La energía geotérmica en México

Transcripción

1 La energía geotérmica en México 1. Aportación de la geotermia al desarrollo del país Luís C. A. Gutiérrez-Negrín Geocónsul, S. A. de C. V; Morelia, Michoacán, 58170, México 1.1 Introducción La geotermia es una fuente de energía que puede utilizarse de manera directa o indirecta. Entre sus principales usos directos está el aprovechamiento del agua caliente de manantiales para balnearios y spas, para calefacción de espacios y para procesos agrícolas o industriales. Su uso indirecto más relevante es el aprovechamiento del vapor geotérmico para generar energía eléctrica. En México, el principal aporte de la energía geotérmica al desarrollo del país está en la generación de electricidad, toda vez que sus usos directos han sido poco aprovechados, como se explica a continuación. 1.2 Usos directos de la geotermia en el desarrollo de México La aportación de la geotermia al desarrollo de México empieza prácticamente desde la época precolombina, a través del uso directo elemental de los recursos geotérmicos superficiales. Se estima que al menos mil años antes de la conquista española muchos asentamientos, principalmente en la parte central del país, se desarrollaron gracias a que había manifestaciones termales cercanas, lo que se refleja hasta la fecha en el extendido uso del nombre Atotonilco de muchos pueblos en diversos estados del centro de la república (Suárez-Arriaga et al., 1999). Atotonilco se deriva del náhuatl (atl: agua, totonili: caliente, co: lugar) y significa justamente lugar de agua caliente, mismo significado del nombre de los poblados de Puruándiro, Mich., en lengua purépecha, y del de Pathé, Hgo., en lengua otomí (Hernández-Galán et al., 1999). Poco después de la invención de la cerámica, que ocurrió en el llamado Periodo Preclásico (o Formativo) Tardío, entre los años 800 y 100 A. C., en los asentamientos cercanos a manifestaciones termales superficiales se popularizó la costumbre de cocinar y colocar recipientes en manantiales de agua hirviente, en emanaciones de vapor o enterrados en suelos calientes. Cocinar con vapor sigue siendo un uso tradicional del calor geotérmico en las zonas termales de México (Suárez-Arriaga et al., 1999). 1

2 Otro antiguo uso directo de la geotermia es el baño de vapor. Este se preparaba al derramar agua fría sobre piedras calientes que al principio se tomaban del derredor de manifestaciones termales. Más tarde se construyeron pequeñas estructuras dómicas de piedra volcánica y mortero llamadas temazcales, dentro de las cuales se apilaban piedras calentadas al fuego y se generaba vapor al derramar sobre ellas agua fría. Aunque el uso de los temazcales fue religioso, dedicado a la diosa de la Tierra y del parto y utilizado por mujeres embarazadas y niños, después se generalizó su empleo con objetivos terapéuticos o simplemente recreativos (Suárez-Arriaga et al., 1999). Oaxtepec, localizado en el Valle de Cuautla, Mor., al sur de la Ciudad de México, es un asentamiento fundado por los olmecas y convertido en residencia de verano de los emperadores aztecas, donde estuvo el mayor jardín botánico del continente americano. Dentro del jardín había varios manantiales de agua sulfurosa a unos 25 C de temperatura, que utilizaban los guerreros aztecas para curar sus heridas. El agua también se empleaba para riego, con lo que Oaxtepec es el primer antecedente prehispánico de un método de cultivo conocido actualmente como hidroponia (Suárez-Arriaga et al., 1999). Pese al notable aporte que los usos directos de la geotermia tuvieron en el incipiente desarrollo del México precolombino, en la actualidad esos usos directos se restringen a balnearios y spas de tipo recreativo y/o terapéutico. Se ha calculado que los balnearios y spas instalados en 19 estados de la república utilizan recursos geotérmicos del orden de 156 megawatts térmicos (MWt) con un volumen promedio total de unos 3.2 m 3 por segundo (m 3 /s), equivalente a unas 11,600 toneladas métricas por hora (t/h) de agua caliente. Aunque la temperatura superficial promedio de los manantiales empleados para este uso varía entre 32 y 77 C, la temperatura media nacional se estima en 40 C, se aprovecha una energía total de 3,600 terajoules (TJ) por año (Gutiérrez-Negrín y Quijano-León, 2005). La mayoría de esos balnearios y spas han sido instalados y son operados por inversionistas privados, pero hay algunos manejados por instituciones del gobierno federal (como el Instituto Mexicano del Seguro Social) y de los gobiernos estatales y municipales, así como por grupos de ejidatarios. 2

3 Por su parte, la Comisión Federal de Electricidad (CFE) a través de su Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos (GPG), ha desarrollado algunos proyectos piloto para promover el uso de la geotermia en proyectos agroindustriales, principalmente en los campos geotérmicos de Los Azufres, Mich., y Los Humeros, Pue. En el campo de Cerro Prieto, BC, que es el mayor de México, la CFE impulsó en el pasado dos proyectos para utilizar la salmuera de desecho del proceso de generación geotermoeléctrica. Uno de ellos consistía en explotar algunos minerales, como los cloruros de litio y de potasio, que se concentran naturalmente en la laguna de evaporación solar que se opera en el campo, y el otro consistió en instalar una lavandería industrial operada con calor residual de la misma salmuera de desecho. Ambos proyectos debieron abandonarse. En el campo de Los Azufres, Mich., las oficinas y otras instalaciones de la CFE son calentadas con calor proveniente de la salmuera geotérmica de desecho, a través de un intercambiador de calor. Ahí hay una capacidad instalada de casi medio megawatt térmico (0.46 MWt) para calefacción de espacios, utilizándose un flujo promedio anual de 1.4 litros por segundo, equivalente a unas 5 t/h de agua (salmuera) caliente para una energía total de 4.4 TJ anuales. También en ese campo la CFE instaló una cámara para el secado de madera y un deshidratador de frutas y verduras que funcionan con calor geotérmico de la salmuera de desecho. En estos dos pequeños proyectos piloto se tiene una capacidad instalada de MWt, y se utiliza un flujo promedio anual de 0.16 t/h aprovechándose 0.1 TJ de energía al año (Gutiérrez-Negrín y Quijano- León, 2005). El proyecto piloto de Los Humeros ya no está en operación. 1.3 Inicios de la generación geotermoeléctrica en México Los primeros estudios para utilizar los recursos geotérmicos en el país para generar electricidad pueden rastrearse hasta la década de los cuarenta cuando Luis F. de Anda, entonces Ingeniero Director de la CFE tiene noticias del campo de Larderello, Italia, y José Ísita Septién prepara su tesis profesional sobre la geohidrología de la zona geotérmica de San Bartolomé de los Baños, Gto. Esto, junto con el surgimiento del volcán Paricutín en febrero de 1943 en el poblado de San Juan Parangaricutiro, al noreste de Michoacán, contribuyó al interés por aprovechar el calor interno de la tierra para generar energía eléctrica. En 1951 Luis F. de Anda publica su Estudio preliminar sobre el aprovechamiento geotérmico de los géysers de Ixtlán de los Hervores, Michoacán en energía para el sistema combinado Chapala-Guanajuato- Michoacán y presenta a la CFE un estudio sobre la factibilidad de generar energía eléctrica en México mediante la geotermia. 3

