la energía geotérmica en méxico. etapa... · 2013-03-26 · 1 la energía geotérmica en méxico...

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La energía geotérmica en México

1. Aportación de la geotermia al desarrollo del país

Luís C. A. Gutiérrez-Negrín Geocónsul, S. A. de C. V; Morelia, Michoacán, 58170, México

1.1 Introducción La geotermia es una fuente de energía que puede utilizarse de manera directa o indirecta. Entre sus principales usos directos está el aprovechamiento del agua caliente de manantiales para balnearios y spas, para calefacción de espacios y para procesos agrícolas o industriales. Su uso indirecto más relevante es el aprovechamiento del vapor geotérmico para generar energía eléctrica. En México, el principal aporte de la energía geotérmica al desarrollo del país está en la generación de electricidad, toda vez que sus usos directos han sido poco aprovechados, como se explica a continuación. 1.2 Usos directos de la geotermia en el desarrollo de México La aportación de la geotermia al desarrollo de México empieza prácticamente desde la época precolombina, a través del uso directo elemental de los recursos geotérmicos superficiales. Se estima que al menos mil años antes de la conquista española muchos asentamientos, principalmente en la parte central del país, se desarrollaron gracias a que había manifestaciones termales cercanas, lo que se refleja hasta la fecha en el extendido uso del nombre Atotonilco de muchos pueblos en diversos estados del centro de la república (Suárez-Arriaga et al., 1999). Atotonilco se deriva del náhuatl (atl: agua, totonili: caliente, co: lugar) y significa justamente “lugar de agua caliente”, mismo significado del nombre de los poblados de Puruándiro, Mich., en lengua purépecha, y del de Pathé, Hgo., en lengua otomí (Hernández-Galán et al., 1999). Poco después de la invención de la cerámica, que ocurrió en el llamado Periodo Preclásico (o Formativo) Tardío, entre los años 800 y 100 A. C., en los asentamientos cercanos a manifestaciones termales superficiales se popularizó la costumbre de cocinar y colocar recipientes en manantiales de agua hirviente, en emanaciones de vapor o enterrados en suelos calientes. Cocinar con vapor sigue siendo un uso tradicional del calor geotérmico en las zonas termales de México (Suárez-Arriaga et al., 1999).

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Otro antiguo uso directo de la geotermia es el baño de vapor. Este se preparaba al derramar agua fría sobre piedras calientes que al principio se tomaban del derredor de manifestaciones termales. Más tarde se construyeron pequeñas estructuras dómicas de piedra volcánica y mortero llamadas temazcales, dentro de las cuales se apilaban piedras calentadas al fuego y se generaba vapor al derramar sobre ellas agua fría. Aunque el uso de los temazcales fue religioso, dedicado a la diosa de la Tierra y del parto y utilizado por mujeres embarazadas y niños, después se generalizó su empleo con objetivos terapéuticos o simplemente recreativos (Suárez-Arriaga et al., 1999). Oaxtepec, localizado en el Valle de Cuautla, Mor., al sur de la Ciudad de México, es un asentamiento fundado por los olmecas y convertido en residencia de verano de los emperadores aztecas, donde estuvo el mayor jardín botánico del continente americano. Dentro del jardín había varios manantiales de agua sulfurosa a unos 25 °C de temperatura, que utilizaban los guerreros aztecas para curar sus heridas. El agua también se empleaba para riego, con lo que Oaxtepec es el primer antecedente prehispánico de un método de cultivo conocido actualmente como hidroponia (Suárez-Arriaga et al., 1999). Pese al notable aporte que los usos directos de la geotermia tuvieron en el incipiente desarrollo del México precolombino, en la actualidad esos usos directos se restringen a balnearios y spas de tipo recreativo y/o terapéutico. Se ha calculado que los balnearios y spas instalados en 19 estados de la república utilizan recursos geotérmicos del orden de 156 megawatts térmicos (MWt) con un volumen promedio total de unos 3.2 m3 por segundo (m3/s), equivalente a unas 11,600 toneladas métricas por hora (t/h) de agua caliente. Aunque la temperatura superficial promedio de los manantiales empleados para este uso varía entre 32 y 77 °C, la temperatura media nacional se estima en 40 °C, se aprovecha una energía total de 3,600 terajoules (TJ) por año (Gutiérrez-Negrín y Quijano-León, 2005). La mayoría de esos balnearios y spas han sido instalados y son operados por inversionistas privados, pero hay algunos manejados por instituciones del gobierno federal (como el Instituto Mexicano del Seguro Social) y de los gobiernos estatales y municipales, así como por grupos de ejidatarios.

