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ESCUELA POLITCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERA ELCTRICA Y
ELECTRNICA
PROYECTO DE UNA CENTRAL DE GENERACIN GEOTRMICA
EN EL ECUADOR
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIN DEL TTULO DE INGENIERA
ELCTRICA
ANA LUCA PIEDRA LARA
DIRECTOR: Ing. MARCELO JARAMILLO
Quito, Noviembre 2011
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DECLARACIN
Yo Ana Luca Piedra Lara, declaro bajo juramento que el trabajo aqu descrito es
de mi autora; que no ha sido previamente presentada para ningn grado o
calificacin profesional; y que he consultado las referencias bibliogrficas que se
incluyen en este documento.
A travs de la presente declaracin cedo mis derechos de propiedad intelectual
correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politcnica Nacional, segn lo
establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la
normativa institucional vigente.
Ana Luca Piedra Lara
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CERTIFICACIN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Ana Luca Piedra Lara, bajo
mi supervisin.
Ing. Marcelo Jaramillo
DIRECTOR DEL PROYECTO
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AGRADECIMIENTOS
A Dios quien ha sido ese ser espiritual y maravilloso que ha
sabido conducir mi vida y me ha permitido siempre alcanzarmis objetivos.A mi madre por ser ese pilar fundamental en mi vida, por
darme las fuerzas y las ganas de continuar cuando muchas veceslas circunstancias de la vida me han hecho perder la fe.
A mis hermanos por el apoyo cosntante e incondicional, por
ayudarme en todo y estar pendientes siempre de mi, porque eltenerles a ustedes es el mejor regalo de mi vida.Al Ing. Marcelo Jaramillo por la ayuda tiempo, dedicacin yla predisposin en todo el desarrollo, gracias por todo.
A todas las personas que me han ayudado en este trayecto lesllevar en mi corazn.
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DEDICATORIA
A mi madre hermosa, Laurita, quien ms all de ser una madre
excelente es la que me da las fuerzas para seguir adelante, ha
sido y siempre ser el motivo de mis logros.
A mis preciosos hermanos: Paty, Freddy, Garde y Yesee por elamor que me demuestran en cada detalle, por ensearme las
mejores cosas de mi vida, por llenar tan solo con su presenciacada espacio de mi ser.
Tras muchos aos comprend que los planes de Dios tienen unarazn y las circunstancias que se sucitan uno tiene que saber
sobrellevarlas. Las personas que se adelantan siempre dejan unahuella imborrable en nuestro corazn y aunque me ha hecho
demasiada falta se que ha estado conmigo a los largo de este
tiempo, aunque no fisicamente. Para mi padre.. Con todo mi cario y amor para ustedes
.Dos caminos se bifurcaban en un bosque yyo, Yo tom el menos transitado,
Y eso hizo toda la diferencia Robert Frost
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CONTENIDO
CAPTULO I
ANTECEDENTES
1.1 INTRODUCCIN.............................................................................. 131.2 OBJETIVOS..................................................................................... 141.2.1 OBJETIVO GENERAL......................................................................141.2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS............................................................ 141.3 ANTECEDENTES............................................................................ 151.3.1 ANLISIS DE MERCADO Y DESCRIPCIN DEL
SECTOR ELCTRICO151.3.1.1 DEMANDA HISTRICA DE POTENCIA.......................................... 151.3.1.2 DEMANDA HISTRICA DE ENERGA............................................ 161.3.1.3 DISPONIBILIDAD DE ENERGA Y POTENCIA............................... 18
1.3.1.4 PROYECCIN DE LA DEMANDA DE POTENCIA YENERGA ELCTRICA 20
1.3.1.5 ENTRADA EN OPERACIN DE NUEVOS PROYECTOS251.3.2 COMPORTAMIENTO DEL SECTOR ELCTRICO......................... 28
CAPTULO II
CONCEPTOS BSICOS DE GENERACIN GEOTRMICA EINVENTARIO DE PROYECTOS EXISTENTES
2.1 MARCO TERICO....................................................................... 31
2.1.1 GEOTERMIA................................................................................ 312.1.1.1 FLUJO DE CALOR DE LA TIERRA Y GRADIENTEGEOTRMICO ................................................................................ 31
2.1.2 DEFINICIN DE ENERGA GEOTRMICA.................................... 322.1.2.1 ESTRUCTURA DE UN RESERVORIO GEOTRMICO
CONVENCIONAL332.1.2.2 CLASIFICACIN DE LOS YACIMIENTOS GEOTRMICOS.. 352.1.2.2.1 YACIMIENTOS GEOTRMICOS DE ALTA ENTALPA352.1.2.2.2 YACIMIENTOS GEOTRMICOS DE MEDIA ENTALPA 352.1.2.2.3 YACIMIENTOS GEOTRMICOS DE BAJA ENTALPA352.1.2.2.4 YACIMIENTOS GEOTRMICOS DE MUY BAJA ENTALPA 362.1.2.3 TIPOS DE SISTEMAS GEOTRMICOS 36
2.1.2.3.1 SISTEMAS CONVECTIVOS HIDROTERMALES..362.1.2.3.2 SISTEMAS GEOTRMICOS MEJORADOS.. 372.1.2.3.3 SISTEMAS GEOTRMICOS GEOPRESURIZADOS382.1.2.3.4 SISTEMAS MARINOS 382.1.2.3.5 SISTEMAS MAGMTICOS 382.1.2.4 APLICACIONES DE LA ENERGA GEOTRMICA392.1.2.4.1 USOS DIRECTOS 392.1.2.4.2 GENERACIN ELCTRICA..412.1.2.4.2.1 TIPOS DE CENTRALES DE GENERACIN GEOTRMICA..412.1.2.4.2.1.1 CENTRAL FLASH O EVAPORACIN SBITA. 412.1.2.4.2.1.2 CENTRAL DE VAPOR SECO...422.1.2.4.2.1.3 CENTRAL DE CICLO BINARIO.. 432.2 ANTECEDENTES DE LA GEOTERMIA EN EL ECUADOR........ 442.3 SITUACIN ACTUAL DE LA GEOTERMIA EN ECUADOR........46
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CAPTULO III
GENERACIN Y SELECCIN DE ALTERNATIVAS DE GENERACINGEOTRMICA
3.1 GENERACIN DE ALTERNATIVAS DE GENERACINGEOTRMICA. 503.1.1 REA GEOTRMICA DE TUFIO-CHILES503.1.1.1 GENERALIDADES 503.1.1.2 MODELO GEOTRMICO PRELIMINAR 513.1.1.3 POTENCIAL ELCTRICO E INFORMACIN ADICIONAL 543.1.2 REA GEOTRMICA DE CHACHIMBIRO 563.1.2.1 GENERALIDADES 563.1.2.2 MODELO GEOTRMICO PRELIMINAR 573.1.2.3 POTENCIAL ELCTRICO E INFORMACIN ADICIONAL 593.1.3 REA GEOTRMICA DE CHACANA 613.1.3.1 GENERALIDADES.. 61
3.1.3.2 MODELO GEOTRMICO PRELIMINAR 623.1.3.3 POTENCIAL ELCTRICO E INFORMACIN ADICIONAL 643.2 SELECCIN DE ALTERNATIVAS DE GENERACIN
GEOTRMICA 643.2.1 POTENCIAL ENERGTICO 643.2.2 MTODOS DE SELECCIN 673.2.2.1 MTODO DEL FLUJO TRMICO SUPERCIAL 673.2.2.2 MTODO DE FRACTURAS PLANAS.. 693.2.2.3 MTODO DEL REA 693.2.2.4 MTODO DE APORTE DE CALOR MAGMTICO693.2.2.5 MTODOS VOLUMTRICOS.. 703.2.3 TEMPERATURA, PRESIN Y ENTALPA 733.2.4 DISTANCIA A LA RED743.2.5 DISPONIBILIDAD DE INFRAESTRUCTURA.763.2.6 ANLISIS DE LA SELECCIN DE ALTERNATIVA. 78
CAPTULO IV
DISEO Y DESCRIPCIN TCNICA DEL PROYECTO GEOTRMICO
4.1 EXPLORACIN. 814.2 PERFORACIN. 864.3 DISEO.87
4.3.1 PARMETROS DE DECISIN DEL TIPO DE CENTRAL.. 874.3.2 EQUIPOS COMPONENTES DE LA CENTRALGEOTERMICA FLASH..................................................................... 97
4.3.2.1 SISTEMA PRINCIPAL DE VAPOR. 984.3.2.1.1 POZOS PRODUCTORES (PP) 984.3.2.1.2 SILENCIADOR (S). 994.3.2.1.3 COLECTOR DE VAPOR (C). 994.3.2.1.4 TUBERAS DE VAPOR Y LNEAS DE AGUA (VP).. 1004.3.2.1.5 SEPARADOR DE VAPOR (SP).. 1004.3.2.1.6 SECADOR (SC). 1024.3.2.2 SISTEMA DE VAPOR DE LA TURBINA 1024.3.2.2.1 TURBINA (T).. 102
4.3.2.3 SISTEMA DE ENFRIAMIENTO PRINCIPAL. 1044.3.2.3.1 CONDENSADOR (C). 104
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4.3.2.3.2 TORRE DE ENFRIAMIENTO (TE).. 1064.3.2.3.3 POZOS RE-INYECCIN (PR).. 1074.3.2.4 SISTEMA DE VACO DE CONDENSADOR.. 1074.3.2.4.1 EYECTORES DE VAPOR (SISTEMA HBRIDO) (EY). 1074.3.3 CICLO TERMODINMICO... 1084.3.3.1 PROCESO TERMODINMICO EN CENTRALES TRMICAS. 1084.3.3.2 PROCESO TERMODINMICO EN CENTRALES GEOTRMICA 1094.3.4 METODOLOGA DE CLCULO. 1134.3.4.1 CLCULO DE LOS POZOS PRODUCTORES 1134.3.4.2 CLCULO DEL SEPARADOR 1144.3.4.3 CLCULO A LA SALIDA DEL SEPARADOR 1164.3.4.4 CLCULO DEL SECADOR.. 1164.3.4.5 CLCULO DE LA TURBINA 1174.3.4.6 CLCULO DEL CONDENSADOR.1194.3.4.7 CLCULO DE LOS EYECTORES.. 1204.3.4.8 CLCULO DE LA TORRE DE ENFRIAMIENTO.121
4.3.5 BALANCE DE ENERGA.1244.3.6 GENERADOR1394.3.7 SUBESTACIN ELCTRICA.1434.3.8 PARMETROS DE DISEO.. 1544.3.8.1. CARACTERSTICAS MNIMAS DEL EQUIPAMIENTO
ELECTROMECNICO154
CAPTULO V
EVALUCIN ECONMICA
5.1 COSTOS DE LA CENTRAL GEOTRMICA155
5.1.1 COSTOS DE INVERSIN............ 1555.1.1.1 COSTOS DE EXPLORACIN Y PERFORACIN...... 1575.1.1.2 COSTOS DE EQUIPAMIENTO ELECTROMECNICO.. 1615.1.1.3 COSTOS DE GENERACIN 1645.1.1.3.1 COSTOS DE OPERACIN Y MANTENIMIENTO 1645.2 BENEFICIOS DE LA CENTRAL GEOTRMICA.1685.2.1 CLCULO DE LA ENERGA ANUAL GENERADA.1685.2.2 VENTAS DE ENERGA ELCTRICA. 1685.3 EVALUACIN DEL PROYECTO. 1695.3.1 FLUJO DE CAJA 1715.4 COSTO NIVELADO 1755.5 CRONOGRAMA DE EJECUCIN..... 1785.6. COSTOS EVITADOS..180
CAPTULO VI
CONCLUISIONES Y RECOMENDACIONES
6.1 CONCLUSIONES.. 1816.2 RECOMENDACIONES 183BIBLIOGRAFA. .. 184ANEXO 1..186ANEXO 2 .. 189
ANEXO 3. . 195PLANOS.. 198
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NDICE DE GRFICAS
Grfica 1.1 Demanda en el Sistema Nacional Interconectado..15