4 En 1955 se crea la Comisión de Energía Geotérmica (CEG), encabezada por Luis F. de Anda, y poco tiempo después empieza la perforación del primer pozo geotérmico en México, en el campo de Pathé, Hgo., ubicado a unos 300 km al norte de la Ciudad de México. Este pozo, identificado como Pathé 1, produjo vapor en enero de Este mismo año se expiden las primeras disposiciones legales relativas a la geotermia, mediante las cuales se otorgaba preferencia a la CFE en la extracción de agua caliente y vapor para generar energía eléctrica (Quijano-León y Gutiérrez-Negrín, 2003). En 1958 el primer pozo perforado en la zona de Ixtlán de los Hervores produjo vapor. Ese mismo año, directivos de la CFE firmaron un convenio en Larderello, Italia, para adquirir una unidad geotermoeléctrica de 3.5 MW de capacidad. La unidad fue instalada en el campo de Pathé y empezó a operar el 20 de noviembre de 1959, para lo cual fue necesario traer un transformador de frecuencia de 50 a 60 Hz de una mina que operaba en la región (Quijano-León y Gutiérrez-Negrín, 2003). Esta fue la primera planta geotermoeléctrica en el continente americano, y aunque nunca operó a toda su capacidad debido a la insuficiencia de vapor, estuvo funcionando hasta 1973 cuando fue desmantelada. Actualmente se exhibe como pieza de museo en el campo geotérmico de Los Azufres, Mich. En el mismo año de 1958 se realizaron los primeros reconocimientos geológicos en el campo de Cerro Prieto, BC. Los recursos geotérmicos en esta zona habían sido identificados desde la época colonial, cuando el explorador español Melchor Díaz se adentró en la parte baja del delta del Río Colorado y continuó después hacia el noroeste hasta llegar a la zona de manifestaciones termales. Díaz describió así el asombro de sus acompañantes ante las fumarolas, manantiales termales y volcanes de lodo que vieron en la llamada Laguna Vulcano de Cerro Prieto en 1540: Yendo como iban caminando, dieron en unos médanos de ceniza ferviente que no podía nadie entrar en ellos porque fueran a entrarse a ahogar en el mar. La tierra que hallaban temblaba como témpano que parecía que estaban debajo de algunos lagos. Pareció cosa admirable que así hervía la ceniza en algunas partes, que parecía cosa infernal (CFE, 1998). Entre 1959 y 1960 se perforaron en Cerro Prieto tres pozos someros (de 300 a 700 m) que produjeron agua y vapor con bajas temperaturas. Entre 1961 y 1962 se llevaron a cabo estudios geológicos de detalle, estudios geofísicos (sísmica de refracción y de reflexión y gravimetría) y estudios geoquímicos. Con la información obtenida se localizó y perforó 4

5 el pozo M-3, que fue el primer pozo profundo (2,629 m) y que el 14 de agosto de 1963 comenzó a producir una mezcla de agua y vapor con muy alta temperatura y presión. Cabe recordar que en 1962 se requerían 12 millones de pesos de entonces para perforar cuatro pozos profundos, y que el Director de la CFE en esa época, el Ing. Manuel Moreno Torres, solicitó financiamiento al Banco Mundial. Los funcionarios de esta institución respondieron que la geotermia no era una fuente de energía confiable, y la CFE debió perforar los pozos con sus propios recursos (Alonso, 2006). En 1964 se perforaron cuatro pozos exploratorios profundos más en Cerro Prieto, en los que se registraron temperaturas de hasta 300 C y buena producción de vapor, por lo que entre 1967 y 1968 se perforaron otros 14 pozos productores en la zona conocida actualmente como Cerro Prieto I (CP-I). En septiembre de 1969 empezó la construcción de las dos unidades iniciales de 37.5 MW cada una, la primera de las cuales entró en operación en abril de 1973 y la segunda en octubre de ese mismo año (CFE, 1998). En 1971 la Comisión de Energía Geotérmica fue disuelta y su personal y equipos pasaron a la CFE en donde se constituyó la Residencia de Cerro Prieto, encargada del desarrollo de este campo, así como una Oficina de Estudios Geotérmicos, dependiente del entonces Departamento de Planeación y Estudios, el cual pasó a hacerse cargo del estudio y exploración geotérmica en el resto del país. En 1978 esa oficina se convirtió en el Departamento de Geotermia, y en 1979 la residencia se transformó en la Coordinadora Ejecutiva de Cerro Prieto. El desarrollo geotérmico alcanzado en este campo y en la parte central de México entre 1976 y 1979, hizo necesario unir los conocimientos, experiencias y esfuerzos de ambas áreas y se autorizó la creación de la Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos, que empezó sus operaciones a principios de 1981 y que se formalizó el 18 de noviembre de ese año, estableciéndose su sede en Morelia, Mich. (Alonso, 2006). 1.4 La geotermoelectricidad actual La capacidad geotermo-eléctrica instalada en México ha ido creciendo, desde los 3.5 MW de la primera unidad instalada en Pathé en 1959 hasta 958 MW en la actualidad. El crecimiento no ha sido constante, como se observa en la Figura 1. El principal salto ocurre entre 1982 y 1986, año en el que entran en operación 335 MW, consistentes en tres unidades de 110 MW en el campo de Cerro Prieto (la primera de CP-II y las dos de CP-III) y la unidad 6 de 5 MW en el campo de Los Azufres. Estas unidades, sumadas a las que ya estaban operando en ese tiempo, 5

