Taller de Energías Alternas

Transcripción

1 ESCENARIO ACTUAL DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA EN MÉXICO Y TENDENCIAS FUTURAS DE INVESTIGACIÓN PARA BUSCAR UN DESARROLLO TECNOLÓGICO-ECONÓMICO SUSENTABLE Edgar R. Santoyo Gutiérrez (CIE-UNAM) Rosa M. Barragán Reyes (IIE) Taller de Energías Alternas Cuernavaca, Mor., de agosto del 2008

2 Futuro de la energía en el mundo y en México Demanda creciente de energía eléctrica Impacto ambiental producido por el uso de combustibles fósiles Capacidad actual (2008) y requerimientos energéticos estimados para el 2050 Capacidad instalada Capacidad requerida 15 TW TW 30 TW TW = W Fuente: Renewable in Global Energy Supply (IEA, 2004)

3 PROBABLE CRISIS ENERGÉTICA MUNDIAL Y EN MÉXICO Agotamiento de las reservas de petróleo CAMBIO CLIMÁTICO Contaminación Ambiental causados por el uso de combustibles fósiles (gases efecto invernadero, etc.) SOLUCIONES TECNOLÓGICAS FACTIBLES Uso eficiente y racional del petróleo Uso de Energías Renovables (ER) Las ER podrán satisfacer estos retos energéticos y trazar su desarrollo sustentable en el Mundo y en México. Otras Fuentes de Energía (Nuclear)

4 ENERGÍA GEOTÉRMICA GEO SIGNIFICA TIERRA Y TERMO SIGNIFICA CALOR FLUJO DE CALOR La corteza nos aísla del calor del interior de la Tierras. El manto se encuentra semifundido, el núcleo exterior está en estado líquido y el núcleo interior es sólido.

5 FUENTE DE ENERGÍA INMENSA Y CASI INAGOTABLE El contenido total de calor de la Tierra es del orden de 12.6 x EJ, mientras que en la corteza terrestre se ha estimado en aproximadamente 5.4 x 10 9 EJ (Armstead, 1983; Dickson & Fanelli, 2004; Flóvenz, 2006). El calor interno de la Tierra es generado continuamente por el decaimiento natural de sus isótopos radiactivos con una tasa energética de 860 EJ/y (lo cual representa 2 veces la energía primaria consumida en el 2004 (463 EJ/y): Rybach & Mongillo (2006). 6,370 km! Entre más profundo se vaya, mayor será la temperatura!

6 SISTEMAS GEOTÉRMICOS Las fracturas o adelgazamientos de la corteza permiten el ascenso del MAGMA hacia la superficie. La mayoría del MAGMA producido en la Tierra no llega a la superficie sino que tiende acumularse debajo de ésta en donde calienta grandes regiones de roca o reservorios de fluido, los cuales dan origen a los SISTEMAS GEOTÉRMICOS.

7 Modelo conceptual simplificado de un sistema geotérmico

8 SISTEMAS GEOTÉRMICOS 1) Sistemas Hidrotermales Yacimientos de vapor dominante o alta entalpía (vapor seco; p. ej., The Geysers, USA; Larderello, Italia, entre otros) Yacimientos de líquido dominante de alta entalpía (líquido comprimido con temperaturas entre 200 y 330 ºC; p. ej., Cerro Prieto, México; Wairakei, Nueva Zelanda; Tiwi, Filipinas, entre otros). Yacimientos de líquido dominante de baja entalpía (con temperaturas menores a 200 ºC; p. ej., Heber, USA; Yangbajing, China, entre otros). 2) Sistemas Geopresurizados Yacimientos que contienen agua y metano disuelto a alta presión (700 bar) con temperaturas moderadas del orden de los 150 C (p. ej., Reservorios en Texas y Louisiana, USA) 3) Sistemas Marinos Yacimientos de alta entalpía existentes en el fondo marino (p. ej., Descargas o chimeneas hidrotermales localizadas en el Golfo de Baja California, México) 4) Sistemas Magmáticos Yacimientos de roca fundida asociados con aparatos volcánicos activos (p. ej., Volcanes del Chichonal y Colima, México).

