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INTRODUCCIÓN A LA GEOTERMIA Y ESTADO DEL ARTE EN COLOMBIA

Diciembre 6 de 2016RENAG

Auditorio Benjamín Alvarado Biester. SGC.Bogotá

CONTENIDO

1 Marco conceptual

2 Clasificación de los recursos geotérmicos

3 Utilización

4 Métodos de exploración

5 Geotermia en Colombia:

Condiciones para el desarrollo

Estado de la investigación y la exploración

GEOTERMIA

Energía producida y almacenada en la Tierra

http://geothermaleducation.org/GEOpresentation/

http://es.slideshare.net/geologia/4-las-rocas-gneas-y-la-

actividad-gnea-intrusiva-plutonismo

Gradiente geotérmico

Incremento de la temperatura en la corteza: 30°C/km

Temperatura en la base de la litósfera: 1280°C

http://www.geophysik.rwth-aachen.de/IHFC/heatflow.html

Características Pollack et al, 1993

Flujo de calor global promedio 87 mW/m2

Máximo flujo de calor > 350 mW/m2

Corteza continental 65; σq = 25

Corteza Oceánica 101; σq = 45

Pérdida de calor global > 44 TW

Consumo mundial de energía

2014 = 3.95 10 20 J

1.39*1021 J

http://www.geophysik.rwth-aachen.de/IHFC/heatflow.html

CONTENIDO

1 Marco conceptual


3 Utilización





Sistemas convectivos

Sistemas conductivos

Sistemas de roca

Seca caliente

CLASIFICACIÓN DE RECURSOS GEOTÉRMICOS

CRITERIO: MECANISMO TRANSFERENCIA DE CALOR

http://www.bgs.ac.uk/research/energy/geothermal/

http://www.mooreenergy.no/operations/licenses

http://www.mooreenergy.no/operations/licens

es

Dickson & Fanelly, 2004. En https://jmirez.wordpress.com/

CLASIFICACIÓN DE LOS RECURSOS GEOTÉRMICOS

CRITERIO: TEMPERATURA

Erdlac, 2008


CRITERIO: AMBIENTE GEOLÓGICO

Recursos y Reservas.Tomada de Muffler y Cataldi, 1978 (en Dickson & Fanelli, 2004).


CRITERIO: ACCESIBILIDAD

CONTENIDO

1 Marco conceptual


3 Utilización





Site Geothermie-Perspectives de l’ADEME et du BRGM

Generación eléctrica

Usos directos

Balneología Agricultura

AcuaculturaUsos industriales

Calefacción

https://www.futurledbcn.com/s

ervicios/energias-

renovables/geot%C3%A9rmica

/

http://geothermaleducation.

org/GEOpresentation/

https://geothermal.org/what.html

Tomada de: Bertari, 2015. World Geothermal Congress

http://www.nova.org.au/technology-future/feeling-heat-

geothermal-energy

DIAGRAMA LINDAL (1973)

Generación eléctrica a partir de fluido de baja temperatura

Chena springs, Alaska.

Planta binaria. Utiliza el fluido de temperatura más baja en el mundo para

generación a partir de fuente geotérmica = 74°C

Pozos de producción: 2. Profundidad pozos = ~230 m

Fuente de calor: Decaimiento radiactivo de Granito de edad Terciaria

Capacidad Instalada 450 KW. Planta binaria

http://en.openei.org/wiki/Chena_Geothermal_Area

Generación eléctrica a partir de fluido de baja temperatura

cuencas sedimentarias usando agua coproducida

Años 70 China: Siete plantas de ciclo binario (agua entre 67°y 98°C y

capacidad instalada entre 100 y 300 KW)

Teapot Dome-NPR3, US (40.000 barriles de agua a 93°C).

Reservorio a 1680 m de profundidad . Gradiente geotérmico:

Planta binaria (Isopentano).

Capacidad Instalada 250 KW

Huabei, China. 120°C. 400 KW

8 pozos de petróleo

Teapot Dome

Generación eléctrica en EGS (Engineered/Enhanced

geothermal systems)

http://www.bestec-for-

nature.com/j2510m/index.php/en/projects-en/landau-en

Landau, Alemania. 3MW

Soultz-Sous-Forêts, Alsacia. HDR

Capacidad instalada: 1,5 MW. Planta ORC

3 pozos. 5000 m de profundidad. T>180°C

http://www.bestec-for-nature.com/j2510m/index.php/en/projects-

en/soultz-en

MAGMA ENHANCED

GEOTHERMAL SYSTEM

IDDP-1. Krafla. 2009. Magma a 2100 m

900-1000°C. 30 MW a partir de vapor

supercrítico.

