Situacion y prospectiva de la energia geotermoelectrica

Situación y prospectiva de la
energía geotermoeléctrica
Alfonso García Gutiérrez, Rosa Ma. Barragán, Víctor M. Arellano Gómez
Gerencia de Geotermia, Instituto de Investigaciones Eléctricas
Av. Reforma 113, Col. Palmira, Cuernavaca, Mor., 62490; Tel: 01 777 362 3803
aggarcia@iie.org.mx; rmb@iie.org.mx ; vag@iie.org.mx
Seminario sobre la situación actual y prospectiva
energética en México y el Mundo
México, D. F., 5 de agosto de 2009
Agenda:
• Definición de la geotermia
• Orígenes de la energía geotérmica
• Tipo de sistemas geotérmicos
• Usos de la geotermia
• La geotermia a nivel internacional
• La geotermia en México
• Aspectos ambientales
• Conclusiones
Situación y prospectiva de la energía
geotermoeléctrica
Definición y origen
En general, la palabra geotermia se refiere a la energía térmica natural
existente en el interior de la Tierra.
En la práctica se le denomina así al estudio y utilización de la energía térmica
que transportada a través de la roca y/o fluidos, se desplaza desde el interior
de la corteza terrestre hacia los niveles superficiales de la misma, dando
origen a los sistemas geotérmicos.
LATIERRA
Corteza
Manto
Núcleo Externo
Núcleo Interno
TEMPERATURAS EN LA TIERRA
Temperatura
[oC]
Profundidad
[km]
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
180°
PLACA DE
NORTEAMERICA
60°
40°
PLACA
FARALLON
SWARTSENG
NAMAFJALL
PARATUNKA
PAUZHETSKA
PATHE
LOS HUMEROS
PLACA DE
COCOS
PLACA DEL
PACIFICO
Definición
y origen
120°
180°
60°
PLACA EUROASIATICA
PLACA DEL
CARIBE
THE GEYSERS
LOS AZUFRES
PLACA
DE
NAZCA
40°
60°
0°
MEAGER MT.
YELLOWSTONE
CERRO PRIETO
0°
60°
120°
PLACA DE
AMERICA
EL TATIO DEL SUR
LARDERELLO
MT. AMIATA
PLACA
MAR DE OTAKE
FILIPINAS
AFYON
PLACA DE
ARABIA
PLACA
AFRICANA
PUGA
TENGWU
PLACA
DEL
PACIFICO
OLKARIA
KAWAH
KAMODJANG
PLACA
INDO-AUSTRALIANA
KAWERAU
ROTORUA
BROADLANDS
WAIRAKEI
PLACA
ESCOCIA
PLACA
ANTARTICA
MATSUKAWA
PLACA
ANTARTICA
VOLCAN
Regiones Geotérmicas de Mayor
Temperatura
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
Tipos de sistemas geotérmicos
1)
2)
3)
4)
5)
Sistemas hidrotermales
Roca seca caliente
Geopresurizados
Marinos
Magmáticos
Sistemas Hidrotermales
Se encuentran formados por:
Fumarola
100 OC
10 OC en superficie
Inicio de la
ebullición
Roca impermeable
Roca permeable
Magma en proceso de enfriamiento



Una fuente de calor,
Agua (líquido y/o vapor)
La roca en donde se
almacena el fluido.
Son los únicos sistemas
geotérmicos que se
explotan de manera
comercial en la actualidad.
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
Sistemas Hidrotermales (tipos)
Vapor dominante. Sistema de alta entalpía, generalmente de
vapor seco. Existen unos cuantos en el mundo. Ej. The Geysers
(USA), Larderello (Italia), etc.
Líquido dominante (Alta entalpía). Sistema de salmuera
supercaliente, con temperaturas entre 200 y 350 ºC. Son más
abundantes que los anteriores. Ej. Cerro Prieto (México),
Wairakakey (Nueva Zelanda), Tiwi (Filipinas), etc.
Líquido dominante (Baja entalpía). Sistemas con temperaturas
de 100 a menos de 200 ºC. Son más abundantes que los
anteriores en una proporción aproximada de 50 a 1. Ej. Heber
(USA), Yangbajing (China), etc.
Sistemas Geotérmicos Mejorados (EGS)
Sistemas rocosos con alto contenido calorífico pero con
poca o ninguna agua.
Localizados entre 2 y 6 km en la corteza terrestre con la
temperatura necesaria para generar electricidad: 150-200°C
Sistema considerado como uno de los más abundantes del
mundo y prácticamente inagotable.
