LA GEOTERMIA: UNA OPCIÓN SUSTENTABLE PARA MÉXICO Rosa Maria Prol-Ledesma Instituto de Geofísica, UNAM, Cd. Universitaria. Coyoacán, CP 04510, Mexico, D.F., Mexico.
ENERGÍAS RENOVABLES Situación de las energías renovables en el panorama internacional: En el año 2004 las fuentes de energía renovable produjeron el 16,7% de la demanda de energía primaria a nivel mundial.
Situación en 2007 de la producción de energía en el mundo 40.1% carbón 19.4% 15.8% 6.9% 17.6% gas nuclear petróleo renovables
Del 17.6% que comprende la producción de energía con fuentes renovables 15.9% 1.0% 0.07% hidro, biomasa, viento, solar, geotermia, etc.
Potencia eléctrica renovable instalada en el año 2004 en la Unión Europea, países en vías de desarrollo y cinco países con mayor producción de energía renovable. Fuente: informe Renewables 2005: Global Status Report (Worldwatch Institute)
Tasas medias de crecimiento anual de la potencia eléctrica renovable entre los años 2000 y 2004. Fuente: informe Renewables 2005: Global Status Report (Worldwatch Institute)
FACTORES CLAVE PARA EL DESARROLLO DE LAS RENOVABLES Medio físico (en México): Disponibilidad del recurso renovable (se tiene). Elaboración de un mapa del potencial existente en las distintas regiones (actualmente en proceso ) Capacidad tecnológica: Necesidad de cierta industria de base que sea capaz de dar soporte a tecnólogos a nivel internacional en la fabricación, montaje y ensamblaje de plantas. Necesidad de infraestructura adecuada y suficientemente distribuidas.
FACTORES CLAVE.. Contexto económico y social: La estructura económica y social del país o región debe querer y poder soportar el costo extra de las energías renovables (en proceso?). Marco regulatorio y legal: Creación de un marco legal retributivo a largo plazo que permita a la iniciativa privada la inversión en instalaciones de energías renovables. Existencia de un marco legal estable que garantice un proceso de autorización objetivo, transparente y ágil, que evite, hasta donde sea posible, la discrecionalidad en la concesión de permisos y autorizaciones.
INSTRUMENTOS LEGALES, ECONÓMICOS Y DE MERCADO Ha de analizarse el potencial de cada tecnología y diseñar un plan de desarrollo adecuado para las capacidades y necesidades del mismo El marco regulatorio y retributivo debe ser transparente, objetivo y estable (no se tiene) El procedimiento autorización debe ser homogéneo, transparente, ágil. (no se tiene) El sistema de primas (no se tiene). El diseño de un modelo retributivo adecuado (no se tiene)
Las energías renovables compiten en diferentes mercados: Generación de electricidad Producción de agua caliente. Calefacción y aire acondicionado Combustibles para transporte Energía rural (fuera de la red) Desalinización de agua de mar
USOS GEOTÉRMICOS PARA SATISFACER LAS DEMANDAS Generación de Electricidad Flasheo de vapor (>175 o C) Sistemas binarios (100 to 150 o C) Aire acondicionado (>115 o C) Calefacción directa (>60 o C) Piscinas (>40 o C) Bombas de calor (geotérmicas) para calefacción y aire acondicionado (4 a 30 o C)
ENERGÍA GEOTÉRMICA Los yacimientos geotérmicos pueden alcanzar temperaturas de 370 C, que es más de tres veces la temperatura de ebullición del agua. La Geotermia es una fuente importante de energía.