GEOTERMIA SUBMARINA

Generador binario sumergible

Estimación: 130 GW Sin perforaciones

> 1000 GwHiriart et al., 2010http://www.renewableenergyworld.com/articles/2014/01/worlds-

first-magma-enhanced-geothermal-system-created-in-

iceland.html

Simulación y avances en planta piloto con CO2 (CO2+N2) como fluido

de trabajo. Ohio State Univeristy, University of Minnesota y Lawerence

Livermore National Laboratory (LLNL)

CONTENIDO

1 Marco conceptual


3 Utilización





Documentos OLADE

Evaluación de potencial

Documentos IGAAGEA-AGEG

>1000 Km2 . Mapas 1: 100.000

400 – 500 Km2. Mapas 1:10.000 – 1:20.000

10 – 100 Km2

Mapas< 1:5.000

Reconocimiento

Prefactibilidad

Nereidas-1Foto: Ingeominas, 1997

Desarrollo y explotación: *Generación*Usos directos

GEOLOGÍA

GEOQUÍMICA

GEOFÍSICA

Examen Inicial ambiental

Evaluación de impacto ambiental

ETAPAS EXPLORACIÓN GEOTÉRMICA

http://energyalmanac.ca.gov/renewables/geothermal/types.html

Factibilidad

A partir de Información de OLADE, 1993

Exploración Explotación

1 Inspección topográfica preliminar

2 Exploración

3 Perforación de prueba

4 Planificación F/S

5 Perforación

6 Construcción de la planta/ proyecto de desarrollo

Guía de buenas prácticas para exploración geotérmica (IGA, 2014)

8 Operación y mantenimiento

7 Arranque/Puesta en marcha

Fases

Costo del proyecto y perfil de riesgos en las diversas fases de desarrollo

ESMAP, 2012

ETAPA 1: Exploración preliminar

ETAPA 2: Perforaciones exploratorias

ETAPAS 3 y 4: Diseño, perforaciones de producción y

construcción de la planta

ETAPA 5: Operación y monitoreo

ETAPAS DE DESARROLLO GEOTÉRMICO (IRENA)

ESTUDIOS GEOLÓGICOS:Cartografía Vulcanología GeocronologíaAlteración Hidrotermal

ESTUDIOS GEOFÍSICOS:Gravimetría yMagnetometría Geoeléctrica y MagnetotelúricaSondeos de temperatura Sismología

ESTUDIOS GEOQUÍMICOS: Aguas termales Isotopos Estables del agua y TritioGases en termalesGases difusos (Rn)

MODELO CONCEPTUAL:Localización y geometría, naturaleza de la fuente de calor, recarga, reservorio, upflow,

patrón circulación de fluidos, estructuras permeables, descarga

MODELO GEOLÓGICO GEOFÍSICO 3D:

Geometría, dimensiones y límites

ESTIMACIÓN DEL POTENCIAL ENERGÉTICO

VALIDACIÓN MODELO CONCEPTUAL (PERFORACIONES )

Metodología exploración geotérmica. SGC

Por

Implementar

CONTENIDO

1 Marco conceptual


3 Utilización





ESMAP, 2012

Desarrollo Geotérmico

Conocimiento

Recursos físicos $

Condiciones del mercado

Política y regulación

GOBIERNO

CONDICIONES PARA EL DESARROLLO GEOTÉRMICO

Minminas Mineducación Minambiente

Desarrollo Geotérmico

Programas geocienciasLínea de investigación

Programa de ingenieríaLínea de investigación

Conocimiento

Recursos físicos $

Financiación

Estrategia mitigación riesgo económico

Condiciones del mercado

Política y regulación

Esquema permisos

Fiscalización

S.G.C.

Apoyointernacional

Información

Incentivos, promoción

Mincit

COLCIENCIAS

Regulación ambiental

Energías renovables

Agencias de cooperacióN

Banca bilateral y multilateral

Minsalud

ASPECTO LEGALES

Decreto 2811 de 1974: Código de los recursos naturales renovables y

protección del medio ambiente natural. Define recursos >80°C y prevé su

utilización en generación eléctrica, calefacción, refrigeración, usos industriales,

obtención de agua fresca y extracción de minerales

Ley 697 de 2001: Ley de uso racional y eficiente de la energía Incluye a la

geotermia como fuente renovable de energía.

Resolución 046 de 2014. CREG. Metodología para determinar energía firme de

plantas geotérmicas para el cargo por confiabilidad.

Ley 1715 de 2014: Integración de energías renovables no convencionales al

sistema nacional de energía. Declara estas energías como de interés nacional,

esenciales para asegurar el suministro de energía. Define incentivos (exclusión

de IVA, exención de gravamen arancelario y depreciación acelerada de activos

Decreto 2143 de 2015. Minminas. Decreto único reglamentario sobre definición

de lineamientos para aplicación de incentivos previstos en la ley 1715 de 2014.