Tecnología en desarrollo; concepto probado, Comercial en 10-15 años
PLANTA
GEOTERMOELECTRICA
INTERCAMBIADOR
DE CALOR
AGUA
CALIENTE
ZONA DE
FRACTURA
1000m2
3 - 5 km
AGUA 200°C
RETORNO DE
AGUA FRIA
PERFORACION DIRECCIONAL
PARA INTERSECTAR FRACTURAS
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
Sistemas Geotérmicos Mejorados (EGS)
Sistemas muy abundantes: El contenido energético en los 10 km
superficiales de la corteza es superior a 500 veces la energía de todos
los sistemas de petróleo y gas conocidos a la fecha.
Energía almacenada en los yacimientos de EGS: equivale a más de 500
veces la energía acumulada en todos los yacimientos de gas y de petróleo
del mundo.
Reservas recuperables en EUA: estimado en más de 200,000 EJ  más de
2,000 veces la demanda anual de energía primaria.
Para el 2050 se podrían instalar más de 100,000 MWe con una inversión de 1
billón de US dólares en EUA
En México no se han explorado estos recursos
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
Sistemas Geopresurizados
Sistemas que contienen agua y metano disuelto a alta presión
(del orden de 700 bar) y temperaturas moderadas (150 ºC).
El desarrollo tecnológico se efectúa principalmente en Estados
Unidos (Texas, Luisiana) en donde se esperan explotar 10,000
MWe con este tipo de recursos para el año 2020.
Planta geopresurizada de demostración en Texas
Exploración de zonas con
fluidos geopresurizados
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
Sistemas Geopresurizados
Ofrecen 3 tipos de energía: térmica (agua; química (CH4) y mecánica
(fluidos a muy alta presión
Potencial estimado en las costas de Texas: 40,000 MWt
El agua coproducida (>100°C)
tiene un potencial de 11000
MWe
En México: estos sistemas
pueden existir en Tamaulipas,
aunque se desconoce el
potencial de este recurso.
Zonas de producción de agua
caliente en pozos de aceite y gas
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
Sistemas Geotérmicos Marinos
Son sistemas de alta entalpía existentes en el fondo del mar.
No se explotan comercialmente en la actualidad. Estos sistemas han sido
poco estudiados hasta ahora.
En el Golfo de California se han
detectado chimeneas naturales
con descarga chorros de agua a
350°C, en la llamada depresión
de Wagner (latitudes de 31 00´ a
31 15´ y longitudes de 113 50´)
que cubre un área de 10 km de
ancho por 20 km de largo.
Esta área puede contener un campo
geotérmico de gran magnitud, hasta
500 veces mas grande que el campo
geotérmico de Cerro Prieto, B.C.
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
Sistemas Magmáticos
Sistemas de roca fundida existentes en aparatos volcánicos activos. No
se explotan comercialmente en la actualidad. El atractivo más importante
de este tipo de sistemas son las altas temperaturas disponibles ( ≥ 800
ºC).
En el mediano o largo plazo, cuando se
cuente con la tecnología y los materiales
adecuados para resistir la corrosión y las
altas temperaturas, se podrá explotar la
enorme cantidad de energía almacenada en
las cámaras magmáticas de los volcanes
activos.
En México se cuenta con una importante
cantidad de volcanes entre los que se
encuentran el Ceboruco, Volcán de Colima,
Paricutín, Popocatépetl, Chichonal, etc.
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
Usos de la Energía Geotérmica
Actualmente, los recursos geotérmicos son susceptibles de ser aprovechados
en:
• Generación de electricidad : 27 países han generado electricidad con
geotermia – Grecia, Taiwan y Argentina han cerrado sus plantas por razones
económicas o ambientales; actualmente se genera en 24 paises
• Generación inició en Larderello, Italia el 4 de julio de 1904,
con los trabajos de Piero G. Conti
• Usos directos - se denomina así a una variedad de actividades agrupadas
bajo este nombre genérico
• El uso directo del calor geotérmico se ha realizado desde tiempos
muy remotos
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
Generación de electricidad
Se genera electricidad a partir de recursos geotérmicos hidrotermales con
temperaturas ≥ 100°C
Localizados a profundidades de hasta 3 km
Ciclos mas sencillos- no hay boiler, calderas; poca agua de enfriamiento
Plantas modulares; unos cuantos kW a 135 Mwe
Factores de planta : 80-90%; México mejor factor de planta  90%
Plantas: vapor seco, vapor separado, ciclo binario, ciclo combinado
(turbina de vapor y ciclo binario, y ciclo híbrido (energía geotérmica