Grfica 1.2 Tasa de crecimiento anual de la energa elctrica. 16Grfica 1.3 Tasa de anual de variacin del P.I.B y la energa elctrica...17Grafica 1.4 Energa disponible en bornes de generacin............................... 17Grfica 1.5 Potencia efectiva instalada segn fuente de energa 19Grfica 1.6 Energa producida por tipo de central mas interconexin.. 20Grfica 1.7 Proyeccin de la energa disponible en bornes de generacin23Grfica 1.8 Proyeccin de la demanda de potencia en bornes de generacin.. 24Grfica 1.9 Entrada de proyectos a corto y mediano plazo27Grfica 1.10 Oferta y demanda. Entrada de la central geotrmica. 30Grfica 2.1 Esquema de un reservorio geotrmico. 34Grfica 2.2 Clasificacin de la energa geotrmica segn su entalpa.36Grfica 2.3 Utilizacin de fluidos geotrmicos de acuerdo a la temperatura..40Grfica 2.4 Diagrama de una central de evaporacin sbita o flash42Grfica 2.5 Diagrama de una central de vapor seco.. 42Grfica 2.6 Diagrama de una central de ciclo binario.43Grfica 2.7 Mapa de Ecuador con los recursos geotrmicos existentes. 47Grfica 2.8 Prospectos geotrmicos en desarrollo en el pas49Grfica 3.1 Localizacin del rea geotrmica de inters Tufio-Chiles...51Grfica 3.2 Modelo geotrmico del rea de inters Tufio-Chiles53Grfica 3.3 Localizacin del rea geotrmica de inters Chachimbiro56Grfica 3.4 Modelo geotrmico del rea de inters Chachimbiro................ 58
Grfica 3.5 Localizacin del rea geotrmica de inters Chacana...61Grfica 3.6 Clasificacin Francesa de Recursos y Reservas Geotrmicas.... 65Grfica 3.7 Clasificacin de Recursos y Reservas Geotrmicas. 66Grfica 3.8 Diagrama de McKelvey.. 67Grfica 4.1 Estado de desarrollo de cada tecnologa dentro de la
energa geotrmica. 88Grfica 4.2 Evolucin del punto de evaporacin del agua con la presin...89Grfica 4.3 Ciclo Rankine para centrales trmicas.108Grfica 4.4 Diagrama Temperatura- entropa para centrales single-flash...110Grfica 4.5 Diagrama esquemtico del balance de masa/separador de vapor.. 115
Grfica 4.6 Diagrama esquemtico del balance de energa/ turbina117Grfica 4.7 Diagrama esquemtico del balance de energa/
torre de enfriamiento.. 121Grfica 4.8 Diagrama del balance de una central flash. 124Grfica 5.1 Riesgo en el desarrollo de una central geotermia...157Grfica 5.2 Saldo del flujo de caja versus aos de vida til...174
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NDICE DE TABLASTabla 1.1 Proyeccin de la demanda en bornes de generacin de acuerdo
al Plan Maestro de Electrificacin del Conelec (2009-2020)...... 22Tabla 1.2 Proyeccin de la energa disponible en bornes de generacin.. 23
Tabla 1.3 Proyeccin de la demanda de potencia en bornes de generacin. 24Tabla 1.4 Proyectos de generacin futuros a ser instalados. 26Tabla 2.1 reas geotrmicas prioritarias 44Tabla 2.2 Tabla reas de inters geotrmico en el Ecuador... 45Tabla 2.3 Antecedentes de la geotermia en el Ecuador46Tabla 2.4 Principales zonas geotrmicas de inters energtico.....48Tabla 3.1 Valoracin del potencial geotrmico en el rea de Tufio............... 55Tabla 3.2 Valoracin del potencial geotrmico en el rea de Chachimbiro60Tabla 3.3 Resultados de la seleccin de la alternativa..80Tabla 4.1 Fases ms caractersticas de la investigacin de recursos
geotrmicos de alta entalpa.81Tabla 4.2 Distintas fases de la etapa investigadora que utilizan diferentes
tcnicas de prospeccin 85Tabla 4.3 Caractersticas de centrales tipo flash (1)..95Tabla 4.4 Caractersticas de centrales tipo flash (2)..95Tabla 4.5 Caractersticas para la central geotrmica Chachimbiro.96Tabla 4.6 Principales equipos para los distintos tipos de centrales
geotrmicas.97Tabla 4.7 Caractersticas para la Central Geotrmica Chachimbiro ..125Tabla 4.8 Condiciones iniciales a boca de pozo (1)............. 126Tabla 4.9 Condiciones en el separador ciclnico (2).128Tabla 4.10 Condiciones a la salida de separador (3)... 129Tabla 4.11 Condiciones en el secador (2R).. 129Tabla 4.12 Condiciones a la entrada de la turbina (4)............... 134Tabla 4.13 Condiciones a la salida de la turbina (5)134Tabla 4.14 Condiciones del condensador (6) (7).... 135Tabla 4.15 Datos de entrada para la determinacin de la torre de enfriamiento136Tabla 4.16 Condiciones de la torre de enfriamiento (9)..139Tabla 4.17 Caractersticas tcnicas mnimas de los generadores.. 142Tabla 4.18 Caractersticas tcnicas mnimas de los transformadores 145Tabla 4.19 Caractersticas tcnicas mnimas de los disyuntores 147Tabla 4.20 Caractersticas tcnicas mnimas de los seccionadores.149Tabla 4.21 Caractersticas tcnicas mnimas de los T/C ..... 150Tabla 4.22 Caractersticas tcnicas mnimas de los T/P... 151Tabla 4.23 Caractersticas tcnicas mnimas del pararrayos............... 152Tabla 5.1 Porcentaje de inversin para las dos etapas del proyecto........ 156Tabla 5.2 Costo de exploracin segn algunos autores.. 158
Tabla 5.3 Factores que determinan los costos de un sistema geotrmico161Tabla 5.4 Costo detallado del equipamiento a instalar en el
rea geotrmica Chachimbiro..... 162Tabla 5.5 Costo de inversin de la central geotrmica Chachimbiro.. 164Tabla 5.6 Actividades que determinan los costos de operacin
y mantenimiento..... 165Tabla 5.7 Costo de Op. & Mantenimiento de la central geotrmica
Chachimbiro.... 167Tabla 5.8 Costos de inversin y O&M para diferentes capacidades de planta167Tabla 5.9 Precios preferentes energa renovables ctvs/kWh......... 169Tabla 5.10 Flujo de caja para el caso de ingreso por de venta de energa........ 173Tabla 5.11 Resultados de la evaluacin econmica....175
Tabla 5.12 Costo nivelado de generacin para la central geotrmicaChachimbiro175Tabla 5.13 Costo nivelado-centrales convencionales y de energa renovable178
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RESUMEN
Frente a una demanda creciente, existe la necesidad de disponer de un
abastecimiento energtico oportuno, continuo, de calidad y a costo razonable,mediante la generacin con tecnologas ms limpias que permitan diversificar el
parque de generacin e impulsar el desarrollo de las fuentes renovables de energa
aprovechando y promoviendo el uso ms eficiente de los recursos naturales.
El presente proyecto contempla la implementacin de una central de generacin
geotrmica en el Ecuador. Como primera instancia, se describe de manera general
los antecedentes de la energa geotrmica haciendo nfasis en los procesos de
generacin elctrica y sealando las caractersticas principales de la geotermia en el
pas.
Tomando en cuenta que Ecuador dispone de recursos energticos derivados de
fuentes de energa renovable no convencional y de un alto potencial geotrmico a ser
aprovechado, se analiza las reas en las cuales se han detectado manifestaciones
geotrmicas mediante el estudio de la informacin tcnica disponible. Seleccionando
al rea geotrmica Chachimbiro de caractersticas preliminares 240C y 113 MW
como la que presenta la mejor posibilidad para el objetivo planteado. Dentro del
estudio tcnico, por las hiptesis sobre la extensin y caractersticas del campo queno han sido confirmadas por investigacin de campo, como primera etapa se
contempla el diseo de una central tipo Flash con una potencia instalada de 30MW.
El estudio econmico del proyecto geotrmico presenta un alto grado de inversin
inicial de los estudios y ejecucin, pero conllevan luego un costo de operacin
claramente inferior al de otras tecnologas, con la ventaja adicional de una importante
vida til (aprox. 30 aos). El presente trabajo demand mucha investigacin puesto
que en el pas no se cuenta con centrales geotrmicas que permitan establecer
referencias, por lo que se ha enfocado en experiencias de otros campos geotrmicos
que funcionan en varios pases de Amrica Latina
La geotermia es una forma de energa que favorece de manera significativa a la
seguridad del suministro elctrico puesto que aporta un flujo constante de produccin
energtica dando estabilidad a la red. Adems, contribuira al desarrollo local
produciendo beneficios socioeconmicos en forma de creacin de empleo, estabilidad
e ingreso. Por lo tanto, es importante que en el pas se promueva la generacin
geotrmica como una opcin econmicamente competitiva que presenta muchosbeneficios y que podra aportar significativamente al sector energtico.
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PRESENTACIN
El estudio que explora las posibilidades del uso de la energa geotrmica en Ecuador
se inicia con una breve introduccin sobre el Plan Maestro de Electrificacin (PME)2009-2020 del CONELEC, a travs de un anlisis de la demanda y oferta de energa
elctrica, que establezca los requerimientos de Potencia y Energa del Pas y que
permita la planificacin del sistema elctrico y la optimizacin de ste considerando la
integracin de una central de energa geotrmica. Adems se explicara el objetivo del
presente proyecto.
En el captulo 2 se presentan los conceptos tericos bsicos de generacin
Geotrmica, su naturaleza y aplicaciones tanto calricas como para la generacin de
energa elctrica. Se incluir adems el inventario actualizado de los proyectos
geotrmicos existentes y se analizar la situacin de la geotermia en el Ecuador
sobre la base de la informacin de la oferta y la demanda de Potencia y Energa del
PME.
En el captulo 3 se recopilar y analizar la informacin existente de los estudios en
ejecucin a fin de seleccionar la mejor alternativa. En el pas existen tres proyectosgeotrmicos en estudio cuyas caractersticas estimadas son: Chiles-Cerro Negro
(Binacional) de 230C y 138 MW, Chachimbiro de 240C y 113 MW, Chacana-
Cachiyacu de 250C y 191 MW y, Chacana- Jamanco de 200C y 127 MW.