6 resultan en el total de 540 MW que se indica para ese año en la Figura 1.1. Capacidad instalada (MW) Años Fig. 1.1 Evolución de la capacidad geotermoeléctrica instalada en México. La capacidad geotermoeléctrica se distribuye en cuatro campos geotérmicos actualmente en explotación, que son los de Cerro Prieto, BC, con 720 MW, Los Azufres, Mich., con 188 MW, Los Humeros, Pue., con 40 MW, y Las Tres Vírgenes, BCS, con 10 MW. Cerro Prieto es el mayor campo del país y el segundo más grande del mundo. Está localizado a unos 30 km al sureste de Mexicali, capital de Baja California, muy cerca de la frontera con Estados Unidos, y a una elevación de 6 m sobre el nivel del mar en la planicie aluvial que forma el Valle de Mexicali. Justamente esa cercanía con Estados Unidos permitió que la CFE pudiera exportar energía eléctrica producida en este campo, a través de un contrato a diez años firmado en 1986 con las compañías privadas californianas Pacific Gas and Electric Co. y Southern California Edison. Mediante ese contrato se exportó la energía generada por 220 MW de capacidad, del orden de 2000 gigawatts-hora (GWh) anuales, lo que permitió la captación de entre 80 y 85 millones de dólares por año. Cerro Prieto se ubica en una cuenca de tipo transtensional producida entre dos fallas laterales activas pertenecientes al sistema de San Andrés: la falla Cerro Prieto y la falla Imperial. En el subsuelo de esa cuenca, el proceso de adelgazamiento de la corteza continental ha 6

7 generado una anomalía térmica, que es la que finalmente aporta el calor del sistema geotérmico. Los fluidos geotérmicos están contenidos en una serie de rocas sedimentarias (lutitas con abundantes intercalaciones de areniscas lenticulares) con un espesor promedio de 2,400 metros. El volcán Cerro Prieto, del cual toma su nombre el campo, es la única prominencia volcánica de la región. Tiene una altura de 260 m, es de composición riodacítica a dacítica, y una edad cuaternaria, cuyas últimas lavas fueron extruidas hace 10 mil años. Sin embargo, no tiene relación con la fuente de calor del sistema geotérmico a profundidad. Para la extracción de los fluidos geotérmicos se han construido en Cerro Prieto más de 400 pozos, con profundidades que llegan hasta los 4,400 m, aunque la profundidad media actual es del orden de 2,500 m. En promedio, están en operación continua 167 pozos productores y 13 pozos inyectores. Los pozos productores extraen 5,200 t/h de vapor que van acompañadas de 7,200 t/h de salmuera. Esta es conducida mediante canales abiertos o tuberías hacia la laguna de evaporación solar donde se evapora o se reintegra al yacimiento a través de los pozos inyectores. La laguna de evaporación solar se construyó en la parte occidental del campo en una superficie de 14.3 km 2. En su interior hay bordos que configuran un caracol a través del cual se va moviendo el agua de desecho mediante un cárcamo de bombeo que va depositando las sales que contiene. Los más de 62 millones de toneladas de agua que se descargan anualmente en la laguna, tienen un contenido equivalente de 700 mil toneladas de cloruro de sodio, 140 mil de cloruro de potasio, casi 50 mil de cloruro de calcio y casi 5 mil de cloruro de litio. Los 720 MW de capacidad instalada actual en Cerro Prieto están constituidos por cuatro unidades de doble flasheo de 110 MW cada una, cuatro unidades de flasheo sencillo de 37.5 MW cada una, una unidad de baja presión de 30 MW y cuatro unidades más de flasheo sencillo de 25 MW cada una. Las trece unidades turbogeneradores son de tipo de condensación. En 2008 esas unidades fueron alimentadas por 43.7 millones de toneladas de vapor para generar un total de 5,176 GWh durante ese año. Por su parte, el campo geotérmico de Los Azufres se localiza en una sierra a 2,800 m de altitud, en medio de un bosque de pino declarado como zona de reserva forestal desde Es un campo volcánico que forma parte de la faja volcánica mexicana, con fluidos geotérmicos alojados en rocas de composición andesítica afectadas por tres sistemas 7

8 de estructuras, producidos por movimientos tectónicos de tipo regional y local. El más importante de esos sistemas presenta una dirección general este-oeste y es el que controla a profundidad el movimiento de los fluidos. La fuente de calor del sistema geotérmico del subsuelo parece asociarse con la cámara magmática que alimentó al Volcán de San Andrés, que es la principal prominencia de la zona. Los primeros trabajos exploratorios de la CFE en Los Azufres empezaron a principios de los setenta, perforándose el primer pozo exploratorio en A la fecha hay 39 pozos productores en operación continua, con profundidades que van desde poco más de 600 m hasta casi 3,500 m, con un promedio de 1,600 m. En ellos se ha registrado una temperatura máxima de 360 C, y actualmente producen 1,670 t/h de vapor y 520 t/h de salmuera, la cual se regresa en su totalidad al subsuelo a través de seis pozos inyectores. Como se mencionó, hay 188 MW de capacidad instalada en el campo de Los Azufres, distribuidos de la manera siguiente: una unidad a condensación de 50 MW, cuatro unidades a condensación de 25 MW cada una, siete unidades a contrapresión de 5 MW cada una y dos unidades de ciclo binario de 1.5 MW cada una. Las cinco unidades a condensación son de flasheo sencillo. Con excepción de las dos pequeñas unidades de ciclo binario, que funcionan aprovechando el calor residual de la salmuera, las otras 12 unidades turbogeneradoras fueron alimentadas en 2008 por 13.7 millones de toneladas de vapor y generaron 1,516 GWh de energía eléctrica. Los Humeros es otro campo volcánico, ubicado en la parte oriental de la Faja Volcánica Mexicana en los límites de los estados de Puebla y Veracruz, en el interior de una caldera volcánica y a unos 2600 m sobre el nivel del mar. Aquí también son rocas andesíticas las que alojan a los fluidos geotérmicos, a profundidades del orden de 2,000 m. La fuente de calor es la cámara magmática que produjo los eventos caldéricos, el más reciente de los cuales concluyó hace cien mil años. Los Humeros deben su nombre a las abundantes fumarolas que algunos pobladores confundían con humo. El primer pozo exploratorio en Los Humeros se perforó en A la fecha se han perforado más de 40 pozos, con profundidades entre 1,450 y 3,250 m, en los que se ha registrado una temperatura máxima de casi 400 C. De ese total, hay 20 pozos en producción continua de los que se extrae un flujo promedio de 550 t/h de vapor, acompañado de 52 t/h de salmuera. La salmuera se regresa al yacimiento en su totalidad a través de tres pozos inyectores. 8