y otro combustible))
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
La Geotermia a Nivel Internacional
Plantas de vapor seco - yacimientos de vapor dominante – vapor se alimenta
directo a turbina; se expande y condensa para reinyección al yacimiento
EUA, Japón, Italia e Indonesia
Tamaños de 35 a 120 MWe
Planta de vapor seco
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
La Geotermia a Nivel Internacional
Plantas de vapor separado - yacimientos producen mezcla de agua y vapor
Vapor se separa en superficie; existen plantas de 1, 2 y 3 etapas de separación
Representan la mayoría de los yacimientos del mundo
Tamaños de 10 a 55 MWe
Plantas de separación de vapor
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
La Geotermia a Nivel Internacional
Plantas de ciclo binario – apropiadas para explotación de sistemas de
líquido dominante que no están lo suficientemente calientes para producir
ebullición importante del fluido geotérmico , y para utilizar aprovechar
fluido de desecho de plantas de vapor
Dos ciclos; el de la fuente o energía geotérmica y el del ciclo de generación
Tamaños de unos kW a 25 Mwe
Existen mas de 300 MWe instalados
Fluido de trabajo: IC4, IC5,
mezclas
Típicamente requieren de una fuente
geotérmica de 100 °C o mas
Chena Alaska genera con fuente
de 74°C; rechaza calor a 4°C; 200kW
Plantas de ciclo binario
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
La Geotermia a Nivel Internacional
Vapor Flasheo
seco simple
% de Unidades (500)
% MWe
instalados (8700)
Generación media (MWe/unidad)
Doble flasheo
Triple Ciclo flasheo binario
Otros
17
29
10
0.2
39
5
23
45
24
0.1
4
4
22
25
38
10
2
14
Distribución de las plantas geotermoeléctricas existentes a 2005
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
La Geotermia a Nivel Internacional
Uso total en 2005
Uso
Capacidad
Generación
Factor de
No de
instalada,
anual, GWh/año capacidad, % países
MW
Generación
de
electricidad
8,933
56,786
0.73
24
Uso directo
28,268
75,943
0.31
72
Región
África
América
Asia
Europa
Oceanía
Electricidad
% MWe % GWh/año
1.5
1.9
43.9
47.0
37.2
33.8
12.4
12.4
5.0
4.9
Uso Directo
% MWt
% GWh/año
0.7
1.1
32.3
16.7
20.9
29.4
44.6
49.0
1.5
3.8
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
La Geotermia a Nivel Internacional
Generación de electricidad en 2005 - Países líder con mas de 100 MWe
País
Cap. Instalada, Mwe
Energía Factor de planta, producida, No. de plantas
%
GWh/año
EUA
Filipinas
México
Indonesia
Italia
Japón
Nva Zelanda
Islandia
Costa Rica
El Salvador
2534
1930
953
797
791
535
435
202
163
151
17,917
9,253
6,282
6,085
5,340
3,467
2,774
1,483
1,1,45
967
0.95
0.57
0.75
0.83
0.87
0.75
0.79
0.84
0.8
0.93
209
57
36
15
32
19
33
19
5
5
Kenia
129
1,088
0.96
9
Evolución de la capacidad instalada- principales países
País o regíon
Tíbet
Isa san Miguel, Azores,
Portugal
Tuscanía, Italia
El Salvador
Islandia
Fiipinas
Nicaragua
Kenia
Isla Lithis, Papua,
Nueva Guínea
Isla de Guadalupe,
Caribe, Francia
Costa Rica
Nueva Zelanda
% de la capacidad
nacional o regional
instalada con
energía geotérmica
(MWe)
30.0
% de la energía
nacional o regional
generada con energía
geotérmica (MWe)
30.0
25.0
ND
25.0
14.0
13.7
12.7
11.2
11.2
25.0
24.0
16.6
19.1
9.8
19.2
10.9
ND
9.0
9.0
8.4
5.5
15.0
7.1
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
La Geotermia a Nivel Internacional
Generación de electricidad – 24 países;
9731.5 MWe en 2007
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
Costos de generación
Tamaño de planta, MW
T > 250°C
T=150≤
250°C
T < 150°C
Pequeña (< 5)
0.05‐0.07
0.055‐0.085
0.06‐0.105
Mediana (5‐30)
0.04‐0.06
0.045‐0.07 No adecuado
Grande (<30)
0.025‐0.05
0.04‐0.06
0.025 -0.105 USD/kWh
(IEA, 2006)
Tamaño
de
planta, MW
Costo unitario (USD/kWh)
Costo directo de capital (USD/kW de
capacidad instalada)
T > 250°C
T=150 - 250°C
T < 150°C
Pequeña (< 5)
1600-2300
1800-3000
2000-3700
Mediana (5-30)
Grande (<30)
1300-2100
1150-1750
1600-2500
1350-2200
No adecuado
No adecuado
No adecuado
Costos de capital
(IEA, 2006)
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
Usos Directos
Los recursos geotérmicos de temperaturas intermedias a bajas (<
180 ºC), son susceptibles de ser aprovechados en una gran
variedad de actividades (acuacultura, calentamiento/enfriamiento,
agricultura, industria, etc.) agrupadas bajo el nombre genérico de
usos directos.
