Plan de energías renovables del estado español identifica diferentes zonas en España en las que se prevé la existencia de recursos de este tipo como Andalucía, Pirineos y Gran Canaria y, en Galicia, señala como muy interesantes tres grandes áreas termales orensanas: Ourense-Rio Miño, Rio Caldo, Prexigueiro y Baños de Molgas-Xunqueira de Ambía. Se trata de meras estimaciones basadas en gradientes superficiales y datos obtenidos de captaciones de agua profundas si bien, teniendo en cuenta los condicionantes hidrogeológicos necesarios para plantear una explotación, los elevados costes de los estudios de prefactibilidad y factibilidad necesarios, y la estimación de la energía térmica a explotar, hace que en los últimos 20 años no se haya avanzado en desarrollo alguno de este tipo en el estado español. La totalidad de los recursos geotérmicos existentes en la península ibérica se encuentran dentro del grupo de baja temperatura (30-100 ºC) y, en el caso de Galicia, la ciudad de Ourense representa el máximo exponente por caudal, temperatura y numero de afloramientos en un área geográfica reducida. Además, la manifestación de la anomalía se produce en un entorno urbano lo que, desde el punto de vista de su estudio e investigación complica en sobremanera la obtención de datos de campo. No se conocen estudios previos a este que aporten datos térmicos e hidrogeológicos de campo de todas las áreas termales del yacimiento geotérmico Ourense ciudad. El cuarto grupo de recursos geotérmicos que se contempla en la bibliografía y en la normativa del sector son los recursos de muy baja temperatura (<30 ºC). Estos fueron incorporados al sector geotérmico desde hace unos 20 años, por la extraordinaria eficiencia que alcanzan los sistemas de bombas de calor con intercambiadores geotérmicos para usos en calefacción, refrigeración y producción de agua caliente sanitaria para cualquier tipo de sector, y en cualquier lugar del planeta. Los recursos geotérmicos de muy baja temperatura pasaron de ser unos completos desconocidos en el año 2007 a, actualmente, ser las instalaciones de energía renovable que reciben el mayor apoyo económico por instalación de la Unión Europea. La razón no es otra que la extraordinaria reducción en el consumo de energía final (60-70%) y la eliminación de emisiones de CO2 a la atmosfera. Hay que indicar que, en España, un país importador de energía, el 60% del consumo de energía final de todo el estado se dedica a la climatización y la producción de agua caliente sanitaria. La primera parte de los resultados engloba los resultados de trabajos de campo realizados desde el año 2007 a la actualidad en el área del yacimiento de Ourense ciudad. Se ha realizado una descriptiva morfológica del territorio, una importante depresión de terrenos graníticos afectados por la fracturación tardihercínica que genera esas orografías de bloques quebrados, elevados o deprimidos. En la ciudad de Ourense, atravesada de Oeste a este por el río Miño, se produce además la unión de tres grandes cursos de agua al río Miño: por el norte el río Porto (al que se asocian los manantiales de Outaríz y Muiño), y por el Sur el río Lonia (área termal de Mende) y el río Barbaña (área termal de As Burgas). Geológicamente nos encontramos con un substrato predominantemente granítico, con granodioritas al Sur del río Miño y Granitos Adamelliticos al Norte. Se encuentran pequeñas manchas de material esquistoso y las amplias zonas de vaguada del ayuntamiento (4 cauces importantes) se encuentran recubiertas por terrazas, aluviales y coluviales de diferente potencia. Los perfiles naturales del terreno han sido ampliamente modificados por la actividad antrópica. Los estratos no consolidados formados por recubrimientos superficiales y rellenos antrópicos alcanzan potencias de 15-18 m (Lusquiños) a menos de 5 metros en Outariz o As Burgas. Se ha confeccionado una cartografía de detalle de estas áreas de recubrimientos superficiales que permite, entre otras cosas, la planificación de los trabajos de prospección o explotación del recurso geotérmico en función de la localización. El estudio de un yacimiento termal fisural debe pasar por un detallado estudio de la fracturación interviniente. La red de fracturas juega un importante papel en la filtración, circulación y almacenaje de las aguas subterráneas, especialmente de las aguas de