9 El campo empezó a generar energía eléctrica en 1991, y en la actualidad hay ocho unidades a contrapresión de 5 MW cada una, la última de las cuales entró en operación comercial en Estas ocho unidades fueron alimentadas en ese año de 2008 por 4.2 millones de toneladas de vapor para generar un total de 313 GWh de energía eléctrica, la cual se envió al sistema de distribución de la CFE de Libres-Oriental y representó alrededor del 60% del consumo de la ciudad de Xalapa, Ver. El más reciente campo geotérmico en explotación es el de Las Tres Vírgenes, ubicado casi en los límites entre los estados de Baja California y Baja California Sur, a 40 km al noroeste de Santa Rosalía, BCS. El campo se denomina así por tres volcanes alineados de norte a sur y el campo está en la zona de amortiguamiento de la zona de reserva de la biosfera de El Vizcaíno, la mayor de América Latina. Los fluidos del yacimiento están contenidos en rocas intrusivas (granodioritas), a profundidades mayores de 2,000 m. La fuente de calor parece estar relacionada con la cámara magmática del volcán de La Virgen, el más meridional y reciente de los tres, la cual a su vez es producto de los movimientos tectónicos que abrieron el Golfo de California y que siguen separando a la península del continente a razón de 5 cm/año. La CFE empezó los primeros estudios en el campo desde 1983 y en 1986 se perforó el primer pozo exploratorio. Después de una nueva y más completa campaña de estudios, en 1993 se reanudó la perforación de pozos exploratorios, y en 1998 se tomó la decisión de instalar las primeras unidades a condensación de 5 MW de capacidad cada una. A la fecha se han perforado diez pozos con profundidades de 1,300 a 2,500 m y un promedio de 2,000 m, con temperaturas máximas de 250 C. Los tres pozos productores que operan actualmente producen 63 t/h de vapor y 200 t/h de salmuera, la cual se regresa al yacimiento mediante dos pozos inyectores. El campo empezó a generar en 2001, al entrar en operación las dos unidades a condensación de 5 MW cada una. Estas unidades generaron en GWh, fueron alimentadas por 336 mil toneladas de vapor. 1.5 Impacto de la geotermia en la generación de electricidad La capacidad geotermoeléctrica actual en México es, como se dijo, de 958 MW, integrados por 37 unidades turbogeneradoras de distintos tipos (a condensación de flasheo simple y doble, a contrapresión y de ciclo binario) y capacidades (desde 1.5 hasta 110 MW en tándem de dos unidades de 55 MW cada una) que operan en cuatro campos 9

10 geotérmicos. Esas unidades recibieron en 2008 un total de 62.6 millones de toneladas de vapor gracias al cual generaron 7,047 GWh de electricidad. En 2008 la capacidad eléctrica total de México para el llamado servicio público de energía eléctrica, fue de 51,105 MW, incluyendo a la CFE, a Luz y Fuerza del Centro (LFC) y a los productores privados de energía que por ley venden su generación a la CFE (Sener, 2009). Sin incluir la capacidad eléctrica de autoabastecimiento ni cogeneración, la cual se destina a usos propios y no al servicio público, la capacidad geotermoeléctrica instalada en México en 2008 representó apenas el 1.9% de la capacidad eléctrica total (Fig. 1.2). 5.1% 2.7%1.9% 0.2% Petróleo y gas Hidroeléctrica 22.2% Carbón Nuclear 68.0% Geotermia Eólica Fig Distribución de la capacidad eléctrica instalada en México por tipo de tecnología y combustible empleado. Por otra parte, la generación de energía eléctrica para servicio público en el país fue de poco más de 234,000 GWh en 2008 (Sener, 2009). De ese total, las centrales geotermoeléctricas generaron 7,047 GWh, lo que equivale al 3% (Fig. 1.3). Vale la pena advertir en las figuras 1.2 y 1.3 que mientras la capacidad hidroeléctrica representa el 22.2% del total, la generación efectiva de electricidad de estas plantas se redujo al 16.6% del total generado en ese año. 10

11 Fig.1.3. Distribución de la generación de energía eléctrica en México por tipo de tecnología y combustible empleado. Como se puede apreciar en ambas figuras, el aporte de la geotermia a la generación de electricidad en el ámbito nacional es poco significativo. Sin embargo, la situación cambia radicalmente si se considera el impacto de las centrales geotermoeléctricas en el ámbito local. Por ejemplo, las plantas geotermoeléctricas del campo de Cerro Prieto entregan su energía al sistema de distribución Baja California, que es un sistema independiente y aislado de la red de distribución nacional, y que incluye importantes centros de consumo como las ciudades de Mexicali, Tijuana y Ensenada. En este sistema, casi la mitad de la demanda es cubierta por la energía generada en el campo de Cerro Prieto, y hubo años, como en 1989, en los que casi el 80% de la energía eléctrica generada en ese sistema fue de tipo geotermoeléctrico (ver Fig. 1.4). En este caso, la aportación de la geotermia al desarrollo de esta importante porción del territorio nacional ha sido fundamental en los últimos treinta años. Por otro lado, las dos unidades que operan en el campo de Las Tres Vírgenes, en BCS, entregan su energía eléctrica a un pequeño circuito de distribución, también aislado de la red nacional, que comprende a las poblaciones de Santa Rosalía, Mulegé y San Ignacio. Antes de la entrada en operación de la central de Las Tres Vírgenes, la generación de electricidad se realizaba con nueve plantas diesel y una turbogás, que requerían de constante mantenimiento y tenían un alto consumo de combustible, el cual debía transportarse desde el continente por barco. Solamente por concepto de diesel, la CFE gastaba más de un peso por 11