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Por su parte, la Comisión Federal de Electricidad (CFE) a través de su Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos (GPG), ha desarrollado algunos proyectos piloto para promover el uso de la geotermia en proyectos agroindustriales, principalmente en los campos geotérmicos de Los Azufres, Mich., y Los Humeros, Pue. En el campo de Cerro Prieto, BC, que es el mayor de México, la CFE impulsó en el pasado dos proyectos para utilizar la salmuera de desecho del proceso de generación geotermoeléctrica. Uno de ellos consistía en explotar algunos minerales, como los cloruros de litio y de potasio, que se concentran naturalmente en la laguna de evaporación solar que se opera en el campo, y el otro consistió en instalar una lavandería industrial operada con calor residual de la misma salmuera de desecho. Ambos proyectos debieron abandonarse. En el campo de Los Azufres, Mich., las oficinas y otras instalaciones de la CFE son calentadas con calor proveniente de la salmuera geotérmica de desecho, a través de un intercambiador de calor. Ahí hay una capacidad instalada de casi medio megawatt térmico (0.46 MWt) para calefacción de espacios, utilizándose un flujo promedio anual de 1.4 litros por segundo, equivalente a unas 5 t/h de agua (salmuera) caliente para una energía total de 4.4 TJ anuales. También en ese campo la CFE instaló una cámara para el secado de madera y un deshidratador de frutas y verduras que funcionan con calor geotérmico de la salmuera de desecho. En estos dos pequeños proyectos piloto se tiene una capacidad instalada de 0.007 MWt, y se utiliza un flujo promedio anual de 0.16 t/h aprovechándose 0.1 TJ de energía al año (Gutiérrez-Negrín y Quijano-León, 2005). El proyecto piloto de Los Humeros ya no está en operación. 1.3 Inicios de la generación geotermoeléctrica en México Los primeros estudios para utilizar los recursos geotérmicos en el país para generar electricidad pueden rastrearse hasta la década de los cuarenta cuando Luis F. de Anda, entonces Ingeniero Director de la CFE tiene noticias del campo de Larderello, Italia, y José Ísita Septién prepara su tesis profesional sobre la geohidrología de la zona geotérmica de San Bartolomé de los Baños, Gto. Esto, junto con el surgimiento del volcán Paricutín en febrero de 1943 en el poblado de San Juan Parangaricutiro, al noreste de Michoacán, contribuyó al interés por aprovechar el calor interno de la tierra para generar energía eléctrica. En 1951 Luis F. de Anda publica su “Estudio preliminar sobre el aprovechamiento geotérmico de los géysers de Ixtlán de los Hervores, Michoacán en energía para el sistema combinado Chapala-Guanajuato-Michoacán” y presenta a la CFE un estudio sobre la factibilidad de generar energía eléctrica en México mediante la geotermia.