carácter mineromedicinal y termal. Comparando los datos de campo recogidos en estaciones geomecánicas en todas las áreas termales con las conclusiones de los estudios bibliográficos que ligan trazas de fracturas con focos sísmicos (González Casado, 2000) se observa que el substrato granítico del yacimiento se encuentra cuarteado siguiendo las mismas direcciones tectónicas predominantes en el NW de España. En las cuatro áreas termales del término municipal, al igual que en la totalidad de los manantiales de la provincia de Ourense, los diferentes circuitos termales se asocian a la intersección de dos grandes direcciones predominantes: fracturas NW-SE con fracturas de carácter Norteado. Diferentes autores consultados en la bibliografía indican que las direcciones de rotura N45ºE tienen un carácter compresivo lo que, desde el punto de vista hidrogeológico, dificultarían la circulación sub-superficial de agua termal tanto en descenso (infiltración) como su posterior retorno a superficie. Sin embargo, las direcciones de fracturación NW-SE son de descompresión, dando lugar a fracturas más abiertas y con posibilidad de permitir el tránsito de los fluidos termales, y todas ellas con fuertes buzamientos confiriéndoles una alta verticalidad. Pero solamente en la unión de ambas direcciones, si la fractura alcanza la suficiente profundidad, es donde se completa el circuito geotérmico que las aguas termales de Ourense. Se aporta cartografía de detalle de la red de fracturas observadas mediante fotografía aérea en vuelo del IRIDA de 1972 de todo el yacimiento termal, la densidad de fracturación, además de los resultados de un estudio de detalle de fracturación de los macizos rocosos de la zona termal de A Chavasqueira-O Tinteiro. Si bien desde el punto de vista de la protección de las áreas sensibles, y la definición de perímetros de protección de las aguas resulta fundamental conocer estas direcciones principales asociadas a los manantiales termales, desde el punto de vista de su explotación no lo es tanto, puesto que resulta muy difícil desplazar los posibles puntos de prospección hidrotermal en función de estas directrices debido a intensa urbanización superficial de los terrenos lo que resulta en parcelas de estudio relativamente pequeñas. La diferente intensidad de la anomalía geotérmica se muestra a través del estudio de diferentes parámetros. En primer lugar, se aporta un completo inventario de manantiales, fuentes, captaciones de agua, piezómetros y otros puntos de exploración del subsuelo con toma de datos in situ de pH, conductividad eléctrica, temperatura y posición del nivel freático/piezométrico, y análisis físicoquimicos de los manantiales más importantes. El inventario suma un total de 240 puntos de los que se aporta una ficha individual, con los resultados de los análisis físico-químicos de laboratorio que se realizaron en el marco de un convenio con el ayuntamiento de Ourense (2013) sobre muestras de los manantiales más representativos de las diferentes áreas termales. En general, la facies hidroquímica de todas las muestras termales analizadas muestran un perfil de aguas de tipo bicarbonatado sódico, con elevadas concentraciones de Flúor, Sílice, Calcio y Potasio. Se trata de aguas profundas que alcanzan valores de residuo seco de 600 mg/L (As Burgas), con pH básicos (7-8) y conductividades eléctricas superiores de 300 a 1000 µS/cm. El inventario aporta una gran información de las características termales de manantiales y pozos someros situados en las proximidades (radios de 500-1000 m) de las diferentes áreas termales. Es muy habitual que en las zonas de descarga de yacimientos fisurales se produzcan multi-afloramientos debido a la descompresión del substrato granítico más superficial que multiplica el número de fracturas (caminos) existentes en el tramo final del recorrido de ascenso de las aguas profundas. La diferencia de valores de pH, conductividad o temperatura de las aguas de una misma área termal se debe al porcentaje de mezcla que sufren los acuíferos profundos que ascienden hacia la superficie con los acuíferos hipodérmicos superficiales. En esencia, la mayoría de los afloramientos naturales superficiales son una mezcla de ambos tipos de acuíferos, en forma de acuíferos semi-confinados. La escasez en el área de estudio de captaciones termales profundas y aisladas de los