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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