En el captulo 4 se presenta el pre-diseo y la descripcin tcnica de una planta
geotrmica incluyendo las consideraciones bsicas, entre ellas: ciclo termodinmico,
equipamiento mnimo, disposicin de planta, dimensionamiento y, planos.
En el captulo 5 que corresponde a la evaluacin econmica, se incluir el listado de
obras y materiales del proyecto, a fin de definir su presupuesto y programa de
ejecucin, anlisis de costos, beneficios y costos evitados para concluir demostrando
la viabilidad de la generacin de energa elctrica utilizando recursos geotrmicos.
En el captulo 6 se incluirn las principales conclusiones y recomendaciones
derivadas del anlisis tcnico econmico previo.
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CAPTULO I
ANTECEDENTES
1.1 INTRODUCCIN
La energa es sinnimo de desarrollo, el ser humano siempre ha estado en
bsqueda de los recursos que le permitan tener un mejor nivel de vida, ms
cmodo, saludable, y agradable. A medida que el tiempo y la tecnologa avanzan
nuevas fuentes de energa han entrado con mayor fuerza, es decir las
denominadas energas renovables no convencionales como la geotermia.
La fuerte dependencia de los combustibles fsiles destinados a la produccin de
energa elctrica, ha sido el escenario de los ltimos aos dentro del desarrollo
del sector elctrico del pas. Si bien en alguna oportunidad constituy una energa
eficiente que permiti un desarrollo econmico creciente, este modelo energtico
muestra signos de agotamiento progresivo tanto por ser fuentes finitas como porlos efectos adversos al medio ambiente.
El resultado es un contexto energtico actual con una imperiosa necesidad de
mejorar el aprovechamiento de los recursos disponibles, y con la creciente
sensibilizacin ambiental de la sociedad.
Por lo anterior es necesario adoptar medidas enfocadas a la bsqueda de laoptimizacin y eficiencia energtica en la generacin de electricidad mediante la
utilizacin de fuentes de energas renovables donde la geotermia entrara como
una opcin importante que actuara complementariamente con las centrales
hidroelctricas.
Cabe citar que, si bien existen indicios de la geotermia en Ecuador, distintas
barreras han impedido la investigacin, el desarrollo y su implantacin, y, a pesar
de ser una tecnologa poco conocida en el pas, en comparacin con los
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beneficios que ha presentado a nivel mundial puede identificarse como una de las
mejores opciones a ser aplicadas y que puede jugar un papel preponderante en la
mejora del suministro energtico ecuatoriano.
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 OBJETIVO GENERAL
Promover la generacin geotrmica disponible en el pas, como una forma de
energa renovable, sustentable y ambientalmente favorable, teniendo en cuenta el
escenario de los precios de los combustibles fsiles utilizados para la generacin
de energa elctrica convencional, en especial los combustibles importados,
enfocando las implicaciones ambientales del consumo de los mismos y que
adems complemente la estacionalidad hidrolgica de la generacin
hidroelctrica.
1.2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS
Sobre la base de los estudios existentes de los aprovechamientos geotrmicos
que posee actualmente el pas, determinar la opcin ms viable que puede ser
implementada en el cortomediano plazo.
Disear una central geotrmica que cumpla con las caractersticas tcnicasmnimas, mediante un estudio del ciclo termodinmico adecuado y de los
requerimientos de equipamiento elctrico y electro-mecnico.
Resaltar las ventajas que posee la energa geotrmica en el mbito ambiental y
en el econmico para, de esta forma, extender sus aplicaciones no slo a fines de
generacin de energa elctrica sino tambin para aplicaciones trmicas.
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1.3 ANTECEDENTES
1.3.1 ANLISIS DE MERCADO Y DESCRIPCIN DEL SECTOR ELCTRICO
La demanda de electricidad junto con la oferta conforman las dos fuerzas
fundamentales del mercado elctrico del Pas, las cuales son influenciadas por
varios factores de comportamiento complejo que gobiernan su evolucin.
1.3.1.1 Demanda histrica de potencia
La demanda en bornes de generacin del Sistema Elctrico del Ecuador tanto en
el ao 2007 como en el 2008 fue de 2.706 MW y 2.785 MW respectivamente, por
lo que se puede apreciar que en este periodo hubo un incremento de 79 MW
correspondiente al 2,92%. En el ao 2009 la demanda (2.770 MW) disminuy en
un 0,54% con respecto al anterior ao, debido significativamente a la crisis
energtica del pas en los ltimos meses del 2009. Para el 2010 con una
demanda de 2811 MW se puede determinar un aumento del 1.48%. Datos que se
presentan a continuacin:
Grfica 1.1 Demanda en el Sistema Nacional InterconectadoFuente de Datos: Conelec Elaboracin propia
2000 2001 2002 2003 2004 2005 20062007
20082009
2010
1955 2.002 2.134 2.223 2.360 2.424 2.642 2.706 2.7852.770 2.811
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Demanda Mxima en Bornes deGeneracin S.N.I (MW)
1.9552.0022.1342.2232.3602.4242.6422.7062.7852.7702.811
DEMANDA EN EL S.N.I (MW)
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En el periodo comprendido entre el 2000 al 2010 con una demanda de 1.955 MW
y 2811 MW respectivamente, el valor de crecimiento de la demanda de potencia
corresponde al 43.78%.
1.3.1.2 Demanda histrica de energa
La tendencia del comportamiento de la demanda de energa ha ido en aumento,
sin embargo en estos tres ltimos aos se ha observado una propensin
decreciente que en trminos porcentuales se presenta a continuacin en la grfica
1.2.
-8%
-6%
-4%
-2%
0%
2%
4%
6%
8%
10%
Grfica 1.2 Tasa de crecimiento anual de la energa elctrica.
Consumo. Total S.N.IFuente de Datos: Conelec Elaboracin propia
El sector elctrico tiene gran importancia econmica, debido a su participacin en
la produccin de la economa de la cual representa el 5%, ubicndola como la
dcima industria que ms aporta a este indicador, aspecto que se observa en la
correlacin entre el comportamiento del PIB y la demanda elctrica, que permite
emplearlo como referencia para definir el comportamiento de la demanda de
potencia.
En la grfica 1.3 se indica, la evolucin de la demanda de energa elctrica y su
relacin directa con el Producto Interno Bruto, en trminos generales se presenta
una similitud notoria, sin embargo en ciertos intervalos difieren sucomportamiento, debido bsicamente a las variaciones en los precios de la
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17
electricidad, transformndose en crecimiento de la demanda cuando la tarifa ha
disminuido.
Grfica 1.3 Tasa de anual de variacin del P.I.B y la energa elctricaFuente de Datos: Conelec Elaboracin propia
La energa disponible en bornes de generacin para el ao 2008 fue de 19.108,69
GWh que tuvo un crecimiento del 5% con respecto al 2007. En el periodo 2008-
2009 el incremento fue de 276,68 GWh que corresponde al 1,45%. En el ltimo
ao la demanda ascendi un 5,15% (20.382,76 GWh) en comparacin al 2009
que registr una produccin de energa de 19.385,37 GWh. Esta propensin
creciente se puede visualizar en la grfica 1.4.
Grafica 1.4 Energa disponible en bornes de generacinFuente de Datos: Conelec Elaboracin propia
-8%
-4%
0%
4%
8%
12%
16%
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
Demanda de Energa Elctrica P.I.B
0.00
2,000.00
4,000.00
6,000.00
8,000.00
10,000.00
12,000.00
14,000.0016,000.00
18,000.00
20,000.00
22,000.00
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
10,
612.4
4
11,0
72.
03
11,
943.
86
12,6
65.
74
14,
226.
46
15,1
27.
47
16,6
86.
32
18,
197.5
2
19,1
08.
69
19,3
85.
37
20,
382.
76
ENERGIA DISPONIBLE (GWh)
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Durante los ltimos 11 aos la demanda de energa pas de 10.612,44 GWh a
20.382,76 GWh, con un incremento del 92,06% y con un promedio anual de
6,41%.
De la misma forma en el 2010 el nmero de clientes a nivel nacional con servicio
de energa elctrica fue de 3.947,591 con un acrecentamiento de 5,36% en
proporcin al ao 2009.
1.3.1.3 Disponibilidad de energa y potencia
PotenciaDe acuerdo con la informacin disponible en el Conelec, a diciembre del 2010 la
capacidad efectiva del Ecuador fue de 4.757,5 MW distribuida en: 2.311 MW
producidos por fuentes de energa renovable (48,58%) y un aporte de las fuentes
de energa no renovable de 2.446,5 MW (51,42%).
La generacin total se concentra en 225 centrales, clasificadas de acuerdo al tipo
de central en:
54 centrales hidroelctricas que suman 2.215,5 MW, donde cinco son las
centrales ms importantes que componen el 88% de la capacidad
hidroelctrica,Paute 1100 MW, San Francisco 230 MW, Agoyn 156 MW,
Pucar 74 MW todas estas ubicadas en la vertiente del Amazonas y Marcel
Laniado 213 MW localizada en la vertiente del Pacfico.
3 centrales de biomasa (bagazo de caa) con 93,4MW. 169 centrales trmicas con 2.446,5 MW, siendo las mayores plantas en
operacin, Electroquil 181 MW, Gonzalo Zevallos 146 MW, Esmeraldas
125 MW, Bajo Alto-1 139.50 MW, Trinitaria 132 MW y Victoria-II 102 MW.
La potencia efectiva en el 2010 creci en un 7,8% en relacin a lo presentado en
el 2009 (4.413,3 MW). En capacidad hidrulica este aumento fue de 183,2 MW
que representa el 8,27%, en un porcentaje menor se tiene el incremento de
capacidad trmica con 162 MW (7%).
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El desglose de la capacidad efectiva por tipo de fuente para el ao 2010 se indica
en la grfica 1.5:
Grfica 1.5 Potencia efectiva instalada segn fuente de energaFuente de Datos: Conelec Elaboracin propia
(1*) Dentro de la fuente de energa renovable el tipo trmica turbovapor corresponde a centrales cuyo
combustible es biomasa (bagazo de caa).
EnergaLa produccin de energa elctrica a diciembre del 2010 incluyendo la importacin
(872,90 GWh) fue de 20.382,76 GWh, y la energa entregada al mercado elctrico
tuvo un valor de 17.376,37 GWh equivalente al 85,25% del total nacional.
Las centrales hidroelctricas aportan con el 42% a la oferta nacional, mientras
que las centrales de origen trmico aportan con el 53% que en forma
desagregada se subdividen en, motores de combustin interna MCI, turbogas, yturbovapor. Los porcentajes se encuentran en la grfica 1.6.
