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Celestino García de la Noceda MárquezInstituto Geológico y Minero de España
c.garcia@igme.es
Girona, 13 de diciembre de 2011
Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
GEOLO-MUN 2011 APROFITAMENT ENERGÈTIC DE LA GEOTÈRMIA DE BAIXA TEMPERATURA Girona, 13 de desembre de 2011
Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
El problema energético-ambiental:
• El efecto invernadero y el calentamiento global
• Las dificultades de abastecimiento energético.
• Los efectos socio-políticos de la dependencia energética. Dependencia de suministro y dependencia tecnológica
• Las estrategias contra los efectos del cambio climático
• Los compromisos y voluntades de apoyo a fuentes de energía autóctonas y renovables
El contexto:
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Geoter…mi…… ¿qué?……
geo térmica
El calor de la tierra
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Las aguas termales y los balnearios
Larderello (Italia), 1904: primera experiencia de producción de electricidad
El hombre primitivo: las cavernas
Aprovechar el calor de la tierra:
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
El calor del globo:
> 5000 °C
> 3000 °C
> 1000 °C
~ 30 °C/km
> 5000 °C
> 3000 °C
> 1000 °C
~ 30 °C/km
la energía calorífica contenida en el interior de la Tierra
Flujo y gradiente geotérmico:
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Cobertera
Almacén permeable
Base impermeable
Foco de calor
La geotermia clásica:
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Tipos de yacimientos geotérmicos:
Tipo de yacimiento Rangos de temperatura Uso principal
Almacenes sedimentarios
profundosBaja entalpía (temperatura)
Zonas intramontañosas
o volcánicas
< 100º C Usos directos
Media entalpía (temperatura) 100º C < T < 150º C Electricidad ciclos binarios
Uso combinado
Alta entalpía (temperatura) > 150º C Electricidad
Recursos geotérmicos convencionales. Sistemas hidrogeotérmicos
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Yacimientos geotérmicos de baja entalpía: uso directo del calor –calefacción
Yacimientos geotérmicos de alta entalpía: producción de electricidad
El aprovechamiento de los recursos geotérmicos
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Yacimientos geotérmicos de baja entalpía: uso directo del calor – calefacción (1)
Curva de demanda
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Yacimientos geotérmicos de baja entalpía: uso directo del calor – calefacción (2)
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Yacimientos geotérmicos de baja entalpía: uso directo del calor – calefacción (3)
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Yacimientos geotérmicos de baja entalpía: uso directo del calor – calefacción (4)
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Yacimientos geotérmicos de media y alta entalpía: producción de electricidad (1)
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Yacimientos geotérmicos de media y alta entalpía: producción de electricidad (2)
El valor estratégico
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Yacimientos geotérmicos de media y alta entalpía: producción de electricidad (3)
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Tipos de plantas geotérmoeléctricas:- Plantas de vapor seco
+ Ciclo directo sin condensación
- Plantas flash
- Plantas binarias
+ Ciclo directo con condensación
+ Ciclo indirecto con condensación y recuperación de aguas mineralizadas
+ Simple flash
+ Doble flash
+ ORC
+ Kalina
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Producción electrica de origen geotérmico en 2004Principales países productores (GWh/y)
USA 17.840Filipinas 9.419Méjico 6.282Indonesia 6.085Italia 5.340Japón 3.467Nueva Zelanda 2.774Islandia 1.406Costa Rica 1.145Kenya 1.088El Salvador 967
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Inventario general de manifestaciones geotérmicas en el territorio nacional. 1975
Mapa de evaluación de las áreas de mayor interés geotérmico en España
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Evaluación preliminar del potencial geotérmico (1984):
600.000 TEP/año
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Los proyectos de investigación del IGME:
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
La difusión de la información:
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Los resultados de la investigación (1):
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Almacenes sedimentarios
profundos
Cuenca del Tajo: MadridCuenca del Duero: León, Burgos y ValladolidÁrea Prebética e Ibérica: Albacete y Cuenca
Baja temperatura
Zonas intramontañosas
y volcánicas
Galicia: zonas de Orense y PontevedraDepresiones catalanas: Vallés, Penedés, La Selva y AmpurdánDepresiones internas de las Cordilleras Béticas: Granada, Guadix, Baza, Cartagena, Mula, MallorcaCanarias: isla de Gran Canaria
Media temperaturaCordilleras Béticas: Murcia, Almería, GranadaCataluña: Vallés, Penedés, La Selva y OlotGalicia: áreas de Orense y PontevedraPirineo Oriental: zona de Jaca-Sabiñánigo
Yacimientos geotérmicos
Alta temperatura Islas Canarias: Tenerife, Lanzarote y La Palma
Los resultados de la investigación (2):
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Los resultados de la investigación (3):
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Geotermia convencional
Rangos de temperatura Uso principal
Almacenes sedimentarios
profundosBaja temperatura
Zonas intramontañosas
o volcánicas
< 100º C50-130º C Usos directos
Media temperatura100º C < T < 150º C120º C < T < 200º C130º C < T < 220º C
Electricidad ciclos binariosUso combinado
Alta temperatura> 150º C> 200º C> 220º C
Electricidad
Recursos geotérmicos convencionalesNuevos recursos y tecnologías geotérmicas
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Nuevos recursos y tecnologías geotérmicas
Tecnología Almacenes geotérmicos Temperatura ºC Permeabilidad Uso
Muy bajaBomba de calor Muy baja
temperatura < 50Suficiente-alta
Usos directos
Baja temperatura 50-120 Suficiente - alta Usos directos
Media temperatura 120-200 Suficiente - alta Usos directos + electricidad
Geotermia convencional
Alta temperatura >200 Suficiente - alta Electricidad
Roca caliente seca HDR >200 Nula Electricidad
Sistemas geotérmicos
estimulados EGS
Diversas temperaturas Baja Electricidad
Usos directosNuevas tecnologías
Yacimientos supercríticos >350 Suficiente - alta Electricidad
Hidrógeno
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Yacimientos de roca caliente seca:
(HDR)
Años 1970-73: La primera experiencia de HDR la lleva a cabo Los Alamos National Laboratoryat Fenton Hill, en el borde occidental de Valles Caldera en New Mexico.