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
Usos Directos









Calefacción (China, Estados Unidos, Islandia, Turquía)
Procesado de alimentos (Estados Unidos, China, Filipinas)
Manufactura de cemento (Islandia y China)
Fermentación (Japón)
Industria papelera (Australia, China, Nueva Zelanda)
Teñido de telas (Japón)
Invernaderos (Italia, Islandia, Japón)
Acuacultura (Estados Unidos, Japón)
Bombas de calor (Suiza, Estados Unidos, Turquía)
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
Usos Directos de la geotermia según su temperatura – Diagrama de Lindal
200
180
160
EVAPORACIÓN DE SOLUCIONES ALTAMENTE CONCENTRADAS.
REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN DE AMONÍACO, DIGESTIÓN DE PASTA PAPELERA (KRAFT).
AGUA PESADA MEDIANTE UN PROCESO CON SULFURO DE HIDRÓGENO.
SECADO DE ALIMENTO PARA PESCADO, SECADO DE MADERA.
ALÚMINA MEDIANTE EL PROCESO DEBAYER.
140
SECADO DE PRODUCTOS AGRÍCOLAS A ALTAS VELOCIDADES, ENLATADO DE ALIMENTOS.
EXTRACCIÓN DE SALES POR EVAPORACIÓN , EVAPORACIÓN EN LA REFINACIÓN DE AZÚCAR.
120
AGUA DULCE POR DESTILACIÓN.
CONCENTRACIÓN DE SOLUCIÓN SALINA MEDIANTE EVAPORACIÓN DE EFECTO MÚLTIPLE.
SECADO Y CURADO DE PLANCHAS DE HORMIGÓN LIGERO.
o
100
C
SECADO DE MATERIALES ORGÁNICOS, ALGAS, HIERBA, HORTALIZAS, ETC.
LAVADO Y SECADO DE LANA.
SECADO DE PESCADO, OPERACIONES INTENSAS DE DESCONGELAMIENTO.
80
CALEFACCIÓN AMBIENTAL.
REFRIGERACIÓN (LÍMITE DE TEMPERATURA INFERIOR.
60
ZOOTECNIA.
INVERNADEROS MEDIANTE COMBINACIÓN DE CALEFACCIÓN AMBIENTAL Y DE FOCO.
CULTIVO DE SETAS.
40
CALENTAMIENTO DEL SUELO, BALNEOLOGÍA.
PISCINAS, BIODEGRADACIÓN, FERMENTACIONES.
AGUA CALIENTE PARA LA INDUSTRIA MINERA DURANTE TODO EL AÑO EN CLIMAS FRÍOS.
DESCONGELAMIENTO.
CRIADERO DE PESES. PISCICULTURA.
Usos Directos – 74 países
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
La geotermia en México
CERRO PRIETO
720 MW
TRES VIRGENES
10 MW
LA PRIMAVERA
75 MW
LOS HUMEROS
35 MW
LOS AZUFRES
195 MW
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
La geotermia en México
• El interés por la energía geotérmica se inicio en los 40s con el Ing. Luis de
Anda sobre los trabajos de Larderello, Italia
• En mayo de 1955 se formó la Comisión de Energía Geotérmica
• La generación se inició en el CGPathé, y actualmente se genera electricidad
en los CGs de Cerro Prieto, Los Azufres, Los Humeros y Las 3 Vírgenes
• Pathé
• Se generó electricidad por primera vez en noviembre de 1959 en Pathé,
Hidalgo con una planta piloto de 3.5 MWe la cual operó hasta 1973
• Se perforaron 17 pozos en total pero nunca se tuvo suficiente vapor para
generar mas de 600kW
• La planta se mantuvo operando hasta 1973
• Pathé es un logro importante: permitió a México ser el tercero en utilizar la
geotermia; puso de manifiesto la capacidad de los ingenieros mexicanos y
sirvió para capacitar los cuadros técnicos que mas tarde conduciría en
desarrollo de la geotermia en México
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
La geotermia en México
• Cerro Prieto
• El campo geotérmico de Cerro Prieto se localiza a 30 km al sur de Mexicali, BC
• Es el campo de líquido dominante mas grande del mundo
y el 2° mas grande a, después de Los Geysers, EUA.