POTENCIAEFECTVA
4.757,5 MW
RENOVABLE
2.311 MW
48,58%
HIDRULICA2.215,5 MW
95,85%
TRMICA TURBOVAPOR(1*)
93,4 MW
4,05%
NO RENOVABLE
2.446,5 MW
48,65%
TRMICA MCI
1.018,6 MW
41,63%
TRMICA TURBOGAS
973,9 MW
39,81%
TRMICA TURBOVAPOR
454,00 MW
18,56%
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Grfica 1.6 Energa producida por tipo de central mas interconexinFuente de Datos: Conelec. Elaboracin propia
Como dato adicional se tiene que el consumo de energa elctrica per cpita en el
2010 fue de 991 kWh/habitante. En lo que respecta a la interconexin se tuvo una
disminucin del 22,11% al pasar de 1.120,75 GWh (2009) a 872,9 GWh (2010).
1.3.1.4 Proyeccin de la demanda de potencia y energa elctrica
Uno de los principales objetivos de un modelo energtico se basa en la necesidadde predecir la demanda elctrica obteniendo as criterios de estimacin que
permitan garantizar la oferta de energa, y as poder realizar una planificacin
eficiente del equilibrio entre la oferta y la demanda.
Un anlisis de demanda elctrica comprende dos fases, la primera el estudio del
comportamiento de la demanda pasada y presente y la segunda el pronstico de
la demanda futura.
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Las previsiones de consumo de energa elctrica globales o por sector de
consumo, en general estn dadas en valores anuales, este modo de presentar las
previsiones tiene un inters de tipo estadstico muy importante. Sin embargo, es
insuficiente para los casos en que sea necesaria una planificacin del crecimiento
de las instalaciones cuando el nivel de desagregacin requerido llega a los
estadios menores del sistema elctrico, lo mismo sucede en el caso de la
planificacin de la operacin.
No existen procesos uniformes para la estimacin de la demanda elctrica,
existiendo diversos mtodos para este fin, que en la prctica revelan distintos
grados de complejidad, y van desde simples extrapolaciones de tendenciashistricas hasta elaborados mtodos de correlacin.
El mtodo a ser aplicado depender de la cantidad de informacin que se
disponga y hay que tener en cuenta que la previsin de la demanda an con un
mtodo sofisticado implicar cierto grado de incertidumbre que la mantendr en
un margen del 10% del valor real. De igual forma el periodo de proyeccin puede
variar incluso desde unos pocos minutos hasta estimaciones largas de ms de 30aos.
El Plan Maestro de Electrificacin del Conelec para el periodo 2009-2020,
presenta los valores de la proyeccin de la demanda tomando en cuenta: el
comportamiento del PIB, cobertura del servicio, sensibilidad del precio de la
energa y la recuperacin de prdidas, considera adems que los factores
econmicos que han influido en el pasado sobre la demanda elctrica lo seguirnhaciendo de manera similar en el futuro.
Aspectos que se contemplan bajo tres escenarios de crecimiento del producto
interno bruto: mayor, medio y menor.
Estos valores en bornes de generacin para demanda de potencia y energa se
presentan en la tabla 1.1, indicando en la parte inferior las respectivas tasas de
crecimiento anual para cada escenario.
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AODEMANDA DE POTENCIA
(MW)DEMANDA DE ENERG A
(GWh)
MENOR MEDIO MAYOR MENOR MEDIO MAYOR2009 2.883 2.909 2.933 16.992 17.148 17.3192010 3.036 3.076 3.121 18.075 18..449 18.7972011 3.234 3.304 3.376 19.539 20.097 20.6172012 3.354 3.455 3.558 20.327 21.076 21.7832013 3.477 3.610 3.746 21.134 22.082 22.9912014 3.601 3.768 3.940 21.944 23.107 24.2372015 3.839 4.044 4.253 23.500 24.897 26.2652016 4.110 4.354 4.605 25.182 26.830 28.455
2017 4.371 4.658 4.953 26.808 28.726 30.6282018 4.626 4.960 5.302 28.402 30.611 32.8122019 4.849 5.232 5.625 29.807 32.328 34.8492020 5.037 5.473 5.919 30.996 33.852 36.718
TASADE
CRECIMIENTO5,0% 5,7% 6,4% 5,5% 6,3% 7,0%
Tabla 1.1 Proyeccin de la demanda en bornes de generacin de acuerdo alPlan Maestro de Electrificacin del Conelec (2009-2020)
Fuente de Datos: Conelec Elaboracin propia
Es importante indicar que esta proyeccin de la demanda de potencia y energa
concertada en el Plan de Electrificacin del Conelec fue estimada tomando como
base el ao 2008 que se realiz dicho Plan. Sin embargo es necesario volver a
proyectar la demanda con los datos actualizados a partir del ao 2010.
Para la nueva proyeccin, que permita realizar un planeamiento elctrico
adecuado y alcanzar una operacin satisfactoria del sistema, se consider los
aos histricos desde el 2005 al 2010. Mediante un mtodo prctico a partir de
una extrapolacin simple y estimando un similar comportamiento de tendencia
constante, se encontr el porcentaje de crecimiento de cada periodo, que
posibilit determinar la proyeccin de la demanda de energa y potencia,
presentados en la tabla 1.2 y tabla 1.3 respectivamente y sus ilustraciones
correspondientes.
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AODEMANDA DE ENERGA (GWh)
MENOR MEDIO MAYOR
2005 13.637 13.637 13.637
2006 14.534 14.534 14.5342007 15.349 15.349 15.3492008 16.188 16.188 16.1882009 16.748 16.748 16.7482010 17.376 17.376 17.376
2011 18.783 18.928 19.058
2012 19.541 19.850 20.136
2013 20.317 20.798 21.253
2014 21.095 21.763 22.405
2015 22.591 23.449 24.279
2016 24.208 25.270 26.304
2017 25.771 27.055 28.313
2018 27.304 28.831 30.332
2019 28.654 30.448 32.215
2020 29.797 31.883 33.942
Tabla 1.2 Proyeccin de la energa disponible en bornes de generacinElaboracin propia
Grfica 1.7 Proyeccin de la energa disponible en bornes de generacin. Elaboracin propia
5.000
7.500
10.000
12.500
15.000
17.500
20.000
22.500
25.000
27.500
30.000
32.500
35.000
37.500
2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021
PROYECCIN DE LA ENERGA DISPONIBLE ENBORNES DE GENERACIN (GWh)
Crecimiento menor Crecimiento medio Crecimiento mayor Crecimiento historico
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AODEMANDA DE POTENCIA (MW)
MENOR MEDIO MAYOR
2005 2.424 2.424 2.424
2006 2.642 2.642 2.6422007 2.706 2.706 2.7062008 2.785 2.785 2.7852009 2.776 2.776 2.7762010 2.796 2.796 2.796
2011 2.978 3.003 3.024
2012 3.089 3.141 3.187
2013 3.202 3.281 3.356
2014 3.316 3.425 3.530
2015 3.536 3.676 3.810
2016 3.785 3.958 4.125
2017 4.025 4.234 4.437
2018 4.260 4.509 4.750
2019 4.466 4.756 5.039
2020 4.639 4.975 5.303
Tabla 1.3 Proyeccin de la demanda de potencia en bornes de generacinElaboracin propia
Grfica 1.8 Proyeccin de la demanda de potencia en bornes de generacinFuente de Datos: Conelec. Elaboracin propia
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
4.000
4.500
5.000
5.500
6.000
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021
PROYECCIN DE LA DEMANDA MAXIMA DEPOTENCIA EN BORNES DE GENERACIN DEL SNI
(MW)
Crecimiento menor Crecimiento medio Crecimiento mayor Crecimiento historico
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Los avances encaminados al uso eficiente y racional de la energa pueden
cambiar la demanda de electricidad, de tal manera que su tasa de crecimiento
puede disminuir en funcin de la rapidez con que se produzcan dichos avances y
la socializacin que se haga de ellos. El alcance acordado por el plan de
electrificacin considera una proyeccin del consumo de energa final relevante,
hasta el ao 2020.
La produccin de energa elctrica con un aumento del 13,2% pas en los tres
ltimos aos de 15.349 GWh a 17.376 GWh y se estima que para el ao 2020
alcanzar niveles de 33.942 GWh. La demanda de potencia en bornes de
generacin se incremento en menos del 1% en el periodo 2008 -2010 y para elao 2020 se considerara un valor de 5.303MW segn lo indicado en tablas y
graficas anteriores.
1.3.1.5 Entrada en operacin de nuevos proyectos
Para garantizar el abastecimiento de energa elctrica tanto para el sector pblico
como para el productivo, frente a un crecimiento de demanda continuo, la entradade nuevos proyectos crea una base fundamental no slo para suplir las
necesidades de la poblacin sino que adems permite el desarrollo del pas.
Es as que el plan de expansin de generacin contempla para corto y mediano
plazo el ingreso de nuevas centrales convencionales en su mayora de tipo
hidrulico, y un limitado nmero de trmicas de envergadura grande, mediana y
pequea.
Importantes proyectos de generacin hidroelctrica avanzan a nivel nacional,
Toachi-Pilatn (vertiente occidental) cuyo objetivo es disminuir el consumo de
electricidad trmica y la dependencia de combustibles fsiles, as como brindar
una sostenibilidad a la generacin cuando centrales como Paute y Agoyn se
encuentran en los periodos secos, su participacin es del 9% (254 MW), Coca
Codo Sinclair (cuenca del ro Coca) dar un aporte significativo con una potencia
de 1500 MW, Sopladora (cuenca oriental), siendo la tercera etapa del proyecto
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integral Paute, contribuir con el 17,5% (487 MW). Estos tres proyectos se
encuentran actualmente en construccin.
El potencial hidroelctrico tcnica y econmicamente aprovechable en el Ecuador
es de 24.122 MW, del que actualmente se utiliza slo un 8%. La entrada en
operacin de centrales como Cardenillo y Chespi (cuenca del ro Paute y
Guayllabamba respectivamente) aportarn al Sistema Nacional Interconectado
con 400 MW y 460 MW equivalente al 14% y 17% respectivamente, de la
capacidad de generacin de potencia efectiva del pas.
En este ao se pudo apreciar el ingreso de la central termoelctrica Santa Elenacon una potencia instalada de 90 MW y de la central hidroelctrica Mazar con una
potencia de 160MW, entre las principales. En la tabla 1.4 se presenta los
proyectos de generacin de mayor inters para ser incorporados al sistema
elctrico ecuatoriano.
PROYECTO
POTENCIA
NOMINAL(MW)
ENERGA
MEDIAGWh/AO TIPO
AO
ESTIMADOENTRADA
MES
ESTIMADOENTRADA
JONDACHI-LA MERCED 31 121,4/83,9 HIDROELCTRICA 2014 JUNIO
SOLDADOSYANUNCAY Y MINAS
28 190 HIDROELCTRICA 2014 SEPTIEMBRE
BABA 42 161 HIDROELCTRICA 2012 ENERO
OCAA 26 192 HIDROELCTRICA 2011 JULIO
TOACHI-PILATN 254 1120 HIDROELCTRICA 2014 AGOSTO
COCA CODO SINCLAIR 1500 8743 HIDROELCTRICA 2016 ENERO
SOPLADORA 487 2800 HIDROELCTRICA 2014 DICIEMBRE
QUIJOS 50 355 HIDROELCTRICA 2013 NOVIEMBRE
BAEZA 50 318 HIDROELCTRICA 2015 SEPTIEMBRE
CHONTAL 184 1034 HIDROELCTRICA 2015 ABRIL
CHESPI 460 2000 HIDROELCTRICA 2016 NOVIEMBRE
MAZAR DUDAS 21 125 HIDROELCTRICA 2014 FEBRERO
MINAS SANFRANCISCO
275 1321 HIDROELCTRICA 2016 OCTUBRE
LA UNIN 87 411 HIDROELCTRICA 2016 OCTUBRE
CARDENILLO 400 2300 HIDROELCTRICA 2017 NOVIEMBRE
Tabla 1.4 Proyectos de generacin futuros a ser instaladosFuente de Datos: Conelec Elaboracin propia
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Grfica1.9
Entradadeproyectosacortoymedianop
lazo
FuentedeDatos
:Conelec.