Las primeras experiencias:
Año 1977: experiencia europea en Cornwall
Año 1980: experiencias en Hijiori, etc (Japón)
Año 1986: experiencia europea en Soultz
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
El desarrollo de una tecnología: EGSEnhanced Geothermal Systems
Engineered Geothermal Systems
Creación del yacimiento:
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
El informe del MIT (año 2006):• No es intermitente
• Alcanzable en casi todo el territorio
• Prácticamente sin impacto ambiental
• Tecnología disponible para producir grandes cantidades de energía eléctrica
• Costes competitivos en una generación
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Tecnologías para el aprovechamiento de recursos geotérmicos de media entalpía:Tecnologías para el aprovechamiento de recursos geotérmicos de media entalpía y de sistemas geotérmicos estimulados:
Pruebas en Soultz. Julio 2005
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Tecnologías para el aprovechamiento de recursos geotérmicos de media entalpía y de sistemas geotérmicos estimulados:
• Nuevos ciclos (Kalina, ...)• Mayores rendimientos• Menores temperaturas
Central binaria de Húsavík, al norte de Islandia.
Planta de demostración de 2 MW usando agua a 124ºC para producir electricidad.
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Recursos geotérmicos someros (1):
• Propio subsuelo poco profundo• Acuíferos someros y otros (minas, túneles,…)
•uso de bomba de calor
•temperaturas estables debidas al calor geotérmico
•diferentes esquemas
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Recursos geotérmicos someros (2):
• Propio subsuelo poco profundo: temperaturas estables debidas al calor geotérmico
Royal Edinburgh Observatory, media 1838-1854Datos de Everett, 1860Tomado de Sanner, proyecto Groundhit
Sondeo al sur de WetzlarTomado de Sanner
Tomado de Sanner
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Recursos geotérmicos someros (3):
• Propio subsuelo poco profundo: diferentes esquemas
Esquemas verticales:
Esquemas horizontales:
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Recursos geotérmicos someros (4):
Sistemas cerrados:
• Colectores en sondeos verticales o inclinados
• Colectores horizontales
• Cimentaciones termoactivas (pilotes, losas, pantallas)
Sistemas abiertos:
• Captación de aguas subterráneas, de minas o de drenajes de obras civiles
• Circulación de aire; pre-tratamiento térmico en sistemas de ventilación y renovación de aire
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Recursos geotérmicos someros (5):
Almacenamiento de calor en el subsuelo o en acuíferos someros:
• Fuerte incremento de las necesidades de refrigeración
• La bomba de calor permite el uso reversible frío-calor
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Recursos geotérmicos de muy baja entalpía (6):Intercambiadores tierra-aire en la renovación de aire:
pozos provenzales y técnicas emparentadas
Bioclimatizadores
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Colectores:
Sistemas cerrados verticales:
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Cimentaciones termoactivas:
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Losa pilotada como inercambiador
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
El intercambiador geotérmico y la bomba de calor (1)
1 : Captador/Colector Geotérmico2 : Evaporador3 : Compresor 4 : Condensador5 : Suelo radiante6 : Válvula de expansión
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Bomba de calor reversible:
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Balance energético en la bomba de calor (1):
El COP:cociente entre la energía térmica cedida por el sistema y la energía de tipo convencional absorbida.
31
4
COP=4/1=4
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Balance energético en la bomba de calor (2):
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Instalaciones geotérmicas someras con bomba de calor: principales países
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Crecimiento del sector gshp en Alemania:
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Crecimiento de las energías renovables: previsiones de la calefacción y refrigeración para 2020 en la UE.