Capacidad geotérmica instalada* País Capacidad (MW) % del Total EUA 2,228 27.1 Filipinas 1,908 23.2 México 853 10.4 Italia 795 9.6 Indonesia 748 9.1 Japón 533 6.5 Nva. Zelandia 436 5.3 Islandia 170 2.1 El Salvador 161 1.9 Costa Rica 143 1.7 Nicaragua 70 0.8 Kenia 53 0.6 Otros Países 137 1.7 Total 8,235 100 *2002
PROYECTOS UNIVERSITARIOS La UNAM apoyó el proyecto IMPULSA del Instituto de Ingeniería Desalinización de agua de mar con energías renovables. La investigación en Geotermia se aplicó en la Península de Baja California para la desalinación de agua de mar y producción de energía eléctrica en poblaciones no conectadas a la red.
Clasificación de recursos geotérmicos Recursos de convección hidrotermal Dominados por vapor (240 C) Dominados por agua caliente Alta temperatura (>150 C) Temperatura intermedia (90 a 150 C) Temperatura baja (<90 C) Recursos de roca caliente (HDR y magma) (>150 C) Cuencas sedimentarias (30 a 150 C) Geopresurizados (150 a 200 F) Radiogénicos (30 a 150 C)
Aplicación de recursos geotérmicos Alta temperatura >175 o C producción de electricidad con flasheo de vapor aplicaciones industriales y refrigeración Temperatura intermedia : >100 o C producción de electricidad con ciclo binario aplicaciones industriales y aire acondicionado Temperatura baja: >40 o C invernaderos, acuacultura, piscinas y calefacción Temperatura normal de la superficie terrestre<30 o C Bombas de calor (geotermales)
Clasificación de Sistemas Geotérmicos Naturaleza del fluido dominante en la parte principal del yacimiento: (agua caliente, vapor, salmuera) Concentración de componentes químicos en el fluido dominante: (<0.1%, 1%, >1.0%) Descarga superficial del calor: <=500 KW, >=5,000,000 KW
40 36 32 28 24 20 16 12 8 4 0 Frequency vs Reservoir Temperature Reservoir Temperature ( o F) 194 266 338 410 482 554 626 Identified reservoirs 90 130 170 210 250 290 330 Reservoir Temperature ( o C) Data taken from USGS Circular 790
Dónde están los recursos geotérmicos?
Estado Térmico de la Tierra Gradiente geotérmico (Métodos de Medición). Fuentes de calor en el interior de la Tierra. Transporte de calor en el interior de la Tierra: conducción, convección y radiación.
PROCESOS TÉRMICOS EN LAS FRONTERAS ENTRE PLACAS
GRADIENTE DE TEMPERATURA EN LA TIERRA
Sistema Geotérmico Descarga concentrada de calor Transporte de calor (del manto y la corteza a la superficie de la Tierra) La transferencia de calor implica el transporte de un fluido (magma, agua y gases)
ESQUEMA DE UN YACIMIENTO GÉOTERMICO
MANIFESTACIONES SUPERFICIALES
Manifestaciones hidrotermales en Los Azufres (Michoacán) y en Cerro Prieto (Baja California)
Manifestaciones submarinas en la Cuenca de Guaymas a 2000m de profundidad Temperaturas mayores a 300 C
Aprovechamiento de la Energía Geotérmica Explotación de la energía geotérmica para la producción de electricidad Utilización de la energía geotérmica
ENERGÍA Además de su explotación para la producción de energía eléctrica La Geotermia puede ser utilizada directamente en procesos industriales y en sistemas de calefacción y aire acondicionado.
Producción de electricidad geotérmico: Depende de la entalpía del sistema Sistemas de alta entalpía (temperatura >200 C) Sistemas de baja entalpía (temperatura <200 C)
Producción de electricidad A partir de: Vapor seco (Sistemas de alta entalpía) Agua caliente con flasheo (Sistemas de alta entalpía) Ciclo binario (Sistemas de baja entalpía)
Turbina generadora de energía eléctrica
Geotermoeléctrica Larderello
Geotermoeléctrica Cerro Prieto
CERRO PRIETO
250 kw, Austria Plantas Binarias 1 MWe, Tibet 2 x 375 kw, California 750 kw, Nevada
Geotermoeléctrica Hawaii, EUA Planta híbrida: flash y binaria Genera 25% de la electricidad en la Isla de Hawaii
Utilización de Energía Geotérmica Balneología Calefacción Desalación Agricultura y Acuacultura Procesos industriales: papel, textiles, enlatado de alimentos, etc Extracción de sustancias útiles: sales, tierras diatomáceas, boro, etc.
