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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.
• 40.1% carbón
• 19.4% gas
• 15.8% nuclear
• 6.9% petróleo
• 17.6% renovables
Situación en 2007 de la producción
de energía en el mundo
Del 17.6% que comprende la
producción de energía con fuentes
renovables…
• 15.9% hidro,
• 1.0% biomasa,
• 0.07% 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.
– 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)
INSTRUMENTOS LEGALES,
ECONÓMICOS Y DE MERCADO
– 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
Las energías renovables compiten en
diferentes mercados:
USOS GEOTÉRMICOS PARA SATISFACER
LAS DEMANDAS
• Generación de Electricidad
– Flasheo de vapor – (>175oC)
– Sistemas binarios– (100 to 150oC)
• Aire acondicionado – (>115oC)
• Calefacción directa – (>60oC)
• Piscinas – (>40oC)
• Bombas de calor (geotérmicas) para
calefacción y aire acondicionado – (4 a 30oC)
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.
• 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)
Clasificación de recursos geotérmicos
Aplicación de recursos geotérmicos
• Alta temperatura >175oC
producción de electricidad con flasheo de vapor
aplicaciones industriales y refrigeración
• Temperatura intermedia : >100oC
producción de electricidad con ciclo binario
aplicaciones industriales y aire acondicionado
• Temperatura baja: >40oC
invernaderos, acuacultura, piscinas y calefacción
• Temperatura normal de la superficie terrestre<30oC
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
90 130 170 210 250 290 330
Identifiedreservoirs
04
8
12
16
20
24
28
32
36
40
Reservoir Temperature (oC)Data taken from USGS Circular 790
Frequency vs ReservoirTemperature
194 266 338 410 482 554 626
Reservoir Temperature (oF)
¿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
Depende de la entalpía del sistema
geotérmico:
• 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
Plantas Binarias 1 MWe, Tibet 250 kW, Austria
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.
400oF (200oC)
300oF (150oC)
200oF (95oC)
100oF (40oC)
0oF (-20oC)
Temperaturas para el uso en aplicaciones directas
GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD
• Sistema binario (ORC) normalmente requiere >150oC para una operación eficiente ~ 175oC para obtener vapor por “flasheo”
• Sin embargo, recursos de hasta 110oC han sido utilizados en E.U. y en Nagqu en el Tibet
• Y se ha usado fluido con T<100oC 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 110oC, se requieren cerca de 40 l/s con sólo 8% de eficiencia.
• A 150oC sólo se requieren 15 l/s con el doble de eficiencia
• 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
Aplicaciones directas
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
(tomado de Torres et al., 2005)
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
Recursos de Baja entalpía en
México
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.
Imágenes Aéreas
Elevación
Control Geodésico
Límites
Agua superficial
Transporte
Predios
Datos Temáticos Datos de Referencia
Suelos
Drenaje
Líneas de Agua
Uso de Suelo
Basureros
Zonas de Inundación
Integración de bases de datos
Geográficos