• Su explotación es una de las exitosas del mundo y se le
considera como un caso de éxito dentro de la geotermia
• Su explotación es una de las exitosas del mundo y se le
considera como un caso de éxito dentro de la geotermia
• Se han perforado mas de 300 pozos con
profundidades entre 700 y 4,300 m; se han
medido temperaturas de +350°C
• 4 areas; 13 plantas = 720 MWe:
• CP-1 - 180 MWe (4x37.5+1x30)
• CP-2 - 220 MWe (2x110)
• CP-3 - 220 MWe (2x110)
• CP-4 - 100 MWe (4x25)
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
La geotermia en México
Cerro Prieto tiene
una alta
contribución
(50%+) al sistema
de generación y
distribución de
Baja California el
cual no forma parte
de la red nacional
de T&D
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
La geotermia en México
• Los Azufres
• Se localiza en la parte norte del Cinturón Volcánico Mexicano, a unos 80 km
al este de la ciudad de Morelia y unos 250 km al oeste de la ciudad de Mexico
• Es parte de un sistema hidrotermal altamente fracturado y fallado, en una
sierra con una altitud promedio 2800 msnm
• Exploraciones inicial en los 50s; pozos productores perforados en1977;
temperaturas medidas de hasta 358°C, flujo de calor alto (Q=0.22 W/m2); y un
gradiente alto también (GG=117°C/km)
• 44 pozos perforados; 41 productores; 14 plantas >> 188 MWe
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
La geotermia en México
• Los Humeros
• Se localiza en el extremo este del Cinturon Volcánico Mexicano, a unos 200 km
al este de la ciudad de Mexico city y 25 km al NW de Perote, Veracruz
• La altitud media es de 2800 msnm, en un complejo volcánico de tipo caldera
• Estudios geocientíficos iniciales en 1968; Primer pozos perforado en 1982
• Explotación comercial inició en 1990; 2 unidades de contrapresión de 5 MWe
• Actualmente tiene una capacidad instalada de 40 MW (8x5 MWe unidades)
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
La geotermia en México
• Las Tres Vírgenes
• Las Tres Vírgenes se localiza en el extremo Este de la Península de BCS
• La exploración se inició en 1982; El primer pozo se perforó en 1986
• Actualmente tiene 2 plantas de condensación de 5 MWe cada una
• La generación de electricidad en 2003 fue 32.8 GWh y se envió a la ciudad de
Santa Rosalía y otros pueblos cercanos, aislados del sistema nacioanl de T&D
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
La geotermia en México
• Los campos en producción son: Cerro Prieto desde 1973; Los Azufres desde
1982, Los Humeros desde 1990 y Las Tres Virgenes desde 2001
• La capacidad instalada por campo es: Cerro Prieto (720MW), Los Azufres
(188MW), Los Humeros (40MW) y Las Tres Virgenes (10MW)
• México fue el 3er país del mundo en usar la energía geotérmica para generar
electricidad y su capacidad instalada fue la tercera mas grande hasta 2006
• La capacidad instalada actualmente es de 958 MWe y es la 4a en el mundo,
después de EUA (2,687 MWe); Filipinas (1,970 MWe) e Indonesia (992 MWe)
• Esta capacidad representó en 2008 el 2% del total de la nación (incluyendo
generadores independientes) y la generación de electricidad alcanzó 7056 GWh,
equivalente al 3.01% del total nacional
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
La geotermia en México
Tipo de Generación
Capacidad instalada, MWe
%
Generación eléctrica, GWh
%
Termoeléctrica
23291
45.57
86069
36.77
Hidroeléctrica
11343
22.20
38892
16.61
Carboeléctrica
2600
5.09
17789
7.60
Geotermoeléctrica
965
1.9
7056
3.01
Eoloeléctrica
85
0.17
255
0.11
Nucleoeléctrica
1365
2.67
9804
4.19
Productores Independientes
11457
22.42
74232
31.71
Total
51106
100%
234097
100.00
Capacidad instalada y generación de electricidad por tipo en 2008
(www.cfe.gob.mx; 2009)
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
La geotermia en México
Capacidad instalada y generación de electricidad
con energía geotérmica 1997-2008
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
La geotermia en México
Turbo Gas y Ciclo Combinado
Diesel
Vapor (Combustoleo)
Carboeléctrica y Dual (carbón y combustoleo)
Geotermoeléctrica
Eoloeléctrica
Nuclear
Generación Hidroeléctrica
0.73
1.02
1.07
1.16
1.07
1.06
1.38
2.43
0.45
0.47
3.02
0.62
0.57
3.61
0.69
0.70
6.91
0.78
0.65
6.07
1.02
0.65
4.81
1.06
0.67
7.85
1.58
1.10
0.36
1.16
0.74
0.47
0.38
1.52
0.75
0.64
0.44
1.34
0.95
0.52
0.41
1.87
0.77
0.49
0.46
0.27
0.83
0.49
0.36
0.61
0.91
0.55
0.59
0.74
0.82
0.49
Costos de generación en México, (CFE, 2009)
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
La geotermia en México
Eólica
Biomasa
Geotermia
Microhidroeléctrica
Solar Parabólico
Solar FV
Costos de Inversión
(USD/kw)
Costos de Generación
(US¢/kwh)
850 - 1,700
500 - 4,000
1,200 - 5,000
1,000 - 5,000
3,000 - 6,000
4,500 - 7,000
3 - 12
2 - 15