Elaboracinpropia
0100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
2100
2200
2300
2400
2500
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
ENT
RADADEPROYECTOSACORTOYMEDIAN
OPLAZO
JONDACHI
31MW
BABA
42MW
QUIJOS
50MW
CARDENILLO
400M
W
COCA
CODO
SINCLIR
1500MW
CHESP
460MW
MINAS
275MW
UNION
87MW
BAEZA
50MW
CHONTAL
184MW
OCAA
26MW
SOLDADOS
28MW
TOACHI
254MW
SOPLADORA
487MW
MAZAR-DUDAS
21MW
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El ingreso de nuevos proyectos originara una supremaca en generacin
hidroelctrica que si bien es una energa barata y con bajos costos de operacin,
a su vez presenta el inconveniente de una hidrologa no controlada que origina
periodos de estiaje por lo general en los meses de octubre a marzo
caracterizados por la presencia de la mayor demanda en el pas.
El complemento natural se da a travs del ingreso de centrales trmicas con la
desventaja que presentan altos costos ambientales y fuerte dependencia de
combustibles fsiles, ocasionando la importacin de los mismos a precios
elevados como es el caso del diesel.
1.3.2 COMPORTAMIENTO DEL SECTOR ELCTRICO
Dos etapas bien definidas contrastan el desarrollo del sector elctrico, la primera
inicia con la creacin del Instituto Ecuatoriano de Electrificacin (INECEL) en
mayo de 1966 y cuyo proceso institucional alcanza el ao de 1999, y la segunda
mediante la promulgacin de la Ley de Rgimen de Sector Elctrico (LRSE) en
octubre de 1996.
La evolucin de la demanda de energa en el mercado elctrico ha mantenido una
situacin de crecimiento en la etapa post-dolarizacin, conservando en los ltimos
aos un crecimiento superior al 5%.
El 48.58% de la potencia efectiva es ofertado por centrales con fuentes de
energa renovable (hidrulica, biomasa) frente al 51.42% correspondiente acentrales termoelctricas (motor combustin interna, turbogas, turbovapor).
La matriz elctrica ha evolucionado desde un escenario mayoritariamente
hidrulico, hasta la actualidad en que la supremaca de la generacin trmica a
partir de combustibles fsiles es evidente, dando lugar a la vulnerabilidad cuando
merma el componente hidrulico.
Sin embargo como complemento a las centrales convencionales, el ingreso de
otras fuentes de recursos renovables no utilizadas puede dar un aporte
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significativo. Es as que en el plan de expansin de la generacin se conviene dar
espacio al ingreso de proyectos provenientes de fuentes de energa renovable
con el aporte del 10% a la produccin de electricidad, en este sentido la
generacin geotrmica entra como una buena opcin adquiriendo mayor
importancia para la generacin de electricidad por su disponibilidad continua de
energa.
El ingreso de una nueva unidad geotrmica, motivo del presente estudio, no est
contemplada en la entrada de nuevos proyectos, pero existe el requerimiento de
contar con una central de energa firme y alto factor de planta, que acte
principalmente en complementariedad a la generacin hidrulica debido a que laestacionalidad crea cierta incertidumbre en la confiabilidad de la generacin
hidroelctrica.
Si bien el tiempo mnimo requerido entre investigacin y desarrollo del campo
geotrmico est entre 5 y 6 aos, la central geotrmica contribuir de manera
relevante al sector energtico del pas, tomando en cuenta que varias centrales
en operacin estn por finalizar su vida til, disminuyendo su confiabilidad yaumentando sus costos de mantenimiento.
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Grfica1.1
0Ofertaydemanda.
Entradadelacentralgeo
trmica
FuentedeDatos
:Conelec.
Elaboracinpropia
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31
CAPTULO II
CONCEPTOS BSICOS DE GENERACIN GEOTRMICA
E INVENTARIOS DE PROYECTOS EXISTENTES
2.1 MARCO TERICO
2.1.1 GEOTERMIA
Etimolgicamente la palabra Geotermia viene de dos vocablos griegos, geos
=tierra y thermos=calor, es decir el calor natural existente en el interior del
planeta, se emplea indistintamente para designar a la ciencia que se encarga del
estudio de los fenmenos trmicos de la tierra as como al conjunto de procesos
industriales que pretenden explotar ese calor para la produccin de energa
elctrica y/o calor til para el ser humano.
2.1.1.1 Flujo de calor de la tierra y gradiente geotrmico
La nica magnitud relacionada con la temperatura interna de la tierra que se
puede medir directamente es el flujo de calor hacia la superficie, a continuacin se
citar los parmetros necesarios para su determinacin.
Gradiente geotrmico (G),es el incremento de la temperatura en relacin directa al
aumento de la profundidad del suelo. El gradiente geotrmico observado en la
mayor parte del planeta es normalmente de 2,5 a 3C cada 100 metros. En reas
geolgicamente activas, el valor del gradiente geotrmico puede ser muy superiora los 3C/100m, este fenmeno tambin se presenta en un sistema de fallas
profundas, o debido a la existencia de acuferos que pueden transportar el calor
en sentido vertical. A este gradiente se lo denomina anmalo y surge en lugares
idneos para la extraccin de calor con fines de generacin de electricidad.
El gradiente geotrmico tambin depende de las caractersticas fsicas que
presente el material en cada punto del interior del planeta (condiciones geolgicas
locales) como son: la relacin presin con temperatura, composicin qumica,presencia de movimientos conectivos y rozamientos, etc.
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Conductividad Trmica (K), para establecer la conductividad trmica con fines de
generacin geotrmica se toma las muestras de las rocas in situ, y en el
laboratorio se las expone a un flujo de calor conocido.
Flujo de calor (Q), se calcula como el producto del gradiente geotrmico por la
conductividad trmica de las rocas, se lo mide perpendicularmente a la superficie
de la tierra y representa la cantidad de calor geotrmico que se desprende por
unidad de superficie.
(Ec. 2.1)Donde:
K: Conductividad trmica [
]
G: Gradiente geotrmico [ ]Q: Flujo de calor [
]
El flujo de calor promedio que se encuentra en la tierra es alrededor de
87(mW/) de los cuales corresponden a 60 (mW/) en los continentes y 101(mW/) en los ocanos, (existirn zonas donde este valor ser superior). Elobjetivo del clculo de flujo de calor es reconocer las zonas de mayor anomala
trmica, obtenindose un potencial geotrmico aprovechable.
2.1.2 ENERGA GEOTRMICA
Se define como aquella energa que puede obtenerse mediante el
aprovechamiento del calor interno de la tierra con fines de generacin de
electricidad y aplicacin de calor. Es un recurso:
Sostenible ya que ofrece un flujo constante de produccin energtica sindependencia de variaciones estacionales como ocurre con gran parte de
las energas renovables.
Renovable porque el calor que emana de la tierra es esencialmente
ilimitado.
Limpio debido a que los impactos medioambientales son destacablemente
menores.
Abundante porque el calor est disponible en todas partes y con una granvariedad de aplicaciones entre ellas la generacin de electricidad.
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Recurso geotrmico,parte de la energa geotrmica que puede ser aprovechada
de forma tcnica y econmicamente viable, entre los cuales se encuentran: vapor,
agua caliente, rocas secas calientes, rocas geopresionadas (es decir rocas
porosas que contienen una mezcla de agua y gases a elevada presin y
temperatura) y rocas fundidas (magma). Una puntualizacin importante es citar
que cuando se habla genricamente de recurso geotrmico se refiere a lo que se
denomina recurso accesible base que no es ms que la energa trmica
almacenada a cierta profundidad en la corteza, a determinada rea y calculada a
partir de la temperatura media anual.(Muffler y Cataldi 1978)
2.1.2.1 Estructura de un reservorio geotrmico convencional
Para que la energa geotrmica sea aprovechada es necesario que se acumule
en un cuerpo del interior de la corteza, la forma ms comn de concentracin es
una unidad de agua que es calentada por una fuente de calor denominada
magma y atrapada en rocas permeables y porosas bajo una capa de roca
impermeable, esta unidad natural es la que se llama yacimiento, reservorio o
sistema geotrmico. A continuacin se indica los factores bsicos condicionantespara la presencia de este sistema:
Fuente de calor,corresponde al calorque fluye desde el ncleo del planeta hacia
el exterior, generalmente este calor se da como una intrusin magmtica a alta
temperatura, emplazada en el manto a profundidades de 5-12Km. A travs de
fracturas este magma, puede alcanzar la superficie como lava, pero por lo general
permanece por debajo de la corteza terrestre trasmitiendo calor a las rocas
circundantes o depsitos de fluido acumulado. La temperatura de la masamagmtica est entre 700-1200C.
Fluido,constituye el agua contenida en el yacimiento, es de origen meterico o
superficial, aunque parte de ella puede ser magmtica es decir vapor de agua
producido por la evolucin del magma. La recarga de agua debe tener la
posibilidad de infiltrarse en el subsuelo, mantener el balance hidrolgico y
alcanzar la profundidad necesaria para ser calentada. Este fluido estar en fase
liquida o vapor y a menudo contendr sustancias qumicas disueltas y gases talescomo , , etc.
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Reservorio,volumen suficiente de rocas permeables, porosas y fracturadas de tal
manera que permitan no slo contener una cantidad de fluido donde se almacene
agua caliente o vapor, sino la circulacin convectiva del mismo, de tal forma que
se asegure una explotacin comercial.
Grfica 2.1 Esquema de un reservorio geotrmicoFuente: Geothermal Energy Association
Cubierta impermeable,es una capa rocosa de baja permeabilidad situada encima
y debajo del reservorio geotrmico actuando como una especie de sellamiento,
manteniendo la presin e impidiendo as el escape del fluido hacia el exterior del
sistema.
Manifestaciones Superficiales, son procesos geolgicos que pueden ser
indicativos de acuferos subterrneos ubicados en las profundidades, alcanzando
la superficie a travs de fracturamientos en la capa rocosa y originando un foco
visual del calor presente en el interior de la tierra que puede ser explotado
comercialmente para la obtencin de energa elctrica. Entre los que se tiene:
Aguas termales, son emanaciones naturales de agua, vapor de agua y
mezcla de gases, cuya temperatura es superior a la atmosfrica. Geiseres, este tipo de fuente termal se forma como resultado de aguas
geotermales que quedan atrapadas en estrechas fisuras subterrneas, la
formacin de geiseres requiere de una hidrologa favorable que existe solo
en ciertas partes del planeta por lo que es un fenmeno bastante extrao.