12 cada kilowatt-hora (kwh) generado, a precios del año En la actualidad, aunque ambas unidades aún operan a la mitad de su capacidad total, se estima que la energía generada en 2008 satisfizo entre el 55 y el 60% de la demanda en esas poblaciones. En este caso, la geotermia también representa una aportación relevante al desarrollo de la zona. Fig Aportación de Cerro Prieto a la generación eléctrica total en el sistema de distribución Baja California. Otra aportación importante de la geotermia al desarrollo de México es el ahorro en el consumo de petróleo y sus derivados que se ha obtenido gracias a su uso para generar energía eléctrica. Es decir, de no haberse aprovechado los recursos geotérmicos del país, la energía que efectivamente se genera por este medio habría tenido que producirse mediante plantas termoeléctricas convencionales con base en derivados del petróleo. El consumo unitario promedio anual de combustible en cuatro plantas termoeléctricas convencionales que opera actualmente la CFE (las centrales San Luis Potosí, Manuel Álvarez Moreno, Punta Prieta II y Puerto Libertad), que son muy representativas de este tipo de plantas, es de litros de combustóleo y de litros de diesel por cada kilowatt-hora (kwh) generado. Por lo tanto, si los 7,047 GWh generados por los campos geotérmicos en 2008 se hubiesen producido en plantas termoeléctricas convencionales, se habrían consumido un total de 1,722 millones de litros de combustóleo y de 3.7 millones de litros de diesel. Ahora bien, de un barril estándar de petróleo crudo de 159 litros normalmente se obtienen: litros de gasolina, litros de 12

13 diesel, 4.77 litros de turbosina, litros de combustóleo, 6.36 litros de asfalto y coque, y litros de gas licuado. Así, en teoría se hubiese requerido procesar millones de barriles de petróleo crudo para obtener los 1,722 millones de litros de combustóleo necesarios para generar los 7,047 GWh producidos por la geotermia en Otra manera de estimar qué tanto petróleo le ha evitado consumir al país la geotermoelectridad, es obtener la equivalencia de sus respectivos contenidos energéticos. Para ello, considérese que la energía del vapor geotérmico puede definirse como el producto de su masa por su entalpía (Ev = Mv*h), mientras que la energía del petróleo puede definirse como el producto de su masa por su poder calorífico (Ep = Mp*Pc). Por lo tanto, para la misma cantidad de energía (Ev = Ep), se tendrá que Mv*h = Mp*Pc. De aquí se puede obtener la masa del petróleo, que sería igual a la masa del vapor geotérmico multiplicado por su entalpía y dividido por el poder calorífico del petróleo, es decir: Mp = Mv*h/Pc. La entalpía del vapor geotérmico (h) a una presión de separación de 8 bars es de 2,769 kj/kg, mientras que el poder calorífico del petróleo (Pc) es de 1,583,245.7 kcal por barril, equivalente aproximadamente a 9, kcal/kg ó a 41, kj/kg. Por lo tanto, h/pc resulta ser: 2,769/41, = La cantidad total de vapor geotérmico entregada a las centrales geotermoeléctricas en 2008 fue, como se indicó antes, de 62.6 millones de toneladas (en realidad 62,570,547 toneladas métricas). Por lo tanto, la cantidad de petróleo equivalente es de: Mp = 62.6 x 10 9 * = x 10 9 kg de petróleo, que son unos 26.1 millones de barriles de petróleo. En resumen, puede decirse que la producción de vapor geotérmico durante 2008 en los cuatro campos en operación equivale en contenido energético a 26 millones de barriles de petróleo, y que la generación de energía eléctrica de origen geotérmico en ese mismo año evitó el consumo anual de 1,722 millones de litros de combustóleo y de 3.7 millones de litros de diesel para cuya obtención habrían tenido que procesarse millones de barriles de petróleo crudo. 1.6 Conclusiones Es evidente que la geotermia tuvo una influencia mucho mayor en el desarrollo de los asentamientos precolombinos en México de la que ha tenido posteriormente y en la actualidad, ya que en la antigüedad la mera presencia de manifestaciones termales en un área podía ser el elemento decisivo para que un grupo de pobladores decidiera asentarse en ella. En esa época, los recursos geotérmicos se utilizaban 13

14 directamente para cocinar y en baños rituales o terapéuticos, sin existir usos indirectos. En la actualidad la situación se ha invertido, pues el principal uso de la geotermia es indirecto para generar energía eléctrica, mientras que sus usos directos han permanecido muy poco desarrollados. En el México moderno el aprovechamiento de los recursos geotérmicos para generar electricidad ha resultado fundamental en el desarrollo de ciertas regiones del país, como la península de Baja California, y en el ámbito nacional ha permitido el ahorro de importantes cantidades de petróleo. Adicionalmente, entre 1986 y 1996 la geotermia posibilitó el ingreso de divisas al país del orden de 80 a 85 millones de dólares anuales gracias a la exportación de energía eléctrica a California. Finalmente, una aportación indirecta, pero no despreciable, de la geotermia al desarrollo de México es el carácter ambientalmente inocuo del proceso de generación geotermoeléctrica. En la Tabla 1 se reporta la emisión a la atmósfera de diversos gases contaminantes que ocasiona la generación de un megawatt-hora (MWh) de energía eléctrica de acuerdo con el tipo de central en la que se produce la electricidad. Puede verse que el uso de vapor geotérmico evita la emisión de óxidos de nitrógeno y de azufre a la atmósfera, que son los precursores de la lluvia ácida. Asimismo, se ve que las unidades geotermoeléctricas emiten una cantidad de bióxido de carbono mucho menor que las centrales que emplean combustibles convencionales. Como se sabe, el CO 2 es el principal gas de efecto invernadero y responsable del fenómeno de calentamiento global. El uso del vapor geotérmico permite que por cada megawatt-hora generado se emita a la atmósfera sólo un 14% de la cantidad que emite una planta carboeléctrica, un 18% de la que emite una planta a base de petróleo y un 25% de la que emite una central a base de gas natural. Finalmente, la cantidad de ácido sulfhídrico que las plantas geotermoeléctricas emiten a la atmósfera, y que no emiten plantas a base de combustibles fósiles, está dentro de límites de seguridad internacionales y no implica mayor impacto al ambiente más allá de su mal olor característico. Centrales termoeléctricas a base Emisiones a la atmósfera en kg/mwh de: NOx SO2 CO2 H2S Carbón, promedio Petróleo, promedio Gas natural, promedio Vapor geotérmico, promedio nacional Fuente: Elaboración propia con datos de la Comisión Federal de Electricidad. 14