2 - 12
2 - 15
10 - 25
18 - 80
Cerro Prieto
3.46
Los Azufres
3.29
Los Humeros
3.45
Las Tres Vírgenes 4.11
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
Usos directos de la energía geotérmica en México
• Se limitan a balneología; escasamente explotados
• Se estima un uso de 164MWt en 160 lugares en 19 estados
• Aplicación limitada, en gran parte debido a falta de conocimiento sobre
las características y usos potenciales de estos recursos
• Los proyectos piloto desarrollados por CFE en Los Azufres y Cerro Prieto
incluyen calefacción/enfriamiento de oficinas; invernaderos; reforestación;
secado de frutas y vegetales; cultivo de semillas y champiñones; secado de
madera y crecimiento de flores
• El IIE ha realizado I&D sobre Bombas de Calor operando con energía
geotérmica para acondicionamiento de espacios, producción de agua a
partir de purificación de efluentes y salmueras y desarrollo de fluidos de
trabajo
• La estimación del potencial nacional de recursos de T<200°C se inició
hace unos años
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
Aspectos ambientales
Centrales termoeléctricas a base de:
Emisiones a la atmósfera en kg/MWh
NOx
SO2
CO2
H2S
Carbón, promedio
1.96
4.72
994.71
0.00
Petróleo, promedio
1.82
5.45
759.09
0.00
Gas natural, promedio
1.34
0.01
550.25
0.00
Vapor geotérmico, promedio nacional
0.00
0.00
135.07
2.20
Tabla 1. Emisiones a la atmósfera por MWh generado en centrales termoeléctricas en México
(Fuente: Cap. 1: Prospectiva de la energía geotermoeléctrica)
Aguas de desecho: tratarse antes de disponerse o reinyectarse al yacimiento por su
potencial de contaminación (Li, As, B, Hg, Cu, Cd, F, Na, K, Cl, Al, etc.).
Subsidencia: Causada por extracción de fluidos; potencial daño local a plantas e
instalaciones de superficie.
Sísmica: microsismos causado pro extracción de fluidos; detectables con instrumentación
Ruido: causado por perforación, separación de vapor, construcción de plantas, pruebas con
liberación de vapor – a menudo temporal y cotrolable
Impacto visual: plantas localizadas en áreas con valor escénico de apariencia es importante.
Las plantas requieren poco espacio; con buen diseño armonizan con el medio ambiente
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
Conclusiones
• La energía geotérmica es una opción técnica y económicamente madura.
• Desde 1913 se ha estado generando electricidad comercialmente, en escala industrial,
a partir de la energía geotérmica.
• En la actualidad, 24 países cuentan con plantas geotermoeléctricas, con una capacidad
instalada total de 9,732 MWe. Para 2010 podría haber 10,993 MWe instalados.
• El costo de la energía geotérmica es de los mas bajos de los diferentes tipos de generación
• Las plantas de potencia incluyen: de vapor seco y separado, de ciclo binario, de ciclos
combinados e híbridos y de flujo total
• El potencial eléctrico enorme: A nivel internacional va de 70,000 MWe para sistemas
hidrotermales o mas de 100,000 MWE con EGS en EUA; En México asciende a 2,400 MWe: se
explota el 40%!!.
• México: uno de los países con mayor desarrollo geotérmico en generación eléctrica, ocupa el
cuarto lugar mundial en capacidad instalada (958 MWe), después de EUA, Filipinas e Indonesia
• México: más de 40 años de experiencia generando energía geotérmica; actualmente se
genera en 4campos geotérmicos: Cerro Prieto, Los Azufres, Los Humeros y Las Tres Vírgenes.
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
Conclusiones
• Al menos 72 países explotan comercialmente el calor geotérmico en forma directa, con
instalaciones que totalizan cerca de 30,000 MWt.
• La tecnología requerida está disponible y es bien conocida
• La utilización directa del calor geotérmico en México se limita a usos balneológicos:
capacidad instalada de unos165 MWt, distribuidos en más de 160 sitios en 19 estados
• Existen algunos proyectos de demostración, desarrollados por la CFE.
• Las aplicaciones actuales en México y en el mundo utilizan exclusivamente recursos
geotérmicos hidrotermales.
• En el corto o mediano plazo también será posible utilizar recursos de roca seca caliente
(HDR), por lo que actualmente se está desarrollando tecnología apropiada.
• La I&D se centra en exploración de recursos, perforación de pozos, desarrollo de materiales
para alta temperatura, Ingeniería de Yacimientos, Equipo de superficie y mejoras en plantas
de potencia.
• L geotermia es amigable con el ambiente: En 2008 se entregaron a plantas 62.6 millones de
ton de vapor geotérmico: equivalentes a 26.1 millones de barriles de petróleo. La electricidad
generada evitó el consumo de 1,722 millones de litros de combustóleo y 3.7 millones de litros
de diesel con la consecuente disminución de producción de contaminantes.