400 o F (200 o C) 300 o F (150 o C) 200 o F (95 o C) 100 o F (40 o C) 0 o F (-20 o C) Temperaturas para el uso en aplicaciones directas
GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD Sistema binario (ORC) normalmente requiere >150 o C para una operación eficiente ~ 175 o C para obtener vapor por flasheo Sin embargo, recursos de hasta 110 o C han sido utilizados en E.U. y en Nagqu en el Tibet Y se ha usado fluido con T<100 o C en Alemania, Australia, Austria, Rusia y en China. Al ser menor la temperatura es menor la eficiencia debido a que se requieren bombas y mayor flujo. Por ejemplo: para producir 500kW (netos) usando fluido a 110 o C, se requieren cerca de 40 l/s con sólo 8% de eficiencia. A 150 o C sólo se requieren 15 l/s con el doble de eficiencia
Aplicaciones directas Invernaderos (flores, vegetales, semillas) 5 a 35% de ahorro en calefacción Calefacción limpieza de establos Calefacción del suelo Irrigación de cultivos Cultivo de champiñones Esterilización del suelo Acuacultura 50% incremento en la tasa de crecimiento Camarón, tilapia, peces tropicales
Balneología
Balneología
Calefacción Existe evidencia de que en Pompeya tenían calefacción geotérmica y en Francia se tiene información de la utilización de geotermia para calefacción desde hace más de 600 años Actualmente se tienen sistemas de calefacción geotérmica en: Islandia, Nueva Zelandia, Francia, Hungría, Polonia, Alemania, Turquía, Japón y Estados Unidos.
Calefacción
Desalinización La acuciante necesidad de agua y el alto precio de los hidrocarburos ha propiciado el uso de energías alternas en los procesos de desalinización Actualmente se han probado sistemas para desalinización con la explotación de energía geotérmica en Túnez y en Grecia
Planta desalinizadora en Milos: (calculada para agua a 55 C)
Bombas de calor (Heat pumps) Climatización de edificios aprovechando las propiedades de difusividad térmica de la Tierra en ausencia de un yacimiento geotérmico. Pueden utilizarse en todas partes, tienen un alta relación beneficio/costo, son amigables con el medio ambiente y disminuyen el uso de combustibles fósiles
Invernaderos
Acuacultura
PRODUCCION DE ELECTRICIDAD EN MEXICO* RECURSO GWh Porcentaje Hidro 24,862 13.9 Fósil 138,496 77.6 Nuclear 9,747 5.5 Geotermia 5,398 3.0 Viento 7 <0.001 Total 178,510 100 *2002
PRODUCCION DE ELECTRICIDAD EN MEXICO* *2008
POTENCIAL GEOTÉRMICO DE MÉXICO CFE ha descubierto más de mil zonas con actividad geotérmica. La capacidad instalada en Geotermoeléctricas actualmente es de 953 MW. Cuarto lugar mundial
PRODUCCIÓN DE ENERGÍA GEOTÉRMICA EN MEXICO La primera vez que se produjo electricidad a partir de energía geotérmica en México fue en 1959 En 30 años se ha incrementado la capacidad total instalada de 37.5 MW a 953 MW Actualmente la energía geotérmica contribuye con el 3% de la producción total en México
ENERGÍA GEOTÉRMICA En México la Geotermia actualmente aporta aproximadamente el 3.1% de la energía eléctrica. Sin embargo el potencial de la Geotermia es mucho mayor.