15 Tabla 1. Emisiones a la atmósfera por megawatt-hora generado en centrales termoeléctricas en México Por lo tanto, puede decirse también que la geotermia ha sido, y es, una aportación ambientalmente favorable al desarrollo de México. 1.7 Referencias Alonso, H., años de nuestra gerencia. Notigeotermia, Boletín bimestral interno de la GPG, No. 17, pp CFE, Campo geotérmico de Cerro Prieto. Folleto informativo publicado por la Residencia General Cerro Prieto de la Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos de la CFE. Mexicali, BC, Gutiérrez-Negrín, L.C.A, and J.L. Quijano-León, Update of geothermics in Mexico. Proceedings of the World Geothermal Congress 2005, Antalya, Turkey, April, Hernández Galán, J.L., J. Guiza Lámbarri and M.C. Suárez Arriaga, An overview of the historical aspects of geothermal influences in Mesoamerica. In: Stories from a Heated Earth, R. Cataldi, S.F. Hodgson and J.W. Lund, eds., Geothermal Resources Council and International Geothermal Association, Sacramento, CA., 1999, pp Quijano-León, J.L., and L.C.A. Gutiérrez-Negrín, An unfinished journey: 30 years of geothermal-electric generation in Mexico. Geothermal Resources Council Bulletin, September-October 2003, pp Sener, Sección de Estadísticas en el portal público de la Secretaría de Energía, México: Consulta: 16 Febrero Suárez Arriaga, M.C., R. Cataldi and S.F. Hodgson, Cosmogony and uses of geothermal resources in Mesoamerica. In: Stories from a Heated Earth, R. Cataldi, S.F. Hodgson and J.W. Lund, eds., Geothermal Resources Council and International Geothermal Association, Sacramento, CA., 1999, pp

16 2. Situación panorámica de la geotermia en México V.M. Arellano Gómez Instituto de Investigaciones Eléctricas, Gerencia de Geotermia, División Energías Alternas; Cuernavaca, Morelos, 62490, México 2.1 Resumen de la situación actual Actualmente los recursos geotérmicos de México no solamente se aprovechan en la generación de electricidad, sino también en pequeña escala, en una variedad de actividades agrupadas bajo el nombre genérico de usos directos. Entre los mismos se pueden mencionar los siguientes: balnearios termales, calefacción de oficinas, invernaderos, secado de frutas y verduras, germinado de bulbos, producción acelerada de flores, criadero de hongos comestibles y secado de madera. Capacidad instalada y generación de electricidad En México actualmente se explotan cuatro campos geotérmicos: Cerro Prieto en Baja California, Los Azufres en Michoacán, Los Humeros en Puebla y Las Tres Vírgenes en Baja California Sur (Figura 2.1). CERRO PRIETO 720 MW TRES VIRGENES 10 MW CERRITOS COLORADOS 75 MW LOS HUMEROS 40 MW LOS AZUFRES 188 MW Fig. 2.1 Campos en explotación, evaluados y manifestaciones termales 16

17 Durante 2008, las plantas de Cerro Prieto se alimentaron de 43.7 millones de toneladas de vapor para generar un total de 5,176 GWh, las plantas de Los Azufres se alimentaron de 13.7 millones de toneladas de vapor y generaron 1,516 GWh, las plantas de Los Humeros se alimentaron de 4.2 millones de toneladas de vapor para generar un total de 313 GWh y las plantas de Las Tres Vírgenes generaron 32.8 GWh. La potencia geotérmica instalada en México es de 953 MWe, que representó aproximadamente el 2 % de la capacidad instalada en el país en el año En este mismo año la geotermia generó 7,047 GWh de electricidad, que contribuyó con el 3 % de la generación eléctrica total, debido a los altos factores de planta que se tienen. México ocupa actualmente el cuarto lugar mundial en potencia geotermoeléctrica instalada (Bertani, 2007; Fridleifsson et al., 2008), después de Estados Unidos (2687 MWe), Filipinas ( MWe) e Indonesia (992 MWe). En México, la generación de electricidad por medio de plantas geotermoeléctricas es una realidad y se estima que para el año 2010 se contará con una capacidad instalada de 1178 MWe debido a la entrada en operación de los proyectos Cerro Prieto V (100 MWe) y Los Humeros II (46 MWe). El proyecto Cerritos Colorados, Jalisco (75 MWe), aún no tiene fecha programada para entrar en operación. Usos directos En la actualidad el principal uso directo de la energía geotérmica en México es la balneología. Se estima que la capacidad instalada es de aproximadamente 164 MWt distribuidos en más de 160 sitios en 19 estados de la República (Tabla 2.1, Gutiérrez-Negrín y Quijano-León, 2005). Esta capacidad instalada es modesta en relación con el tamaño de los recursos existentes y también en cuanto a la variedad de aplicaciones posibles. Existen también algunos proyectos piloto, desarrollados por la CFE, que ilustran algunas posibles aplicaciones directas del calor geotérmico en México (Tabla 2.1). Las mismas fueron implementadas en los campos geotérmicos de Los Azufres, Los Humeros y Cerritos Colorados. Estos proyectos incluyen: calefacción de oficinas, invernaderos para apoyar las labores de reforestación (Ortega-Varela, 1997), secado de frutas y verduras (Casimiro-Espinosa, 1997), germinado de bulbos, producción acelerada de flores, criadero de hongos comestibles (Salazar Loa, 1997) y secado de madera (Pastrana-Melchor, 1997). 17

18 Otros recursos La Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos de la CFE ha establecido la existencia de más de dos mil trescientas manifestaciones termales en la República Mexicana (Fig. 2.1), las cuales están distribuidas en 29 de las 32 entidades federativas de nuestro país. Se han efectuado estudios de factibilidad en cuando menos 30 sitios. En algunos lugares ya se han perforado pozos exploratorios. Entre los más recientes podemos mencionar a Los Negritos Mich., y Acoculco, Pue. Tabla 2.1. Utilización directa del calor geotérmico en México, 2005 (adaptada de Gutiérrez-Negrín y Quijano-León, 2005) Localidad Tipo T entrada ( C) Capacidad (MWt) Energía (TJ/año) Factor de capacidad Los Azufres, Mich. A Los Azufres, Mich. B Los Azufres, Mich. G Los Azufres, Mich. H Los Humeros, Pue. O Cerritos Colorados, Jal. B Aguascalientes B Chiapas B Chihuahua B Coahuila B Durango B Guanajuato B Hidalgo B Jalisco B México B Michoacán B Morelos B Nuevo León B Querétaro B San Luis Potosí B Sinaloa B Tlaxcala B