Fumarolas, son emanaciones de gases y vapores que normalmente se
encuentran prximas a reas de actividad volcnica. Se les clasifica de
acuerdo a su composicin qumica: solfarata (ricos en azufre, temperaturade 90-300C) y mofetas (dixido de carbono, temperatura prxima a 90C).
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Vulcanismo reciente, por una cantidad fijada de magma arrojada por un
volcn, un volumen 10 veces mayor permanece debajo de la superficie
formando cmaras mgmaticas que calientan las rocas circundantes.
Aunque una manifestacin de cualquier ndole no es sinnimo de que exista un
potencial geotrmico seguro, permite pronosticar la ubicacin de zonas favorables
para la exploracin geotrmica.
2.1.2.2 Clasificacin de los yacimientos geotrmicos
Los yacimientos geotrmicos se clasifican usualmente considerando el nivel
energtico de los fluidos en ellos contenidos y sus posibles formas de utilizacin.
No existe una estandarizacin con respecto a los lmites donde empieza y termina
un recurso de alta, mediana, baja o muy baja entalpa. Tomando en cuenta la
clasificacin propuesta por (Muffler y Cataldi, 1978) se tiene:
2.1.2.2.1 Yacimientos geotrmicos de alta entalpa
Su temperatura es superior a los 150C. Formados por vapor seco o por una
mezcla de agua y vapor, donde el foco de calor permite que el fluido se encuentre
en condiciones de presin y temperatura elevadas, caractersticastermodinmicas que son fundamentalmente aprovechables para la produccin de
electricidad. Se localizan en zonas geogrficas con elevados gradientes
geotrmicos, a profundidades que oscilan entre los 1500-3000 metros Los
recursos de roca seca caliente es un caso que entra en este tipo de yacimiento.
2.1.2.2.2 Yacimientos geotrmicos de media entalpa
Su temperatura se encuentra entre los 90 y 150 C. Se sitan a profundidades
inferiores a 1000 metros, en zonas con un gradiente geotrmico elevado. Se
aprovechan en centrales de generacin elctrica con ciclos binarios, a travs de la
utilizacin de un fluido intermedio de menor temperatura de vaporizacin.
Tambin pueden ser utilizados para uso trmico en calefaccin y refrigeracin en
sistemas urbanos y en procesos industriales.
2.1.2.2.3 Yacimientos geotrmicos de baja entalpa
Su temperatura se encuentra entre 30 y 90 C. Se localizan en zonas con ungradiente geotrmico normal. Su utilizacin se basa en usos trmicos en sistemas
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de calefaccin y climatizacin urbanos, y en diferentes procesos industriales. Los
fluidos geotrmicos muy pocas veces son usados directamente, lo ms comn es
el aprovechamiento de su energa mediante intercambiadores o bomba de calor.
2.1.2.2.4 Yacimientos geotrmicos de muy baja entalpa
Energa almacenada en el terreno o en las aguas subterrneas a temperaturas
menores a 30C. Casi la totalidad de la superficie del planeta constituye un vasto
yacimiento de recursos geotrmicos de muy baja entalpa. Usos trmicos. Aporte
energtico a los sistemas de ventilacin, calefaccin, refrigeracin de los locales
y/o procesos, con o sin utilizacin de una bomba de calor.
CICLO BINARIO INTERCAMBIADOR BOMBA DE CALOR
PRODUCCION DE ELECTRICIDAD APROVECHAMIENTO DE CALOR
Grfica 2.2 Clasificacin de la energa geotrmica segn su entalpaElaboracin propia
2.1.2.3 Tipos de sistemas geotrmicos
Los sistemas geotrmicos se encuentran en la naturaleza en una variedad de
combinaciones de caractersticas geolgicas, fsicas y qumicas, dando as origen
a diferentes tipos de sistemas, estos pueden ser:
2.1.2.3.1 Sistemas convectivos hidrotermales
Formados por una fuente de calor, agua (en estado lquido, en forma de vapor, o
una mezcla de lquido y vapor) y la roca donde se almacena el fluido, estos
sistemas se encuentran situados a una profundidad relativamente pequea
alrededor de 500m a 10km.La recarga del agua tiene su origen en la superficie
de la tierra en forma de lluvia, hielo o nieve, atravesar la corteza terrestre por
medio de fracturas y fallas, donde ser expuesta a un foco de calor y previamente
calentada por medio de la roca, bajo un sellamiento impermeable, garantizando
as un elevado flujo trmico de hasta 400C.
T ALTA150C
T MEDIA90-150C
T BAJA30-90C
T MUY BAJA30-90C
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Estos sistemas hidrotermales, que en la actualidad se explotan comercialmente
para la generacin elctrica y usos directos, se clasifican de acuerdo con la
recarga de agua en:
Vapor dominante, predominancia de vapor seco, son sistemas de alta
entalpa que producen vapor sobrecalentado en un grado que vara entre
los 0-50C. Permiten obtener mejor rendimiento en las turbinas
generadoras de electricidad.
Existen unos cuantos en el mundo, los ms conocidos son The Geysers (Estados
Unidos), Matsukawa (Japn) y Larderello (Italia).
Lquido dominante (alta entalpa), Sistemas de alta entalpa con
temperaturas entre 150C y ms de 300C.Tienen correlacin con aparatos
volcnicos y la tectnica de placas.
Son ms abundantes que los anteriores, por ejemplo: Cerro Prieto (Mxico),
Wairakei (Nueva Zelanda), Tiwi (Filipinas).
Lquido dominante (baja entalpa), Sistemas de baja entalpa con
temperaturas menores a los 150C aproximadamente. Son ms
abundantes que los de alta entalpa en una proporcin de 10 a 1, se
encuentran en casi todos los pases del mundo, por ejemplo: Heber(Estados Unidos), Yangbajin (China).
A estos dos ltimos sistemas tambin se les conoce como vapor hmedo siendo
los ms comunes y de mayor aprovechamiento.
2.1.2.3.2 Sistemas geotrmicos mejorados (enhanced geothermal systems)
Formaciones geolgicas de roca que poseen un alto contenido energtico, pero
debido a las caractersticas geolgicas propias de estos sistemas (rocas
cristalinas y no permeables) carecen de agua, un componente necesario para una
forma natural de reservorio geotrmico.
Por lo tanto para producir energa es preciso crear un yacimiento artificial, para
esto se perforan dos pozos hasta encontrar la formacin rocosa seca, en el primer
pozo se bombea agua fra a alta presin ocasionando un fracturamiento
hidrulico, de esta manera el agua circular a travs de estas fracturas
extrayendo el calor de la roca y adquiriendo condiciones adecuadas de presin y
temperatura, en el segundo pozo ubicado a cientos de metros del primero, que
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intercepta estos fracturamientos se extraer el agua caliente para su posterior
aprovechamiento.
Este sistema tambin se conoce como Hot Dry Rock o Roca Seca Caliente,situado a una profundidad de 2-4Km con una temperatura de 150 a 300C, apta
para la produccin de energa elctrica encontrndose en un ritmo mayor que los
sistemas hidrotermales. Investigacin de aplicaciones de esta tecnologa se estn
llevando a cabo en los EE.UU (Fenton Hill y Coso), Francia (Soultz-sous-Forts y
LeMayet), Australia (Cooper Basin) y en otras partes del mundo. Algunos
proyectos como centrales de 3 MW o menos estn en fase demostrativa.
2.1.2.3.3 Sistemas geotrmicos geopresurizados
Formaciones sedimentarias permeables intercaladas por estratos impermeables,
formadas por agua con sales disueltas y metano, sometidas a grandes presiones,
se encuentran situados en reas con gradiente geotrmico normal a una
profundidad de alrededor de 3-6Km. La temperatura oscila entre 90-150C.
En estos sistemas se puede encontrar energa almacenada en tres formas:
energa hidrulica (presin alta), energa qumica (presencia de metano) y energa
trmica (fluido caliente). No se explotan comercialmente en la actualidad, pero
son ampliamente investigados y se espera un gran aprovechamiento en el futuro.
2.1.2.3.4 Sistemas marinos
Sistemas de alta entalpa presentes en el fondo del mar, en la actualidad no se
explotan comercialmente y hasta ahora han sido poco estudiados. Un ejemplo de
estos sistemas se encuentra en el Golfo de California (Mxico), dentro de los
estudios preliminares realizados en ese sitio, mediante inmersiones en unsubmarino, dieron como resultado la aparicin de impresionantes chimeneas
naturales descargaban chorros de agua a 350C, a 2600 metros de profundidad.
2.1.2.3.5 Sistemas magmticos
Sistemas constituidos por roca fundida existentes en aparatos volcnicos activos
o a gran profundidad en zonas de debilidad cortical. No son fcilmente accesibles.
Como ejemplos de este sistema se pueden citar, el volcn de Colima (Mxico) y el
volcn Mauna Kea (Hawaii). Posiblemente el atractivo ms importante de este tipo
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de recurso sean las altsimas temperaturas disponibles (800C). En la actualidad
no se explotan comercialmente. Sin embargo en el mediano o largo plazo cuando
se cuente con la tecnologa y los materiales adecuados para resistir la corrosin y
las altas temperaturas, se podr explotar la enorme cantidad de energa
almacenada en las cmaras magmticas de los volcanes activos.
2.1.2.4 Aplicaciones de la energa geotrmica
La energa geotrmica puede ser usada tanto para la generacin de electricidad,
as como para el sector comercial, industrial, y residencial en una gran diversidad
de actividades conocidas como usos directos en funcin de la temperatura quepresente el fluido geotrmico.
2.1.2.4.1 Usos directos
La totalidad de la corteza terrestre del planeta constituye un extenso almacn de
recursos geotrmicos de muy baja temperatura (< 30C), siendo recursos
abundantes, verstiles y apropiados para diferentes tipos de utilizacin.
Otra gran ventaja de este tipo de sistemas es que las condiciones geolgicas para
su aprovechamiento son poco exigentes, por lo que prcticamente en cualquier
punto de la superficie del planeta se puede captar y aprovechar el calor
almacenado en las capas superficiales del subsuelo, a pocos metros de
profundidad (aproximadamente a unos 15m), debido en gran medida a la enorme
inercia trmica de los materiales geolgicos que componen la corteza, la
temperatura permanece estable (zona neutra), entre 7-15C y hasta 22C.
El calor geotrmico se utiliza directamente o travs de bombas geotrmicas (en
masas de agua o acuferos poco profundos), sin la participacin de una central
elctrica, para una variedad de aplicaciones tales como calefaccin, refrigeracin,
preparacin de alimentos, bao de aguas termales, agricultura, acuacultura,
invernaderos, entre otros. Es una alternativa vlida para procesos de generacin
de calor y refrigeracin en especial para la climatizacin de los edificios.
Actualmente son varios los pases que utilizan el calor geotrmico en procesos
industriales, agrcolas y de ambientacin entre los principales se tiene a Rusia,
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Hungra, Nueva Zelanda, EE.UU e Islandia, siendo este ltimo el pas con mayor
actividad geotrmica del mundo, el 99% de las viviendas utilizan la energa
geotrmica para calefaccin. La grfica 2.3 muestra los potenciales usos de los
diferentes fluidos geotermales a diferentes temperaturas.