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
Diagrama de las placas oceánicas y continentales,
y movimiento de placas
180°
PLACA DE
NORTEAMERICA
60°
40°
PLACA
FARALLON
0°
SWARTSENG
LOS AZUFRES
PATHE
LOS HUMEROS
NAMAFJALL
LARDERELLO
MT. AMIATA
PLACA
DE
NAZCA
MATSUKAWA
PUGA
PL. DE ARABIA
PLACA
ANTARTICA
TENGWU OTAKE
PLACA
MAR DE PLACA
FILIPINAS DEL
PACIFICO
OLKARIA
KAWAH
KAMODJANG
EL TATIO
PLACA
INDO-AUSTRALIANA
PLACA DE
AMERICA
DEL SUR
KAWERAU
ROTORUA
BROADLANDS
WAIRAKEI
40°
60°
PARATUNKA
AFYON
PLACA
AFRICANA
PLACA DE
COCOS
PLACA DEL
PACIFICO
180
PAUZHETSKA
PLACA DEL
CARIBE
THE GEYSERS
120°
60°
PLACA EUROASIATICA
MEAGER MT.
YELLOWSTONE
CERRO PRIETO
0°
60°
120°
PLACA
ANTARTICA
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
Sistemas Hidrotermales
Fumarola
100 OC
Se encuentran formados por:
10 OC en superficie
Inicio de la
ebullición
Roca impermeable
Roca permeable

Una fuente de calor,

Agua

La roca en donde se
almacena el fluido.
(líquido y/o vapor)
Magma en proceso de enfriamiento
Son los únicos sistemas geotérmicos que se explotan de manera
comercial en la actualidad.
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
Las plantas geotermoeléctricas
características:
presentan
 Son flexibles, ya que pueden operar las
las
siguientes
24 horas del día o
pueden generar en horas pico.
 Emiten 35 veces menos CO2 que una planta que quema
carbón y 6 veces menos que una planta que quema gas natural.
Prácticamente no producen NOx, ni SOx
 Son confiables, ya que operan típicamente entre el 80 y 95% del
tiempo.
 Ocupan poco espacio y con un cuidadoso diseño armonizan
bien con el ambiente.
 Si se toman las medidas apropiadas para su explotación, el
impacto ambiental de los desarrollos geotérmicos se puede
eliminar casi completamente.
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
ENHANCED GEOTHERMAL SYSTEMS (EGS); HOT DRY ROCK (HDR); HOT FRACTURED ROCK (HFR)
Estado de
desarrollo
de los
sistemas
EGS
País
Algunos de sus principales avances
Alemania
Landau – Planta de 2.5 a 2.9 MWe en operación desde el otoño de 2007; Gross Schonebeck- Laboratorio
geotérmico in-situ de dos pozos (Fridelifsson et al., 2008; página web de ENGINE).)
Australia
Cooper Basin; 235-250°C a 4 km; a finales de 2008 planta piloto de 1 MWe, Diseño de planta de 50 MWe; costo
estimado de 3.5 c/kWh; 19 compañías trabajando en 140 áreas (67,000 km2) en 4 estados, inversión de 650
millones USD; Planes para establecer las primeras plantas de varios MWe en los próximos años; Geodynamics
Inc-planes de planta de 50 MWe en 2012 (Fridelifsson et al., 2008, página wed de Geodynamics).
Estados
Unidos
Fenton Hill –Perforación a -5 km en 1993; Coso –planes para instalar 20 MWe; Desert Peak en desarrollo; Las
reservas recuperables de esta energía en Estados Unidos se han estimado en más de 200,000 EJ, equivalentes a mas
de 2,000 veces la demanda anual de energía primaria; Steamboats, Geysers considerados para expansión a EGS
(Tester et al., 2007; Fridelifsson et al., 2008).
Francia
Soultz-sous-Forêts – Planta de 1.5 MWe; permeabilidad mejorada de fractura a 200°C; Planes de escalar a 6
MWe (4.5 MWe netos) Y diseño de planta de 50 MWE y LeMayet – Estudios hasta 800 m de profundidad de
1977 a 1989; poca actividad desde 1990 (Tester et al., 2007; Fridelifsson et al., 2008 ; página web de ENGINE).
India
India Central – lista para explotarse; Himalaya - a futuro; Explotación prevista hacia 2010 a un Costo estimado
- 5 US cents/kWh
Japón
Ogachi - Pruebas en pozos 1981-1983; Pozos OGC1 y OGC2 a 1000m 1990-1995, Pruebas de campo 1995-1998;
OGC3 a 1300 m 1998- 2004; Obtención de agua a 165°C y Hijiori – Perforación a 200m 197-1991; extensión a
2300 m en 1995; Pruebas de campo 1995-2003, Prueba de circulación de larga duración (1 año); Demostración de
concepto con planta de ciclo binario 3 meses (Tester et al., 2007; Kaieda et al., 2000; 2005; Matsunaga et al.,
2005).