Proyecto de Ley del Senado (219 de 2013). Promoción y regulación del uso

terapéutico de termales.

1

2

3

4

56

7

8

9

10

CHEC, ICEL, 1968-1997; OLADE, ICEL 1982; SGC, 2013

11

12

ID Sistema

1 Macizo Ruiz 1

2Chiles- Cerro

Negro

3 Azufral

4 Paipa

5 Cumbal

6 Galeras

7 Puracé

8 Sotará

9 Doña Juana

10 Huila

11 San Diego

12 Sibundoy

Calamar,

Guaviare

Tame,

Arauca

Ciénaga,

Magdalena

San Cayetano y Cúcuta,

Norte de Santander

Unguía,

Chocó

Becerril,

Cesar

Nuquí,

Chocó

San Juan de Arama,

Meta

Usiacurí,

Atlántico

Dabeiba,

Antioquia

http://hidrotermales.sgc.gov.co/

RECURSO GEOTÉRMICO EN COLOMBIA

Mapa de Gradientes

Geotérmicos de Colombia. 2009

Gradiente

termal

aparente

Conductividad termal

efectiva

Alfaro et al., 2010

Flujo de calor en la Cuenca de los

Llanos Orientales

INGEOMINAS & ANH, 2009

2000

1

2

3

4

56

7

8

9

10

CHEC, ICEL, 1968-1997; OLADE, ICEL 1982; SGC, 2013

11

12

ID Sistema

1 Macizo Ruiz 1

2Chiles- Cerro

Negro

3 Azufral

4 Paipa

5 Cumbal

6 Galeras

7 Puracé

8 Sotará

9 Doña Juana

10 Huila

11 San Diego

12 Sibundoy

MACIZO DEL RUIZ

TUFIÑO-CHILES-CERRO NEGRO

PAIPA

AZUFRAL

SAN DIEGO

EXPLORACIÓN GEOTÉRMICA EN

SISTEMAS HIDROTERMALES DE

COLOMBIA

MACIZO VOLCÁNICO DEL RUIZ

PRIORIDAD AREA

1 NEREIDAS-BOTERO LONDOÑO

2 MACHÍN

3 LAGUNA DEL OTÚN

4 CERRO BRAVO

5 FALLA VILLAMARÍA-TERMAL

6 SANTA ROSA- SAN VICENTE

CHEC, Geoconsul, 1992

1

2

4

5

6

7

8

3

Datos DTM: USGS.

Resolución espacial: 30 m

Edición imagen: Geofísico Wilson Quintero

2

Nereidas-Botero Londoño

Falla Villamaría –

Termales del Ruiz

Cerro Bravo

Laguna del Otún

Cerro Machín

Santa Rosa

Na/1000

K/100 Mg0.5

0 25 50 75 100

25

50

75

100

0

0

25

50

100

75

Línea de equilibrio

Aguas inmaduras

100°

140°160°180°

200°

220°

240°

260°

280°

300°

320°

340°

80°

120°

32

61079

8

Botero Londoño:1,4,5

El Bosque

La PiscinaB. Londoño

Na/1000

K/100 Mg0.5

0 25 50 75 100

25

50

75

100

0

0

25

50

100

75


Aguas inmaduras

100°

140°160°180°

200°

220°

240°

260°

280°

300

°

320°

340°

80°

120°

11510San Vicente9

6711

234

Alfaro et al., 2002

TUFIÑO – CHILES – CERRO NEGRO

1800km2

SISTEMA BINACIONAL

TUFIÑO (ECUADOR)-CHILES CERRO NEGRO (ECUADOR, COLOMBIA)

Volcán Chiles

4748 msnm

0.5 – 0.05 m.a.

Volcán Cerro Negro

4470 msnm

1.4 y 0.04 m.a

Volcán

Chalpatán

Volcán Cumbal

4764 m

0.4 m.a. y 0.003 m.a

Erupción explosiva 1877, 1926

Volcán Chiles

4748 msnm

0.5 – 0.05 m.a.

OLADE, ICEL, AQUATERM, 1987

Niveles de alta permeabilidad

Niveles de baja permeabilidad

Capa Sello

Formaciones lávicas fracturadas

que incluyen el reservorio de

interés geotérmico

Techo del basamento cristalino

2 Km

Tomado de OLADE, INECEL, ICEL, Aquater, 1987

Conductivo

Altamente resistivo

Resistivo superficial

Conductivo intermedio

Resistivo de base

Decenas

Decenas

Cientos a miles

Ω.m

Centenar

Capa sello arcillosa

Reservorio profundo, emplazado cerca de los 2.000 m de profundidad, con

temperaturas superiores a los 200 ºC

Reservorio somero, a una profundidad de 500 a 1.000 m, con temperaturas de

alrededor de 150º C. http://www.cepal.org/publicaciones/xml/6/5696/lcr1995-e.pdf

Velandia, 2003: Cartografía geológica. Cepeda & Pardo, 2004: Cartografía de

vulcanitas. Rueda, 2016: Cartografía de domos

Dirección de escorrentía e infiltración Acuíferos someros

Acuíferos profundosDirección del flujo subterráneo

(1) UPTC-CORPOBOYACÁ, 2012. (2) HIDROCERON. 1998.