acuíferos superficiales en las que realizar un estudio comparativo impide corroborar esta hipótesis en su totalidad, si bien es muy evidente al comparar el perfil químico de las aguas aflorantes en Outariz, en equilibrio con las aguas del río Miño, con las mismas aguas captadas a 70 metros de profundidad, las cuales, respetando el perfil hidroquímico, presentan concentraciones de minerales y temperaturas muy superiores. El segundo parámetro de estudio geotérmico de la presente tesis, y del que se carece totalmente de datos previos con los que poder comparar, es el estudio del gradiente geotérmico (ºC/m) en sondeos profundos, con profundidades entre 50 y 300 metros. Para cada uno de estos puntos, nos hubiese gustado realizar un estudio de su evolución temporal a lo largo del tiempo, si bien indicar que la mayoría de ellos fueron perforados para fines diferentes a los del aprovechamiento geotérmico y la posibilidad de acceder a ellos puntualmente es gracias a la colaboración con empresas de perforación, ciudadanos y administración local que nos permitieron la recolección de datos térmicos en un momento muy concreto. Se trata de datos térmicos muy importantes para la definición de detalle del yacimiento y por estadística hidrogeológica (nivel freático, pH, temperatura máxima y media, gradiente geotérmico), que solo se pueden tomar en un momento muy concreto de las obras, siendo imposible posteriormente. Muchos de estos datos se pierden porque nadie los recopila. En total se han testificado 26 puntos profundos, en alguno de los cuales también se aprovechó para realizar un ensayo de respuesta térmica (TRT). Para cada punto se ha realizado una testificación térmica tramo a tramo utilizando hidroniveles con temperatura y conductividad eléctrica y loggers autónomos de registro de temperaturas con términos de error de ±0,1 ºC. Para cada punto se ha generado una ficha descriptiva, calculando el gradiente geotérmico del tramo estable (ºC/m), temperaturas y posición del nivel freático en el momento de la testificación. En aquellos puntos que no han alcanzado el cuerpo principal de la anomalía, los valores de r2 de la recta de ajusta alcanza valores medios de 0,95, mientras que los valores de ajuste más bajos (0,7-0,8) se corresponde a pozos que han atravesado zonas de fractura con presencia de agua termal. Las corrientes convectivas generadas dentro de los pozos por el ascenso del agua más caliente hacia la superficie y su enfriamiento alteran los gradientes de estos pozos. Los datos de gradiente geotérmico permiten diferenciar puntos con anomalía térmica de otros con un comportamiento normal. Mientras pozos normales dentro del término municipal muestran valores de 0,017 ºC/m (Paco Paz), 0,014 ºC/m (Pazo de Ramirás) y 0,018 (Untes), otros puntos multiplican por 5 o por 8 estos valores: 0,064-0,089 ºC/m en el Campus, 0,031 ºC/m en Reza, 0,061 ºC/m en Eiroas o 0,232 ºC/m en el casco viejo de la ciudad. Para poder obtener valores de flujo de calor geotérmico (W/m2), el gradiente geotérmico se multiplica por la conductividad térmica efectiva de los materiales geológicos (W/mK). Los valores de conductividad térmica efectiva pueden ser tomados de la bibliografía científica en función del tipo de litología, si bien estos valores pueden estar muy modificados por la fracturación del substrato cristalino y la circulación subsuperficial de agua (normal o termal). La única prueba científica in situ existente para evaluar este parámetro es un Test de Respuesta Térmica (TRT) y, hasta el momento, no se disponen de valores publicados en la bibliografía técnica de ensayos de este tipo en el yacimiento de Ourense-ciudad. En la presenta tesis doctoral se muestran los resultados obtenidos de 7 test de respuesta térmica realizadas sobre intercambiadores geotérmicos verticales de muy baja temperatura en las diferentes litologías existentes en el yacimiento. Térmicamente, los substratos de granito adamellítico obtienen, de media, valores de 0,3-0,4 W/mK por encima de las litologías de granodiorita y, mientras los intercambiadores verticales en zona sin anomalía térmica alcanzan temperaturas estables de intercambio de 17-18 ºC, los situados en zona de anomalía de baja intensidad alcanzan valores de 22-27 ºC y los situados en zonas de anomalía de alta intensidad llegan a alcanzar temperaturas estables de 30-35 ºC. Se trata