9 SISTEMAS GEOTÉRMICOS NO CONVENCIONALES POR EXPLOTAR EN EL FUTURO 1. Sistemas de Roca Seca Caliente (EGS, Enhanced Geothermal Systems ) Yacimientos de roca con alto contenido calorífico carentes de fluido (p. ej., Los Álamos, USA). La energía almacenada en estos yacimientos equivale a más de 500 veces la energía acumulada en todos los yacimientos de gas y de petróleo del mundo (Tester et al., 2007). 2. Sistemas Geotérmicos Supercríticos (SGS, Supercritical Geothermal Systems ) Yacimientos geotérmicos muy profundos con fluidos en estado supercrítico y temperaturas de hasta 600 C (p. ej., Islandia proyecto: Iceland Deep Drilling Project, IDDP: Flóvenz, pozos han sido ya planeados en zonas potenciales supercríticas El fluido supercrítico puede proveer hasta 10 veces más energía que la de un fluido almacenado en un sistema geotérmico

10 GEOTERMIA: CONCEBIDA ACTUALMENTE COMO UNA FUENTE DE ENERGÍA RENOVABLE CON MADUREZ TECNOLÓGICA Tecnologías maduras Objetivo: Incremento de eficiencia y reducción de costos Energía Geotérmica Avalada por ~100 años de experiencia en la operación sustentable de plantas geotermoeléctricas, desarrollo de tecnología y disposición de fluidos de desecho. Algunos campos geotérmicos han sido explotados por tiempos largos que demuestran la sustentabilidad de los proyectos de explotación (p. ej., Larderello, Italia: 100 años; Cerro Prieto, México: +30 años). Los costos de generación han decrecido y en muchos campos geotérmicos son competitivos con las plantas de combustibles fósiles (4-5 US cents/kwh). Reducción de los costos de instalación en un factor de 3 en nuevas tecnologías de exploración, perforación, estimulación de yacimientos y conversión termoeléctrica.

11 EXPERIENCIA GEOTERMOELÉCTRICA MUNDIAL Primera planta geotérmoeléctrica. Larderello, Italia, 1904 Primera planta geotermoeléctrica de México se instaló en Pathé (Hidalgo) en 1959 (3.5 MW)

12 CAPACIDAD TOTAL GEOTERMOELÉCTRICA INSTALADA USA 2687 MW Francia 15 MW W Islandia 421 MW Alemania 8 MW Italia 811 MW Austria 1 MW Turquía 38 MW China 28 MW Tailandia 0.3 MW México 958 MW Portugal 23 MW Japón 535 MW Rusia 79 MW Guatemala 53 MW Etiopía 7 MW Filipinas 1970 MW El Salvador 204 MW Costa Rica 163 MW Nicaragua 87 MW Kenia 129 MW Indonesia 992 MW Australia 0.2 MW Papua Nueva Guinea 56 MW Nueva Zelanda 472 MW Capacidad total instalada en 2007 = GW

13 Capacidad instalada en 2000, 2005 y 2007 y pronóstico para 2010 PAIS Capacidad instalada en 2000 (MW) Capacidad instalada en 2005 (MW) Capacidad instalada en 2007 (MW) Capacidad en operación en 2007 (MW) Incremento (MW) Incremento (%) Pronóstico 2010 (MW) AUSTRALIA AUSTRIA CHINA COSTA RICA El SALVADOR % 204 ETIOPIA FRANCIA ALEMANIA GUATEMALA % 53 ISLANDIA % 580 INDONESIA % 1192 ITALIA % 910 JAPON KENIA MEXICO NUEVA ZELANDIA % 590 NICARAGUA % 143 PAPUA-NUEVA GUINEA % 56 FILIPINAS % 1991 PORTUGAL % 35 RUSIA TAILANDIA TURQUIA % 83 ESTADOS UNIDOS % 2817 TOTAL