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Sistemas geotérmicos
estimulados (EGS)
Tectónica activa
Geotermia ConvencionalZonas volcánicas activas y sistemas Hidrotermales activos asociados
Geotermia de muy baja Temperatura
Intercambio de calor a muy baja temperatura
Bombas de calor geotérmicas GHP
Calor de Distrito
Geotermia profunda de baja temperatura, uso directo (GDH)
Acuíferos profundos
Modificado de BRGM
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Posibilidades de la energía geotérmica en España:En recursos de muy baja temperatura
Para viviendas unifamiliaresPara bloques de viviendas o edificios públicosClimatización (frío-calor) y a.c.s.Posibilidad de almacenamiento de calor
Amplia extensión en el territorio. En todo lugar
Demanda in-situ
Existen áreas mas favorables para utilizar un determinado esquema de aprovechamiento
Criterios técnico-económicos
La Geotermia somera:
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Posibilidades de la energía geotérmica en España:En recursos de muy baja temperatura
Para viviendas unifamiliaresPara bloques de viviendas o edificios públicosClimatización (frío-calor) y a.c.s.Posibilidad de almacenamiento de calor
Sistemas geotérmicos de baja temperatura asociados a cuencas sedimentarias profundas
En recursos de baja temperaturaPara bloques de viviendas (calor de distrito)
Las anomalías se deben a la presencia de “acuíferos profundos” cuyas aguas adquieren la temperatura conforme al gradiente geotérmico
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Sistemas geotérmicos de baja temperatura asociados a cuencas sedimentarias profundas
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Posibilidades de la energía geotérmica en España:En recursos de muy baja temperatura
Para viviendas unifamiliaresPara bloques de viviendas o edificios públicosClimatización (frío-calor) y a.c.s.Posibilidad de almacenamiento de calor
En recursos de baja temperaturaPara bloques de viviendas (calor de distrito)
En recursos convencionales de media y alta temperaturaProducción de electricidadCon posibles aplicaciones complementarias en
baja temperatura (usos directos del calor)
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Sistemas geotérmicos de baja y media temperatura extendidos, asociados a materiales carbonatados
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Sistemas geotérmicos de baja y media temperatura localizados, con zócalo fracturado
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Posibilidades de la energía geotérmica en España:En recursos de muy baja temperatura
Para viviendas unifamiliaresPara bloques de viviendas o edificios públicosClimatización (frío-calor) y a.c.s.Posibilidad de almacenamiento de calor
En recursos de baja temperaturaPara bloques de viviendas (calor de distrito)
En recursos convencionales de media y alta temperaturaProducción de electricidadCon posibles aplicaciones complementarias en
baja temperatura (usos directos del calor)Con tecnología de EGS?
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Sistemas petrotérmicos: sistemas geotérmicos profundos que precisan de técnicas EGS (geotermia estimulada)
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Sistemas petrotérmicos: sistemas geotérmicos profundos que precisan de técnicas EGS (geotermia estimulada)
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Características y ventajas de la geotermia:
• Energía gestionable. Disponible 24 horas y 365 días al año
• Respetuosa con el medio ambiente
• Permite un aprovechamiento sostenible
• Importante inversión inicial y bajos costes de mantenimiento
• Costes finales competitivos
• Riesgo geológico minimizable
• Tecnología altamente eficiente en calefacción/climatización
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
2010-2020: Una década crucial para la energía geotérmica en España
Usos directos
Producción electricidad
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
El comienzo del nuevo siglo para la geotermia:
HDR-EGS:
El informe del MIT
Geotermia somera Nuevos
agentes
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Programa GEOTCASA
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
CALENER: determina el nivel de eficiencia energética del edificio.
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
PANER: Plan de Acción Nacional de Energías Renovables en España
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Planes de energías renovables:
•Primer PER (1986)Presentes Energía Geotérmica y Energía Ambiental
• …
• …
•PER 2005-2010Ausente la geotermia
•PER 2011-2020Aprobado por el Consejo de Ministros de 11-11-2011
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
La iniciativa empresarial
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
APPA: Asociación de Productores de Energías Renovables
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Grupo de trabajo en AENOR:
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Se crea la Plataforma Tecnológica Española de Geotermia - GEOPLAT. www.geoplat.org
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
GeoPlat: participantes, documentos• Documento de Visión a 2030
• Agenda Estratégica de Investigación
• Instrumentos de financiación nacionales e internacionales para promoción de la I+D+i
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
GeoPlat participa en la Plataforma Europea de Climatización Renovable y lidera el Panel de Geotermia http://www.rhc-platform.org/
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Una imagen sugerente y esperanzadora
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
http://www.igme.es/internet/Geotermia/ Para ampliar información:
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Energía Geotérmica de baja entalpía: potencial y perspectivas
Muchas gracias por su atención
c.garcia@igme.es
Girona, 13 de diciembre de 2011
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