Grfica 2.3 Utilizacin de fluidos geotrmicos de acuerdo a la temperaturaFuente: Geothermie Perspective de IADEME et du BRGM
Actualmente con la incursin de plantas de ciclo binario se puede generar energa
elctrica en fluidos con temperaturas superiores a los 90C.
Hay varios mtodos de extraccin de energa del subsuelo para transformarlo en
calor entre los ms conocidos se tiene, sondas verticales, colectores horizontales
y pozos de agua. Las instalaciones geotrmicas son compactas, estn diseadas
para una vida til de aproximadamente 30 aos, muy por encima de la vida til de
un sistema convencional. Son sistemas de alto rendimiento, reduciendo el
consumo de electricidad en un 30-60% en comparacin con los sistemas
tradicionales de climatizacin, porque la electricidad que alimenta a las mismas seutiliza slo para recoger, concentrar, y entregar el calor ms no para producir.
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2.1.2.4.2 Generacin elctrica
Desarrollar electricidad es la forma de utilizacin ms importante a partir de
recursos geotrmicos de alta temperatura (> 150C), mediante un ciclo similar a
las centrales termoelctricas convencionales. Los pozos perforados en un
reservorio geotrmico, transportaran el fluido de forma concentrada a la
superficie, donde esta energa trmica ser convertida en electricidad en una
central de energa geotrmica.
2.1.2.4.2.1 Tipos de centrales de generacin geotrmica
La utilizacin de recursos geotrmicos como fuente de energa primaria para la
generacin de electricidad bsicamente depende de las caractersticas ycondiciones naturales del yacimiento geotrmico, de esta forma para determinar
los diversos tipos de centrales se toma como referencia tanto presin como
temperatura presentes en los mismos. Se puede encontrar 4 prototipos de
centrales para generar energa elctrica en operacin comercial, y que se
desarrollaran a continuacin:
2.1.2.4.2.1.1 Central flash o evaporacin sbita
El recurso hidrotrmico que se utiliza en este tipo de planta est en forma lquida,
su temperatura suele variar entre 150-360C. El agua caliente geotrmica se roca
en un tanque de destello ubicado en la superficie, a presin baja, causando que
rpidamente se separe en vapor y agua caliente (salmuera). El vapor se
suministra para mover a la turbina y de sta al generador para la produccin de
energa. El lquido que permanece en el tanque se inyecta de nuevo en el
yacimiento.
En el caso en el que este lquido sea lo suficientemente caliente se roca
nuevamente en un segundo tanque a menor presin que el primero, para
evaporarse y dirigirse a una turbina de doble entrada, de esta manera se puede
extraer ms energa, este sistema que consta de una etapa ms se denomina
doble flash. Aqu el rendimiento se aumenta en un 20-25% al igual que el costo de
la planta en un 5% pero se aprovecha de mejor manera el recurso.
El tamao en estas plantas depende de las caractersticas de vapor, presin y elcontenido de gases, los tamaos de turbina tpicos estn en el rango de 10 MW a
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55 MW. Una de las desventajas que presenta este sistema es que el agua
contiene sales disueltas y forma una mezcla llamada salmuera, ocasionando
problemas de corrosin en las instalaciones geotrmicas.
Grfica 2.4 Diagrama de una central de evaporacin sbita o flashFuente: Tendencias tecnolgicas
2.1.2.4.2.1.2 Central de vapor seco
Este tipo de planta se utiliza para producir energa de reservorios de vapor
dominante cuya temperatura varia en el rango de 300-350C. El vapor saturado o
ligeramente recalentado, que se produce, es conducido a travs de tuberasdirectamente hacia la turbina-generador para producir as energa elctrica.
Grfica 2.5 Diagrama de una central de vapor secoFuente: Tendencias tecnolgicas
El vapor hmedo se pasa a un condensador para convertirlo en agua, que ser
reinyectada en el reservorio. En este tipo de planta la separacin no es necesariaporque los pozos slo producen vapor. Es una tecnologa comercialmente
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disponible, con tamaos de turbina tpicos en el rango de 35 MW a 120 MW.
Tiene un eficiencia del 30%(baja) muchas veces afectada por presencia de gases
no condensables que reducen la eficiencia en las turbinas.
2.1.2.4.2.1.3 Central de ciclo binario
Recientes avances en tecnologa geotrmica han hecho posible la produccin
econmica de electricidad a partir de recursos geotrmicos menores a 150C
conocidas como plantas binarias. El agua geotrmica calienta otro lquido
(isobutano o propano) que posee un mejor comportamiento termodinmico, es
decir bajo punto de ebullicin y alta presin de vapor a bajas temperaturas.
Los dos lquidos se separan totalmente mediante el uso de un intercambiador decalor, donde el agua geotrmica transfiere su calor al fluido de trabajo, al
calentarse el fluido secundario se expande en vapor gaseoso, la fuerza de la
expansin del vapor hace girar la turbina del generador. El vapor es luego
recondensado y convertido en lquido y utilizado repetidamente. En este ciclo
cerrado, no hay emisiones al aire.
Grfica 2.6 Diagrama de una central de ciclo binarioFuente: Tendencias tecnolgicas
Estas plantas tpicamente varan en el tamao desde 500 kW a 10 MW , aunque
es posible interconectar una serie de unidades adicionales logrando mayor
capacidad de generacin. El costo de estas plantas estar condicionado por
algunos factores pero el ms determinante ser la temperatura del fluido
geotermal utilizado, que adems definir el equipamiento correspondiente, como
el tamao de la turbina, sistema de enfriamiento e intercambiadores de calor.
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2.2 ANTECEDENTES DE LA GEOTERMIA EN EL ECUADOR
La investigacin de la geotermia en el Ecuador se inicia en 1978 cuando el ex-
Instituto Nacional de Electrificacin (INECEL) bajo un grupo de trabajo
especializado (gelogos, geoqumicos y geofsicos) explora las diversas reas
que presentaban ciertas manifestaciones superficiales (aguas termales,
volcanismo reciente, etc.), indicio de un probable potencial geotrmico, con el fin
de determinar las zonas que poseen recursos idneos para la generacin
elctrica. A partir de 1980 se realiz el Estudio de reconocimiento geotrmico en
todo el territorio. Con el objetivo de establecer las reas que presenten mayor
prioridad en base a los siguientes parmetros:
Localizacin del rea dentro de una demarcacin influenciada por
fenmenos volcnicos recientes y un gradiente geotrmico anmalo.
Caractersticas del volcanismo (intensidad, volumen, frecuencia, edad).
Condiciones hidrolgicas, y la presencia de una recarga de agua, elemento
importante para la existencia de un yacimiento geotrmico natural.
Caractersticas qumicas de las manifestaciones superficiales efectuadaspor mtodos geotermomtricos y la analoga entre salinidad y termalidad.
Diferencindose dos agrupaciones con preferencias distintas.
PRIORIDAD CARACTERSTICAS
Primera
Tufio Presentaron mejorescondiciones geolgicas ygeoqumicas
Imbabura - Cayambe
Tufio
Segunda
IlalConjeturas geotrmicas anincompletasChimborazo
Cuenca
Tabla 2.1 reas geotrmicas prioritariasFuente de Datos: INECEL Elaboracin propia
En torno a las sugerencias establecidas en el Estudio de Reconocimiento
Geotrmico en todo el territorio, se ejecut el modelo geotrmico inicial del rea
de Tufio, y el rea de Chalupas. El Estudio de prefactibilidad del proyecto
binacional Tufio-Chiles-Cerro Negro concluy pero sin la ejecucin de lasperforaciones exploratorias necesarias para corroborar el modelo geotrmico.
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En el rea de Chachimbiro se realiz una investigacin geofsica que const de
53 sondeos elctricos verticales para poder determinar la existencia de fluidos
calientes a travs de la consecucin de secciones verticales de resistividad. El ex-
INECEL en 1993 finaliz el proyecto geotrmico en el pas, es as que los
prospectos geotrmicos quedaron abandonados en fase de prefactibilidad.
Las actividades geotrmicas se retomaron tres aos despus a travs del
proyecto denominado Desarrollo de los Recursos Geotrmicos en Amrica Latina
y el Caribe realizado por la CEPAL que busc fomentar la explotacin de
recursos geotrmicos en la regin con miras al Ecuador.
Dentro del Perfil del Proyecto Geotrmico Chalupas y resumen de otras reas
Geotrmicas en el Ecuador -2008, se present la tabla 2.2 en concordnacia a los
estudios de reconocimiento y evaluacin de los recursos geotrmicos
AREA CARACTERSTICAS PRINCIPALES
Tufio-Chiles Prospecto estudiado a nivel de prefactibilidad
Chachimbiro Buenos indicios geolgicos y geoqumicosBaos de Cuenca Fuentes e termalidad medio-alta, sin volcanismo reciente
Chimborazo Cercana al V. idem. Fuentes de termalidad media
Chacana Posible caldera rioltica, fuentes de termalidad mediaAlcedo(Galpagos) Volcn activo
Chalpatn Caldera de colapso con manifestaciones de baja termalidad
Ilal Volcn pleistocnico, fuentes de termalidad baja a media
Salinas de Bolvar Fuentes de termalidad baja, volcanismo antiguo
Guapn Fuentes de termalidad media, volcanismo antiguoSan Vicente rea costera con manifestaciones de baja termalidad
Portovelo Distrito minero en la llanura costera
Cuicocha Volcn activo
Cayambe Volcn activo
Pululahua Volcn activo
Guagua Pichincha Volcn activoTungurahua Volcn activo
Imababura Volcn activoMojanda Volcn activo
Igun Volcn activo
Soche Volcn activo
Reventador Volcn activo
Tabla 2.2 Tabla reas de inters geotrmico en el EcuadorFuente de Datos: Conelec 2008. Elaboracin propia
A finales del 2009 el MEER acuerda una consultora con el fin de elaborar el Plan
de Aprovechamiento Geotrmico en el Ecuador dentro del cual se determinan
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aquellos prospectos que presenten el mayor potencial de tal forma que permita la
instalacin de una central de generacin elctrica.
La tabla 2.3 indica el orden cronolgico de la geotermia en el Ecuador:
1978 Inicia en el pas las investigaciones geotrmicas.1980 Estudio de reconocimiento geotrmico en todo el territorio.1981 Realizacin del modelo geotrmico inicial del rea geotrmica Tufio.
1982
Acuerdo binacional entre Colombia y Ecuador para la investigacin delrea geotrmica Tufio/Chiles/Cerro negro.Determinacin de un modelo geotrmico conceptual en el rea deChalupas.
1983Valoracin geovulcanolgica ejecutada por Olade en el rea de intersde Tufio.
1984 Determinacin del financiamiento del estudio de factibilidad (readeTufio).
1987 Terminacin de la prefactibilidad fase I del rea geotrmica Tufio.
1989Investigacin geofsica (mtodo de resistividad elctrica) en el rea deChachimbiro.
1990 Anlisis qumico e isotpico en ocho reas geotrmicas.1993 Cierre de los proyectos geotrmicos en el pas.
1996Impulso por parte de la Cepal del proyecto "Desarrollo de los recursosgeotrmicos en Amrica latina y el Caribe.