14 CRECIMIENTO DE LA CAPACIDAD GEOTERMOELÉCTRICA MUNDIAL (ÚLTIMOS AÑOS) Capacidad instalada (MW) Escenario mundial de energía geotérmica Entre 2005 y 2007 se ha obtenido un incremento del 9% en la capacidad total instalada a nivel mundial (Bertani, 2007) %

15 Geoenergía en México MÉXICO ocupa el Tercer lugar a nivel MUNDIAL Se tienen identificados más de 300 sitios termales CAPACIDAD ACTUAL INSTALADA 958 MWe Capacidad total instalada (2008): Cerro Prieto, B.C.N. (720 MW) Los Azufres, Mich. (188 MW) Los Humeros, Pue. ( 40 MW) Tres Virgenes, B.C. ( 10 MW)

16 Capacidad efectiva instalada por tipo de generación ( Tipo de Generación Capacidad efectiva en MW Termoeléctrica 22, Hidroeléctrica 11, Carboeléctrica 2, Geotermoeléctrica Eoloeléctrica Nucleoeléctrica 1, Termoeléctrica 11, (Productores independientes) Total 49,924.85

17 COSTO DE GENERACIÓN PROMEDIO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A PARTIR DE RECURSOS GEOTÉRMICOS

18 Bombas de calor Usos directos de la energía geotérmica Balneología Calefacción Invernaderos Acuacultura Usos industriales Refrigeración Secado agrícola Otros Uso (TJ/año)

19 Temperatura ( C) 25-Ene Ago-05 Verano Profundidad (m) Invierno Absorbe calor de la casa Variación de la temperatura con la profundidad Lo deposita en la casa Recircula fluido más frío Lo deposita en el suelo Absorbe calor del suelo Temperatura del suelo es más caliente que la del aire

20 El uso optimizado de la energía geotérmica en sistemas en cascada ayuda a mejorar las condiciones de inversión

21 EMISIONES DE CO 2 en g/kwh 1500 Murphy and Niitsuma (1999) Wairakei, NZ Geysers, USA Krafla, Islandia Cerro Prieto, México Tiwi, Filipinas Larderello, Italia Gas Natural Petróleo Carbón

22 Costos de energía e inversión para producción de energía eléctrica a partir de fuentes de energía renovable (Fridleifsson, 2001) Fuente Renovable de Energía Costo de Energía Actual US /kwh Costo de Energía Futuro US /kwh Costo de Inversión Turnkey US$/kW Biomasa Energía Geotérmica Energía Eólica Solar (Fotovoltaica) Solar (Fototérmica) Energía de Mareas

23 m 2 /GWh ANÁLISIS COMPARATIVO CON OTRAS FUENTES DE ENERGÍAS RENOVABLES Uso de Terreno: Brophy (1997) Carbón Solar-Fototérmica Solar-Fotovoltaica Eólica Geotérmica

24 ANÁLISIS EXERGÉTICO COMPARATIVO Eficiencia=(Energía de salida/energía de entrada)*100% Koroneos et al. (2003) Carbón Solar-Fotovoltaica Geotérmica Solar-Fototérmica Eólica Gas Natural y Petróleo

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27 PROBLEMAS DE EXPLOTACIÓN-PRODUCCIÓN GEOTERMOELÉCTRICA Incrustaciones producidas por la precipitación de minerales: sílice (SiO 2 ) y calcita (CaCO 3 ) Tuberías conductoras de fluido (salmuera o vapor) Pozos geotérmicos productores o de reinyección

28 Perforación de Pozos Geotérmicos Direccionales Retos de la Perforación (2006/2007) Díametros más grandes Perforación balanceada dentro del yacimiento productor Pozos direccionales

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