de valores de conductividad térmica altos, si los comparamos con los referenciados en la bibliografía y muy positivos para el desarrollo de sistemas de aprovechamiento geotérmico de muy baja temperatura. Los valores elevados de conductividad térmica y de temperatura estable del subsuelo permiten diseñar en Ourense campos geotérmicos entre un 30 y un 50% más cortos que los que serían necesarios en cualquier otra zona para la misma carga térmica. Además, el SCOP de los sistemas aumenta a razón de 1 decima por cada grada de ascenso de temperatura estable, haciendo que, en Ourense, se alcancen rendimientos en calefacción y producción de ACS de 5,5-6,5 cuando los valores normales para el resto de Galicia están entre 4 y 5. Combinando ambos valores (gradiente y conductividad térmica media del material) se ha calculado el flujo de calor geotérmico de los 26 puntos testificados. Los puntos en los que no se muestra anomalía geotérmica (Pazo de Ramirás, Paco Paz, Oira o Untes) muestran valores entre 39-114 mW/m2, mientras que en las zonas de anomalía se encuentran valores de flujo de calor entre 200 y 500 mW/m2. Otros puntos, con valores de flujo de calor superiores (Cárcel, Imprenta, As Caldas) se encuentran influenciados por la presencia de acuíferos termales que alteran los valores de gradiente geotérmico del punto, si bien es posible encontrar estos mismos valores en zonas aledañas. Los valores esperados en la bibliografía para el NW de España están entre 80-150 W/m2. A modo de resumen de la caracterización, el yacimiento termal de tipo fisural Ourense-ciudad se desarrolla a favor de las intersecciones de fracturas NW-SE y Norteadas, resultando surgente por debajo de la cota 118 msnm. Los afloramientos hidrotermales naturales alcanzan 74 ºC en Burga do Muiño, con temperaturas medias entre 40-50 ºC, pH entre 7 y 8, residuo seco entre 200 y 600 mg/L, conductividades eléctricas entre 400 y 1000 µS/cm y responden a circuitos hidrológicos profundos en los que el agua de lluvia alcanza profundidades de 100-1500 m con temperaturas de almacén de 140-160 ºC (López, D, 2019). La datación con C14 de las aguas de P1-Diputacion muestra edades entre 15-20.000 años y la mayoría de los afloramientos naturales se encuentran influenciados por la mezcla con acuíferos someros que provocan su enfriamiento y/o la reducción en la concentración de sales minerales. Una vez caracterizado hidrogeológicamente las características del yacimiento a partir de los datos de campo obtenidos, la tesis hace un análisis y diseño de los aprovechamientos posibles en función de la potencialidad del recurso existente. Los usos posibles para las condiciones del yacimiento, de acuerdo con la legislación minera española y gallega vigente, son usos directos del agua termal en aplicaciones balnearias, lúdicas y energéticas y usos indirectos del calor geotérmico en aplicaciones con bomba de calor para climatización y producción de ACS. Las posibilidades de aprovechamiento del yacimiento son múltiples si bien todas ellas confluyen en un área geográfica muy reducida y profundamente urbanizada. Existen problemas para la aplicación sensu estricto de la normativa minera en relación con aprovechamientos del grupo B (Balnearios y/o lúdicos) y, por otro lado, los aprovechamientos indirectos para climatización y ACS son cada día más atractivos para los promotores de vivienda residencial dada cuenta su extraordinario rendimiento en la ciudad y la reducción en el coste de ejecución que permite el yacimiento termal. Para poder llevar a cabo una planificación y desarrollo ordenado de los recursos geotérmicos del yacimiento, se plantea la posibilidad de eliminar la concesión de aprovechamientos individualizados creando un organismo público-privado gestor que reúna a todos los agentes públicos y privados con competencias e intereses en el desarrollo del yacimiento termal. Entre otros, este organismo debe incluir en su consejo gestor a todos los que acrediten ser propietarios de terrenos en los que manan aguas minero-medicinales y/o termales (declaradas con y sin aprovechamiento), la administración con competencias mineras (Xunta de Galicia), el Ayuntamiento de Ourense como gestor del suelo del yacimiento y propietario de manantiales minero-medicinales y termales, Confederación Hidrográfica Miño-Sil como administrador de cuenca y aquellos organismos asesores (IGME, Sanidad, Cámara Minera, Universidad de Vigo-Campus Agua,). Se hace necesario dotar al yacimiento de entidad jurídica propia que le permita adaptarse y protegerse de posibles actividades externas que puedan poner en riesgo la cantidad y calidad del recurso geotérmico existente a la vez que se profundiza en su estudio, control, `planificación, desarrollo y gestión del uso sostenible del yacimiento para diferentes usos finales contemplados. Desde el punto de vista balneario, cualquiera de las 4 áreas termales definidas es susceptible, por caudal, temperatura y mineralogía de las aguas, de albergar uno o varios establecimientos balnearios. La compatibilidad de diferentes establecimientos debe regirse por un organismo neutral que supervise y gestione la explotación de caudales termales en función de la demanda existente. Se deben eliminar propuestas de aprovechamiento de caudales termales desorbitadas que lo único que buscan es aumentar la superficie de perímetro de protección propuesta para ostentar los derechos jurídicos que otorga la Ley de Minas sobre la mayor superficie de territorio. De hecho, no hemos encontrado publicación alguna en la que se referencien caudales de aprovechamiento necesarios en función de los usos terapéuticos que se ofrecen en una instalación termal. Puntualmente, un establecimiento puede llegar a precisar 4-5 L/s en un corto periodo de tiempo, si bien es necesario ver los volúmenes medios de agua termal diarios que necesita cada establecimiento, con márgenes de seguridad, y poner a disposición de otros promotores los caudales sobrantes. Aplicar sensu estricto la normativa minera para el yacimiento solo lleva a dos caminos: el primero sub-explotar los recursos disponibles o, si se ponen en servicio, hacerlo bajo la tutela de un único promotor, puesto que los perímetros de protección solicitados cubren prácticamente todo el yacimiento termal. Las metodologías de aprovechamiento expuestas solo serán posibles bajo una gestión conjunta del recurso geotérmico, que disponga de su propio equipo técnico que amplíe el conocimiento de su funcionamiento natural, evalué posibles focos contaminantes y proponga desarrollos amparados por un Plan Director del yacimiento. El estudio de permeabilidades de la zona de As Burgas muestra radios de influencia de 45 metros en el bombeo de 2,7 L/s durante 48 horas continuas (Transmisividad = 1,422 m2/día). Definiendo la zona de restricciones máximas como la/s parcelas donde se realiza el bombeo, el resto del territorio del yacimiento por debajo de cota 175 msnm debe ser considerado como zona de restricciones medias. Respecto al aprovechamiento lúdico de las aguas termales (Ley 8/2019), su exclusión de la Ley de Minas (Ley 3/2008) y de la Ley de Balnearios de Galicia (Ley 5/1995) hace que haya confusión de si se sigue tratando de un recurso de la sección B de Minas o no. Este tipo de aprovechamientos deben restringirse puesto que mantener un vaso termal al aire libre entre 37-40 ºC, de acuerdo con la legislación aprobada, requiere entre 0,15-0,3 m3/bañista para espacios termales, en función de la altura de lámina de agua. Se trata de consumos muy altos de agua termal que deben mantenerse siempre, durante todo el periodo de actividad del establecimiento, independientemente de la afluencia. En el caso de piscinas termales, que recirculan y desinfectan el agua, los caudales necesarios son también muy elevados puesto que, aunque no renueven el agua, deben mantener la temperatura del vaso al aire libre. En relación con los usos energéticos, estos deben ser planificados paralelamente con los aprovechamientos anteriores. Realizando una estimación con caudales y temperaturas propios de cada área termal, se podrían alcanzar potencias térmicas de 16 MWt a 70 ºC con la utilización de bombas de calor de alta temperatura (35/75 ºC) con un SCOP de la instalación de 4,8. Por último, el resto de los terrenos del yacimiento es susceptible de ser aprovechado, de forma muy eficiente, mediante sistemas de muy baja temperatura con bomba de calor. Con temperaturas estables de 25 ºC es posible modelar campos geotérmicos para calefacción y producción de ACS con ratios de 10,5 m/kWt (-34% respecto a un escenario normal), mientras que si se alcanzan temperaturas estables de 35 ºC este valor puede reducirse a 7,1 m/kWt (-48% respecto a un subsuelo normal).