(3) Angel & Vásquez, 1985

Iones mayores

0

0

1

10

100

1000

Co

nce

ntr

ació

n (

meq

/l)

Na K Mg Cl HCO3Ca SO

4

21

24

23

26

25

15

Sectrores de ITP-Lancerosy la Playa

Manantiales calientes (>50°C)

Manantiales tibios (19-50°)

Manantiales frios (<19°C)

Na/1000

K/100 Mg0.5

0 25 50 75 100

25

50

75

100

0

0

25

50

100

75


Aguas inmaduras

100°

140°160°180°

200°

220°

240°

260°

280°

300°

320°

340°

80°

120°

PP01PP-04

PP-06

PP-13PP-14-A

PP-14-B

PP-14-C

PP15PP16

PP21

PP22

PP23PP24

7,8,9,10,11,12,20

Alfaro et al., 2005

Alfaro et al., 2016

F. El Hornito

F.Canocas

4

F. El Hornito

F.Canocas

F. El Tuno

1

2

3

4Macizo de

Floresta

Descarga

Recarga

Alfaro et al., 2005

J-Pz

8000 m

Olitas Hervidero

Sector

La Playa

J-Pz

“Steam

Vent”

Pozo La

Esperanz

a

Sector ITP-

Lanceros

K-Pg

A

C

B

SW

Modelo conceptual

Alfaro et al., 2005

Alfaro et al., 2016

VOLCÁN AZUFRAL

Mapa Geológico (Modificado de Calvache et al, 2003a, en Carvajal y Romero 2006).

Laguna

Verde

Sapuyes

La Cabaña

San Ramón

Q. Blanca

Q.El

Baño

Alfaro, 2001

Na/1000

K/100 Mg1/2

0 25 50 75 100

25

50

75

100

0

0

25

50

100

75


Aguas inmaduras

100°

140°160°180°

200°

220°

240°

260°

280°

300°

320°

340°

80°

120°

123456789101112131424

2526272829303132333449181920212223 1516

353637383940414243

444546474854

55

17

0 1 2 3 4 5 6 7

Log(CO2

/Ar)

-2

-1

0

1

2

3

4

Log

(H

2/A

r)

50

100

150

200

250

300

350

100

150

200

250

300

350

EQUILIBRIO EN FASE VAPOR

EQUIL

IBRIO

EN F

ASE LÍQ

UIDA

-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3

Log (XCO

/XCO2

)

-9

-4

1

6

Lo

g (

XC

H4

/XC

O2

)

600°

350°

300°

250°

200°

150°

100°

400°

25°

50° VAPORLÍQUIDO

(FeO)(FeO1.5 )

DOS FASES

(FeO)(FeO1.5 )

AZUFRAL

Geoquímica de fluidos

Alfaro et al., 2008

NESE

NW

Fumarola Hidrotermal de 85°C

Manantiales termales de Sapuyes

Flujo lateral

Tabla de agua

Domosintracaldéricos

Heatsource

Lluvia

Vis

ta

RecargaFlu

jo

Ase

cnd

en

te

4 k

m

Modelo Conceptual Preliminar

Alfaro et al., 2015

SAN DIEGO

Maar de San DiegoPuente Linda

El Escondido

132,8±2,6

~113

130,1±8,8

54,6±4,9

47±11

Volcán

San Diego

<50.000 años

Volcán

Escondido de

Florencia

<50.000

238,5±3,7

Depóstio de travertino en

manantial de San Diego

Rueda, Rodríguez & Monsalve, 2016

SW

Maar de San Diego

Escondido de Florencia

Volcanes localizados en el área geotérmica de San Diego

Monsalve, Rueda y Rodríguez, 2014

Manantial Pozo Azul. 90°C. pH 3,8

Puracé – Coconuco, Cauca

Gracias

[email protected]

Reconocimiento

Exploración de superficie

Perforación exploratoria

Desarrollo

3-4 meses

8 – 12 meses

9-18 meses

30-36 meses

Bona, 2016

Si la generación fuera la meta, cuánto

tiempo lleva el proceso ?

http://fisica1prepacl.blogspot.com.co/2016/05/planta-

geotermica.html

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