19 Veracruz B Zacatecas B TOTAL (PROMEDIO) (50.2) , (0.757) A = Secado de productos agrícolas (granos, frutas, vegetales) B = Balnearios y balneología G = Invernaderos H = Calefacción de edificios O = Otros (cultivo de hongos) 2.2 Análisis situacional Oportunidades Dentro del conjunto de circunstancias que ofrecen opciones potencialmente favorables para el aprovechamiento de la energía geotérmica se pueden mencionar las siguientes: Uno de los cinco objetivos centrales del Programa Sectorial de Energía comenta la necesidad de ampliar la cobertura del servicio eléctrico en comunidades remotas y utilizar energías renovables, sobre todo en aquellos casos en los que no sea técnica o económicamente factible la conexión a la red. Otro de los objetivos del Programa Sectorial de Energía menciona la necesidad de diversificar las fuentes primarias de generación. Comenta que se debe evitar la dependencia excesiva de una sola fuente de energía e impulsar especialmente el uso de fuentes de energía que no aumenten la emisión de gases de efecto invernadero que afecten el cambio climático. Los gobiernos y las entidades reguladoras imponen cada vez mayores restricciones al uso de combustibles contaminantes. México cuanta con recursos geotérmicos abundantes y ampliamente distribuidos en el territorio, ya que se han identificado más de 3,200 manifestaciones termales, distribuidas en 29 de las 32 entidades federativas del país. Las aplicaciones actuales en México y en el mundo utilizan exclusivamente recursos geotérmicos hidrotermales. En el corto o mediano plazos será posible utilizar también recursos de roca seca caliente (HDR), para los que se está desarrollando tecnología apropiada en la actualidad. En un número creciente de países (incluidos países en desarrollo) se han venido construyendo marcos legales, financieros e 19

20 institucionales, favorables al uso de las energías renovables, con provisiones fiscales y económicas que permiten a sus industrias alcanzar un mayor grado de madurez en el mediano plazo y, de esta manera, estar en mejores condiciones competitivas. En México existen incentivos fiscales que permiten que los contribuyentes del ISR que inviertan en maquinaria y equipo para la generación de energía proveniente de fuentes renovables, pueden deducir el 100 % de la inversión en un solo ejercicio. Amenazas Dentro del conjunto de circunstancias que plantean situaciones potencialmente desfavorables para el aprovechamiento de los recursos geotérmicos, se pueden mencionar los siguientes: La principal barrera para continuar el desarrollo de la geotermia en el caso de sistemas hidrotermales de alta temperatura, es la limitada inversión para las actividades de exploración y posterior aprovechamiento del potencial geotérmico que resulte. Aunque México posee un gran potencial de recursos geotérmicos de baja y media temperatura, el desconocimiento de su utilidad para aplicaciones directas lo ha limitado en su gran mayoría al uso en balnearios. Son pocas o inexistentes las evaluaciones en nuestro país del potencial de yacimientos geotérmicos de los tipos: roca seca caliente, geopresurizados, marinos y magmáticos. Por otra parte, aunque la Constitución y la Ley de Aguas Nacionales permiten la concesión de recursos geotérmicos a particulares, ya que estos se consideran como parte de los recursos hídricos, no existe una clara reglamentación de cómo realizar este trámite, por lo que podría ser difícil para un particular obtener una concesión. Fuerzas Dentro de las características de la energía geotérmica, que bien aprovechadas pueden permitir que contribuya de manera significativa al balance energético nacional, se pueden mencionar las siguientes: La energía geotérmica es una opción técnica y económicamente madura. Desde 1913 se ha estado generando comercialmente electricidad a 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. Se estima que para 2010 podrían haber 10,993 MWe instalados. Por otro lado, al menos 20

21 72 países explotan comercialmente el calor geotérmico en forma directa, con instalaciones que totalizan 28,268 MWt. México es uno de los países con mayor desarrollo geotérmico, en lo que se refiere a generación eléctrica. Ocupa el cuarto lugar mundial en capacidad instalada (953 MWe), después de Estados Unidos, Filipinas e Indonesia, y cuenta con más de 40 años de experiencia generándola. México no tiene dependencia tecnológica en la exploración, desarrollo y explotación de recursos geotérmicos. Los técnicos mexicanos no solamente han apoyado el estudio de las zonas y campos geotérmicos de México, sino que han efectuado estudios, servicios o proyectos en países como Argentina, Bolivia, Colombia, Costa Rica, Ecuador, El Salvador, Estados Unidos, Guatemala, Haití, Jamaica, Nicaragua, Panamá, Perú y República Dominicana (Arellano et al., 1997; Barragán et al., 1999; Iglesias, E. R., 1991; Mercado et al., 1981; Mercado et al., 1982a; Nieva y Barragán, 1982; Nieva et al., 1986; etc.). Existen beneficios ambientales significativos al reemplazar la generación de electricidad por medio de combustibles fósiles con energía geotérmica, que incluyen una importante reducción en la emisión de gases invernadero. Debilidades Dentro de los factores negativos que pueden afectar el buen desarrollo y aprovechamiento de los recursos geotérmicos se pueden mencionar los siguientes: Recursos humanos capacitados limitados. En las instituciones de educación superior de nuestro país, hay pocas materias con un enfoque hacia el aprovechamiento de los recursos geotérmicos. Es necesario mejorar las técnicas de exploración geofísicas para reducir la incertidumbre de localización de recursos geotérmicos y disminuir los costos de exploración. Se requiere técnicas de perforación más baratas en ambientes de alta temperatura, fluidos corrosivos y formaciones de roca dura. Mejorar la eficiencia y operación de las plantas y ciclos termodinámicos usados actualmente. 2.3 Referencias Arellano, V. M., Barragán, R.M., Birkle, P., y Torres, V. (1997). Comportamiento Geoquímico de las Manifestaciones Geotérmicas en el 21