CAMPOS PRINCIPALES Cerro Prieto tiene una capacidad total instalada de 720 MW Los Azufres 188 MW Los Humeros 40 MW (+35 MW planeados para fin de 2012) Las Tres Vírgenes 10 MW
( tomado de J. L. Quijano-León y L.C.A. Gutiérrez-Negrín, 2003)
CERRO PRIETO
LOS AZUFRES
LOS HUMEROS
LAS TRES VIRGENES
LA PRIMAVERA
Recursos de Baja entalpía en México Localidades número % Con datos disponibles 2,332 100 Con coordenadas 2,023 86.8 Con datos químicos 1,680 72.0 Con coordenadas y datos químicos 1,493 64.0 Con coordenadas sin datos químicos 530 22.7 Con datos químicos sin coordenadas 189 8.0 Con otro tipo de datos 122 5.2 (tomado de Torres et al., 2005)
Del total de campos ya evaluados se tiene una reserva probada de más de 450 megawatts y la reserva probable es de más de 1, 400 megawatts.
Además se debe también considerar su utilización directa en varios procesos industriales, la cual aún debe implementarse y podría significar un importante ahorro de combustibles fósiles, lo que redundaría en una disminución en la degradación del medio ambiente.
De los resultados del proyecto IMPULSA se exploraron 24 zonas geotérmicas que pueden utilizarse para producción de energía eléctrica y para utilización directa.
Manantiales y pozos termales de baja entalpía estudiados en la Penísula de Baja California
El mapa de isolíneas muestra valores muy altos a lo largo de toda la península, superando el flujo medio global ampliamente en toda la región Se observan valores por encima de 200 mw/m2 en Cabo San Lucas, Bahía Concepción, Tres Vírgenes y Ensenada.
Zonas de estudio
CONCLUSIÓN LA ENERGÍA GEOTÉRMICA ES UNA OPCIÓN PROBADA DE FUENTE SUSTENTABLE DE ENERGÍA PARA MÉXICO
MUCHAS GRACIAS!
GEOQUÍMICA DE SISTEMAS GEOTÉRMICOS Características geoquímicas del fluido geotérmico Equilibrio fluido-roca, dependencia con la temperatura
GEOLOGÍA DE SISTEMAS GEOTÉRMICOS Petrología: Minerales producto de la alteración hidrotermal Estabilidad mineral: temperatura y geoquímica del fluido (ph, gases disueltos) Tipos de alteración hidrotermal Argílica, sericítica, propilítica
ANOMALÍAS GEOFÍSICAS EN SISTEMAS GEOTÉRMICOS Cambios en los parámetros físicos de las rocas como resultado de la alteración hidrotermal y resumen de métodos geofísicos. Superficiales: Térmicas
ANOMALÍAS GEOFÍSICAS EN SISTEMAS GEOTÉRMICOS Profundas (1): Eléctricas: autopotencial, disminución en la resistividad aparente (lateral y verticalmente) por la presencia de minerales arcillosos o de fluido geotérmico o variaciones en la porosidad Electromagnéticas: impedancia aparente anómala por variaciones en la resistividad Sísmicas: ruido sísmico por cambios de fase, zonas de baja velocidad por la presencia de vapor
TÉCNICAS DE EXPLORACIÓN Y EVALUACIÓN DE SISTEMAS GEOTÉRMICOS Mapeo de rasgos superficiales de la descarga del sistema Geoquímica de los fluidos descargados Anomalías geofísicas asociadas a Sistemas Geotérmicos Análisis petrográfico de muestras profundas Integración de los datos en Sistemas de Información Geográfica
Integración de los datos en Sistemas de Información Geográfica Modelos basados en el conocimiento de la estructura de otros sistemas geotérmicos Modelos basados en datos que determinen la presencia de un campo geotérmico.
Integración de bases de datos Geográficos Datos de Referencia Datos Temáticos Predios Transporte Agua superficial Límites Control Geodésico Elevación Imágenes Aéreas Zonas de Inundación Basureros Uso de Suelo Líneas de Agua Drenaje Suelos