1998Ecuador elegido como pas piloto para el programa de asistencia tcnicapara promover la geotermia (Cepal).
1999Lanzamiento oficial en el pas del proyecto "Plan estratgico para eldesarrollo de la geotermia en Ecuador".Evaluacin y perspectiva del proyecto Tufio-Chiles-Cerro Negro.
2002"Caracterizacin geoqumica e isotrpica de los acuiferos hidrotermales"rea ChachimbiroTufio.
2008
Perfil del proyecto geotrmico Chalupas y resumen de otras reasgeotrmicas.Trminos de referencia para la contratacin de servicios de perforaciny sugerencia para el establecimiento de los pozos de gradiente.Estudio de reconocimiento avanzado de prospectos geotrmicos TufioChachimbiro y Chacana (Electroguayas).
2009 Perforacin de un pozo somero en el rea geotrmica de TufioEstudio de prefactibilidad de ChachimbiroTabla 2.3 Antecedentes de la geotermia en el Ecuador
Elaboracin propia
2.3 SITUACIN ACTUAL DE LA GEOTERMIA EN ECUADOR
Ecuador es un pas rico en recursos, dispone de tres fuentes econmicamente
viables de energa primaria idneas para la generacin elctrica: hidroenerga,
gas natural y geotermia (banco mundial 1986). El rasgo mayor de lageomorfologia del Ecuador est constituido por la presencia, en su parte central,
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de la Cordillera de los Andes que atraviesa el territorio de norte a sur, con una
direccin meridiana y origina la divisin fisiogrfica del pas.
El borde de las placas debido a caractersticas geolgicas propias es un focoimportante de reas geotrmicas significativas. Amrica del Sur y en el caso
particular Ecuador se caracteriza por la dinmica de dos placas la de Nazca y la
Sudamericana en zonas de subduccin donde ambas placas con movimientos en
sentidos opuestos chocan hundindose una debajo de la otra. Originando un
ascenso de la cmara magmtica hacia las capas superficiales de la corteza.
Existe una elevada concentracin de aparatos volcnicos diferenciados con el21,5% de volcanes potencialmente activos a nivel nacional, 43 de un total de 200
que comprenden el arco volcnico andino, y que se caracterizan por la presencia
de un gradiente geotrmico anmalo. En base a lo expuesto anteriormente se
puede considerar que Ecuador cuenta con caractersticas geolgicas favorables,
con un potencial an inexplotado y con una energa geotrmica por mucho tiempo
ignorada en el pas y que se presenta como una alternativa favorable para
modificar la matriz energtica.
Grfica 2.7 Mapa de Ecuador con los recursos geotrmicos existentesFuente: INECEL 1992
La investigacin de los recursos geotrmicos empez con el exINECEL en la
dcada de los setenta mediante el estudio de reconocimiento geotrmico en todo
el territorio. Posteriormente se realiz una seleccin de las reas de mayor inters
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geotrmico, basada en criterios geolgicos y en el resultado del estudio de
reconocimiento antes citado. Cada una de las reas seleccionadas han sido
investigadas, en mayor o menor intensidad dependiendo de su potencial
geotrmico mediante la realizacin de estudios de detalle, utilizando para ello
tcnicas geolgicas, geofsicas, geoqumicas, etc. La investigacin se ha
enfocado principalmente en zonas ubicadas en la parte centro norte de la regin
interandina. Las reas que presentan mayor inters son:
Chiles-Cerro Negro 138 MW 230C
Chachimbiro 113 MW 240C
Chacana-Cachiyacu 191 MW 250C
Chacana-Jamanco 127 MW 200C
Chalupas 205 MW 203C
Los estudios efectuados han identificado en forma adicional 17 sitios potenciales
en la zona interandina (tabla 2.4), destinados a fines elctricos, industriales y
agrcolas, con una capacidad energtica equivalente a 634 millones de GWh,
suficiente para proporcionar toda la electricidad del Ecuador por 37 aos.
ZONA GEOGRFICA PROVINCIATufio CarchiChalpetan CarchiIguen CarchiChachimbiro ImbaburaCuicocha ImbaburaImbabura ImbaburaCayambe PichinchaMojanda PichinchaPilulahua PichinchaValle de los Chillos Pichincha
Papallacta NapoChalupas Napo/CotopaxiTungurahua TungurahuaChimborazo ChimborazoSalinas BolivarSan Vicente GuayasCuenca Azuay
Tabla 2.4 Principales zonas geotrmicas de inters energticoFuente de Datos: MEER. Elaboracin propia
A continuacin se presentan los diferentes prospectos geotrmicos divididos de
acuerdo a la fase de avance:
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Alta temperatura, destinada para la generacin de energa elctrica, poseen
indicios de la existencia de un reservorio geotrmico importante, es indispensable
perforaciones profundas para validar el modelo geotrmico.
Etapa de reconocimiento, en proceso de investigacin, presentan caractersticas
de poseer reservorios con recursos de alta entalpa que permitiran en un futuro
utilizarlos para un aprovechamiento energtico a travs de plantas de ciclo binario
o a condensacin.
Etapa de reconocimiento (usos directos) en etapa de investigacin, destinados
bsicamente para procesos industriales y agrcolas, la temperatura del recurso es
menor a 90C. Chalpatn podra contener fluidos de inters comercial que permita
generar electricidad con centrales de ciclo binario.Indicios vulcanolgicos, poseen una cmara magmtica a niveles poco profundos,
podran presentar recursos de temperatura elevada aptos para la generacin
elctrica, pero es necesarios estudios geotrmicos a detalle para evaluar el
potencial. Se encuentran en un nivel inicial de informacin.
Grfica 2.8 Prospectos geotrmicos en desarrollo en el pasElaboracin propia
A pesar que se estima que la energa geotrmica es abundante a lo largo de todo
el territorio nacional (del orden de miles de MW tiles), no ha sido explorada en
profundidad, ni utilizada como fuente para generar energa elctrica, slo ha sido
usada hasta ahora con fines medicinales y tursticos.
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CAPTULO III
GENERACIN Y SELECCIN DE ALTERNATIVAS DE
GENERACIN GEOTRMICA
Sobre la base de la informacin del captulo anterior, dentro de los prospectos
geotrmicos identificados en el pas, existen cuatros reas destinadas para la
produccin de electricidad a partir de recursos de alta entalpa, que se perfilan
como una alternativa viable de acuerdo a indicios presentados de un reservorio
geotrmico significativo. Se describir el estado de desarrollo especfico de estos
proyectos geotrmicos de mejor posibilidad, los cuales son:
Tufio Chiles Chachimbiro
Chacana-Jamanco Chacana-Cachiyacu
La informacin presentada a continuacin es una recopilacin y sintetizacin de
los estudios realizados en el pas, sus autores se encuentran en la bibliografa
,,.
3.1 GENERACIN DE ALTERNATIVAS DE GENERACIN
GEOTRMICA
3.1.1 REA GEOTRMICA DE TUFIO-CHILES
3.1.1.1 Generalidades
Se encuentra situada en la zona norte de la Cordillera Occidental Andina,
especficamente en la provincia del Carchi (7 km-Oeste de Tufio-Tulcn),prxima a los volcanes Chiles y Cerro Negro que constituyen parte de la frontera
de Ecuador y Colombia, es as que el rea en cuestin queda fraccionada en dos
mitades (proyecto binacional).
La extensin del rea de desarrollo que comprende las proximidades de Tufio y
las manifestaciones termales es de 4900 ha, entre las cotas 3500-4723 msnm.
Presenta un clima de tipo pramo, fro y hmedo en su mayora, con unatemperatura media anual que flucta entre los 9 a 11C y un rgimen de
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pluviosidad de 1.079,8 mm al ao, el cual condiciona una vegetacin
predominantemente herbcea cubierta de frailejones y pajonales, entre las
actividades econmicas ms primordiales se encuentran la agricultura y la
ganadera.Ambientalmente no se transpone con ninguna reserva / rea protegida.
Grfica 3.1 Localizacin del rea geotrmica de inters Tufio-ChilesFuente: MEER
La va de acceso se da a travs de una carretera principal (18 km), que parte
desde la ciudad de Tulcn con rumbo a la parroquia de Tufio, a partir de ah
existe una carretera secundaria lastrada (6 km) que llega a la zona donde se
presentan las manifestaciones termales denominadas Aguas Hediondas.
El rea de Tufio se encuentra a una distancia de 25 km de la lnea de
transmisin Ibarra-Tulcn (138 kV) y a 30 km del centro de carga, siendo los
principales centros de consumo de energa la ciudad de Tulcn e Ipiales.
3.1.1.2 Modelo geotrmico preliminar
Investigacin geofsica y geolgica llevada a cabo por OLADE-Aquarter en el
estudio de prefactibilidad permiti constituir el modelo geotrmico inicial, a partir
de la utilizacin de mtodos magneto-telricos, gravimtricos, magnetomtricos y
geoelctricos. No existe una perforacin exploratoria (profunda o somera),realizada en el sitio que confirme este modelo terico.
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Fuente de Calor
Lo constituyen el estrato-volcn Chiles (mayor elevacin de la Cord. Occidental),
alcanza una altura de 4.723 msnm. Y el estrato-volcn Cerro Negro de Mayasquer
que se encuentra junto y posee una altura de 4600 msnm. Una intensa y
constante actividad volcnica caracteriza a esta rea dando lugar a la presencia
de un flujo de calor anmalo, al cual se le estara aadiendo las anomalas
trmicas relacionadas con los sistemas de alimentacin de ambos volcanes.
No se ha realizado mediciones directas del gradiente geotrmico, sin embargo la
sospecha de esta anomala procede de estudios geofsicos de resistividad.
Mediante sondeos verticales Schlumberger y magneto-telricos a una profundidadentre 3-7km, se localizaron cuerpos conductivos aislados, de poca extensin y
con cierta resistividad (algunos -m), a los que se les ha determinado como zonasde permeabilidad saturada por fluidos con sales calientes o intrusin magmtica.
El grado de informacin inicial con el que se cuenta hasta la fecha no faculta una
valoracin cuantitativa respecto al gradiente geotrmico anmalo, sin embargo el
estudio ha tornado aceptable la conjetura de que a una profundidad de 15-20 km,
la temperatura mnima fluctuara entre los 700-750C dando como consecuencia
un gradiente de 36-50C/km que es 1,2 a 1,7 veces superior al normal.
Reservorio
Las evidencias provenientes de datos experimentales indicadas a continuacin,
respaldan la posibilidad de un reservorio geotrmico de tamao importante,
vinculado a la parte lateral Este del volcn Chiles.
Manifestaciones termales acido-sulfatadas, se encuentran en lasproximidades del volcn Chiles (2-3 km al Este), con una temperatura que
alcanza los 55C. Alrededor de las mismas se encuentran los restos de un
crter de explosin hidrotermal, por lo que se presume que a niveles pocos
profundos existen vapores geotrmicos almacenados.
Manifestaciones termales bicarbonatadas, en las cercanas de la poblacin
de Tufio emergen con una temperatura comprendida de 40C.Evidencia
de descarga de aguas alcalino-cloruradas coligadas a un sistema
geotrmico de elevada temperatura y liquido dominante.
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