22 Flanco Oriental del Volcán El Nevado del Ruiz (Río Claro-Las Nereidas), Colombia. Ingeniería Hidráulica en México, Vol. XII, Núm. 3, pág Barragán, R.M., Arellano, V.M., Birkle, P. and Portugal, E. (1999). Chemical Description of Spring Waters From the Tutupaca and Río Calientes (Perú) Geothermal Zones. International Journal of Energy Research Vol. 23, pág Bertani, R. (2007). World geothermal generation in GeoHeat Center Bulletin, pp. 8-19, September. Casimiro-Espinosa E. (1997). Uso de la energía geotérmica para la deshidratación de frutas y legumbres, experiencia en Los Azufres, Mich., México. Geotermia, Rev. Mex. de Geoenergía, vol 13, No. 1, pp Fridleifsson, I.B., Bertani, R., Huenges, E., Lund, J.W., Ragnarsonn, A. y Rybach, L. (2008). The possible role and contribution of geothermal energy to the mitigation of climate change, In: O. Hohmeyer and T. Tritin (Eds.) IPCC Scoping Meeting on Renewable Energy Sources, Proceedings, Luebeck, Germany, January 2008, pp Gutiérrez-Negrín, L.C.A., (2007) : A Decade of Geothermal Power Generation in Mexico. Transactions of the Geothermal Resources Council, Vol. 31, pp Gutiérrez-Negrín, L.C.A. y Quijano León, J.L., (2005). Update of Geothermics in Mexico, Proceedings World Geothermal Congress, Antalya, Turquía, Abril, pp Hiriart, G. y Gutiérrez, H. (1992). An Update of Cerro Prieto Geothermal Field Twenty Years of Commercial Power. Geothermal Resources Council Bulletin, sep-oct. pp Iglesias, E.R. (1991). Assessment of Conceptuals Approches for Remedial Actions at The Geysers Geothermal Reservoir From a Reservoir Engineering Perspective. Informe Instituto de Investigaciones Eléctricas para Pacific Gas & Electric, 100 pp. Mercado, S., Nieva, D., Barragán, R. M., Yhip, R. (1981). Interpretación Geoquímica Preliminar de Zonas de Alteración Hidrotermal de la República de Nicaragua. Informe para OLADE IIE/3662/FE-G25/C, 250 páginas. Mercado, S., Nieva, D. y Barragán, R. M. (1982a). Interpretación Geoquímica de Zonas de Alteración Hidrotermal de la República de Jamaica. Informe para OLADE IIE/3662/FE-G25/5, 95 páginas. Nieva, D. y Barragán, R. M. (1982). Interpretación Geoquímica de Zonas de Alteración Hidrotermal de la República de Guatemala. Informe Instituto de para OLADE IIE/3662/FE-G25/4, 345 páginas. Nieva, D., Barragán, R. M., González, J., Pal Verma M., Santoyo, E., Meza, F., Cervantes, M. (1986). Interpretación de Datos Químicos de la Zona Termal Localizada en la Provincia de Chiriqui. Informe para OLADE IIE/3753/I 02/P, 31 páginas. 22

23 Ortega Varela J.R.Z. (1997). Uso de la geotermia para el desarrollo de invernaderos, experiencia en Los Azufres, Mich., México. Geotermia, Rev. Mex. de Geoenergía, vol 13, No. 1, pp Pastrana Melchor E.J. (1997). Aprovechamiento del calor geotérmico para el secado de madera, experiencia en Los Azufres, Mich., México. Geotermia, Rev. Mex. de Geoenergía, vol 13, No. 1, pp Salazar Loa M. (1977). Uso de la energía geotérmica para el cultivo de hongos, experiencia en Los Humeros, Pue., México. Geotermia, Rev. Mex. de Geoenergía, vol 13, No. 1, pp Suárez, M. C. (2000). Flujo de Fluidos No-Isotérmicos en Reservorios Fracturados con Porosidad y Permeabilidad Múltiples. Tesis Doctorado, Universidad Nacional Autónoma de México, México, D.F., 295 páginas. Torres, M.A., and M. Flores, Reservoir Behaviour of the Los Azufres Geothermal Field, After 16 Years of Exploitation, Proceedings World Geothermal Congress 2000, Kyushu-Tohoku, Japón, 2000, pp

24 3. Prospectiva de la geotermia en México Rosa Ma. Barragán Reyes, Alfonso García Gutiérrez, Víctor M. Arellano G. Instituto de Investigaciones Eléctricas, Gerencia de Geotermia, División de Energías Alternas; Cuernavaca, Morelos, 62490, México 3.1 Introducción El uso de la energía continúa creciendo en todo el mundo y se espera que su consumo se duplique en los próximos 50 años. Sin embargo, las reservas de combustibles fósiles son finitas: cuanto más se utilicen más rápidamente se agotarán. Además, el consumo de estos combustibles tiene costos ocultos, como el impacto ambiental. En tiempos de paz la producción y el consumo de energía causan más daño al medio ambiente que cualquier otra actividad realizada por el hombre. Por ejemplo, un subproducto ubicuo de la generación de energía es el dióxido de carbono (CO 2 ). Este gas existe en forma natural en el aire, pero su concentración se ha incrementado significativamente a partir de la Revolución Industrial. Las moléculas de CO 2 generan el efecto invernadero; atrapan calor en la atmósfera y causan el recalentamiento de la Tierra. Existen pocas dudas de que los humanos somos responsables del incremento del CO 2 en la atmósfera, principalmente por el uso intensivo de los combustibles fósiles. Sofisticados modelos numéricos indican que este incremento podría causar condiciones atmosféricas extremas, trastornos en la agricultura y el comercio, inundaciones de los terrenos más bajos y áreas costeras y la propagación de enfermedades tropicales. Por otra parte, los combustibles fósiles no están uniformemente distribuidos en el mundo. Es muy conocido que actualmente ocho países cuentan con el 81 % de las reservas de petróleo, seis países acaparan el 70 % de las reservas de gas natural y ocho países tienen el 89 % de todas las reservas de carbón (Sayigh, 1999). En contraparte, más de la mitad de los países de Asia, África y América Latina importan cuando menos la mitad de la energía que consumen. Muchos de estos países exportan materias primas y productos poco elaborados que en general se venden a precios bajos, pero importan energía a precios altos. El problema en estos países se agrava aún más si se toma en cuenta que requieren incrementar constantemente su capacidad de generación eléctrica. Claramente entonces, es conveniente reducir la dependencia que se tiene de los combustibles fósiles. Esto es posible si se aprovechan más 24