Reino
Unido
Rosmanowes - perforación a 300 m en granito 1976-1980; avance a 2100 m 1983; avance a 2700 m 1992, No se
sabe de mas actividades (Tester et al., 2007; Arellano et al., 2008).
Suecia
Fjallbacka – Trabajos de 1985 a 1993, No se sabe de mas actividades (Tester et al., 2007).
Suiza
Basel – Planta piloto de cogeneración de 3MWe y 20 MWt: Fenómenos de Sísmica frecuente (Tester et al., 2007;
Fridelifsson et al., 2008).
Situación y
prospectiva
de la
energía
geotermoeléctrica
Uso en
Cascada y
Plantas
Híbridas
Localización
Planta de uso en cascada de energía geotérmica (cogeneración)
Empire Energy, NV,
EUA
Planta de ciclo binario (PCB) de 4 MWe: El calor geotérmico se usa en cascada en una planta de deshidratación de
cebolla y ajo y se planea usarlo en un criadero de peces
Althemim, Austria
PCB de 0.5MWe operando a 106°C que provee calor a unos 650 consumidores
Hotel Suginoi, Beppu,
Japón
Usa energía geotérmica a 143°C para operar una planta de vapor con condensación y el calor de desecho se usa en
el hotel para calefacción de espacios y en baños.
Hatchobaru, Japón
Usa el calor a 106°C del condensador de la planta para calefacción en un invernadero.
Fang, Tailandia
Opera una PCB a 116°C y el calor de desecho se usa en cascada en una planta de refrigeración (almacenamiento en
frio), secado de cultivos y un spa.
Mt. Amiata, Italia
Usa vapor a 184°C en una planta de condensación y suministra fluido caliente a 22 Has de invernaderos y en una
planta de deshidratación de vegetales.
Palinpinon, Filipinas
Fluido a 160°C del sistema de colección de vapor de una planta de 192MWe. El vapor se pasa por un IHx y el
fluido calentado a 154°C se usa en una planta de secado de copra (la carne seca del coco)
Nueva Zelanda
En Broadlands, la planta de Ohaaki proporciona vapor para secar alfalfa; en Wairakei, la planta de potencia
proporciona calor de desecho para 19 estanques de cultivo de camarón gigante; En Taupo, la planta proporciona
vapora un invernadero para cultivo de orquídeas
Los Azufres, México
Se usa el condensado de la tubería que alimenta a una planta de 50MWe en un secador experimental de madera, un
invernadero y para secado de frutas.
Svarstengi, Islandia
La planta proporciona electricidad (46.4 MWe) y calefacción distrital (150 MWt).
Americulture, EUA
Planta de ciclo Kalina de 1.42 MWe que suministra calor a un criadero de tilapia.
Milgro, NV EUA
Planta de flasheo de 1 MWe. El calor de desecho se usa en invernaderos.
Neustadt-Glewe,
Alemania
Consiste de una PCB de 210 kWe operando a 98°C con salmuera geotérmica y una planta de calefacción de 11
MWt que opera con salmuera y calor de desecho de la PCB (6MWt) y con gas para demanda pico (5MWt).
Bad Blumau, Styiria,
Austria
Consiste de una PCB de 0.25MWe operada con salmuera a 110°C y un sistema de calefacción distrital para
calefacción del hotel Rogner Bad Blumau operado a 85°C con el calor de desecho de la planta.
Ahuachapán,
Salvador
Solar thermal booster. Prototipo de planta, construido y probado, de generación de vapor con energía solar
calentando el agua separada en una planta de flasheo
El
Plantas hibridas o combinadas
Kawerau, NZ
Dos PCB reciben el calor de desecho de una planta de flasheo a unos 172°C.
Mulka y Birdsville, Aus
Una PCB de 20kWe y una planta de flasheo operan desde 1986
Aluto Langano, Etiopía
Primera planta que usa tecnología integrada de vapor y ciclo binario en Africa. Consiste de 1 PCB de 3.9 MWe
operando con vapor geotérmico y una PCB de 4.6 MWe que opera con salmuera y vapor de baja presión.
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
Generación de Energía Eléctrica.
Eólica
Biomasa
Geotermia
Microhidroeléctrica
Solar Parabólico
Solar FV
Costos de Inversión
(USD/kw)
Costos de Generación
(US¢/kwh)
850 - 1,700
500 - 4,000
1,200 - 5,000
1,000 - 5,000
3,000 - 6,000
4,500 - 7,000
3 - 12
2 - 15
2 - 11
2 - 15
10 - 25
18 - 80
Situación y prospectiva de la energía geotermoeléctrica
La geotermia en México
Zonas geotérmicas con gran potencial (Tulecheck, Piedras Lumbres
(Norte de México); El Ceboruco y Cerritos Colorados (Centro de
México), y Acoculco y Chichonal (Sur de México)