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En 1955 se crea la Comisión de Energía Geotérmica (CEG), encabezada por Luis F. de Anda, y poco tiempo después empieza la perforación del primer pozo geotérmico en México, en el campo de Pathé, Hgo., ubicado a unos 300 km al norte de la Ciudad de México. Este pozo, identificado como Pathé 1, produjo vapor en enero de 1956. Este mismo año se expiden las primeras disposiciones legales relativas a la geotermia, mediante las cuales se otorgaba preferencia a la CFE en la extracción de agua caliente y vapor para generar energía eléctrica (Quijano-León y Gutiérrez-Negrín, 2003). En 1958 el primer pozo perforado en la zona de Ixtlán de los Hervores produjo vapor. Ese mismo año, directivos de la CFE firmaron un convenio en Larderello, Italia, para adquirir una unidad geotermoeléctrica de 3.5 MW de capacidad. La unidad fue instalada en el campo de Pathé y empezó a operar el 20 de noviembre de 1959, para lo cual fue necesario traer un transformador de frecuencia de 50 a 60 Hz de una mina que operaba en la región (Quijano-León y Gutiérrez-Negrín, 2003). Esta fue la primera planta geotermoeléctrica en el continente americano, y aunque nunca operó a toda su capacidad debido a la insuficiencia de vapor, estuvo funcionando hasta 1973 cuando fue desmantelada. Actualmente se exhibe como pieza de museo en el campo geotérmico de Los Azufres, Mich. En el mismo año de 1958 se realizaron los primeros reconocimientos geológicos en el campo de Cerro Prieto, BC. Los recursos geotérmicos en esta zona habían sido identificados desde la época colonial, cuando el explorador español Melchor Díaz se adentró en la parte baja del delta del Río Colorado y continuó después hacia el noroeste hasta llegar a la zona de manifestaciones termales. Díaz describió así el asombro de sus acompañantes ante las fumarolas, manantiales termales y volcanes de lodo que vieron en la llamada Laguna Vulcano de Cerro Prieto en 1540: “…Yendo como iban caminando, dieron en unos médanos de ceniza ferviente que no podía nadie entrar en ellos porque fueran a entrarse a ahogar en el mar. La tierra que hallaban temblaba como témpano que parecía que estaban debajo de algunos lagos. Pareció cosa admirable que así hervía la ceniza en algunas partes, que parecía cosa infernal…” (CFE, 1998). Entre 1959 y 1960 se perforaron en Cerro Prieto tres pozos someros (de 300 a 700 m) que produjeron agua y vapor con bajas temperaturas. Entre 1961 y 1962 se llevaron a cabo estudios geológicos de detalle, estudios geofísicos (sísmica de refracción y de reflexión y gravimetría) y estudios geoquímicos. Con la información obtenida se localizó y perforó

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el pozo M-3, que fue el primer pozo profundo (2,629 m) y que el 14 de agosto de 1963 comenzó a producir una mezcla de agua y vapor con muy alta temperatura y presión. Cabe recordar que en 1962 se requerían 12 millones de pesos de entonces para perforar cuatro pozos profundos, y que el Director de la CFE en esa época, el Ing. Manuel Moreno Torres, solicitó financiamiento al Banco Mundial. Los funcionarios de esta institución respondieron que la geotermia no era una fuente de energía confiable, y la CFE debió perforar los pozos con sus propios recursos (Alonso, 2006). En 1964 se perforaron cuatro pozos exploratorios profundos más en Cerro Prieto, en los que se registraron temperaturas de hasta 300° C y buena producción de vapor, por lo que entre 1967 y 1968 se perforaron otros 14 pozos productores en la zona conocida actualmente como Cerro Prieto I (CP-I). En septiembre de 1969 empezó la construcción de las dos unidades iniciales de 37.5 MW cada una, la primera de las cuales entró en operación en abril de 1973 y la segunda en octubre de ese mismo año (CFE, 1998). En 1971 la Comisión de Energía Geotérmica fue disuelta y su personal y equipos pasaron a la CFE en donde se constituyó la Residencia de Cerro Prieto, encargada del desarrollo de este campo, así como una Oficina de Estudios Geotérmicos, dependiente del entonces Departamento de Planeación y Estudios, el cual pasó a hacerse cargo del estudio y exploración geotérmica en el resto del país. En 1978 esa oficina se convirtió en el Departamento de Geotermia, y en 1979 la residencia se transformó en la Coordinadora Ejecutiva de Cerro Prieto. El desarrollo geotérmico alcanzado en este campo y en la parte central de México entre 1976 y 1979, hizo necesario unir los conocimientos, experiencias y esfuerzos de ambas áreas y se autorizó la creación de la Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos, que empezó sus operaciones a principios de 1981 y que se formalizó el 18 de noviembre de ese año, estableciéndose su sede en Morelia, Mich. (Alonso, 2006). 1.4 La geotermoelectricidad actual La capacidad geotermo-eléctrica instalada en México ha ido creciendo, desde los 3.5 MW de la primera unidad instalada en Pathé en 1959 hasta 958 MW en la actualidad. El crecimiento no ha sido constante, como se observa en la Figura 1. El principal salto ocurre entre 1982 y 1986, año en el que entran en operación 335 MW, consistentes en tres unidades de 110 MW en el campo de Cerro Prieto (la primera de CP-II y las dos de CP-III) y la unidad 6 de 5 MW en el campo de Los Azufres. Estas unidades, sumadas a las que ya estaban operando en ese tiempo,

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resultan en el total de 540 MW que se indica para ese año en la Figura 1.1. La capacidad geotermoeléctrica se distribuye en cuatro campos geotérmicos actualmente en explotación, que son los de Cerro Prieto, BC, con 720 MW, Los Azufres, Mich., con 188 MW, Los Humeros, Pue., con 40 MW, y Las Tres Vírgenes, BCS, con 10 MW. Cerro Prieto es el mayor campo del país y el segundo más grande del mundo. Está localizado a unos 30 km al sureste de Mexicali, capital de Baja California, muy cerca de la frontera con Estados Unidos, y a una elevación de 6 m sobre el nivel del mar en la planicie aluvial que forma el Valle de Mexicali. Justamente esa cercanía con Estados Unidos permitió que la CFE pudiera exportar energía eléctrica producida en este campo, a través de un contrato a diez años firmado en 1986 con las compañías privadas californianas Pacific Gas and Electric Co. y Southern California Edison. Mediante ese contrato se exportó la energía generada por 220 MW de capacidad, del orden de 2000 gigawatts-hora (GWh) anuales, lo que permitió la captación de entre 80 y 85 millones de dólares por año. Cerro Prieto se ubica en una cuenca de tipo transtensional producida entre dos fallas laterales activas pertenecientes al sistema de San Andrés: la falla Cerro Prieto y la falla Imperial. En el subsuelo de esa cuenca, el proceso de adelgazamiento de la corteza continental ha

Fig. 1.1 Evolución de la capacidad geotermoeléctrica instalada en México.

3.575

150205

540

650700 705 720 735 745 748 753

853 863 858953 958

0

200

400

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800

1000

1959

1973

1979

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1991

1992

1993

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2000

2001

2002

2003

2007

Capa

cida

d in

stal

ada

(MW

)

Años

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generado una anomalía térmica, que es la que finalmente aporta el calor del sistema geotérmico. Los fluidos geotérmicos están contenidos en una serie de rocas sedimentarias (lutitas con abundantes intercalaciones de areniscas lenticulares) con un espesor promedio de 2,400 metros. El volcán Cerro Prieto, del cual toma su nombre el campo, es la única prominencia volcánica de la región. Tiene una altura de 260 m, es de composición riodacítica a dacítica, y una edad cuaternaria, cuyas últimas lavas fueron extruidas hace 10 mil años. Sin embargo, no tiene relación con la fuente de calor del sistema geotérmico a profundidad. Para la extracción de los fluidos geotérmicos se han construido en Cerro Prieto más de 400 pozos, con profundidades que llegan hasta los 4,400 m, aunque la profundidad media actual es del orden de 2,500 m. En promedio, están en operación continua 167 pozos productores y 13 pozos inyectores. Los pozos productores extraen 5,200 t/h de vapor que van acompañadas de 7,200 t/h de salmuera. Esta es conducida mediante canales abiertos o tuberías hacia la laguna de evaporación solar donde se evapora o se reintegra al yacimiento a través de los pozos inyectores. La laguna de evaporación solar se construyó en la parte occidental del campo en una superficie de 14.3 km2

Por su parte, el campo geotérmico de Los Azufres se localiza en una sierra a 2,800 m de altitud, en medio de un bosque de pino declarado como zona de reserva forestal desde 1979. Es un campo volcánico que forma parte de la faja volcánica mexicana, con fluidos geotérmicos alojados en rocas de composición andesítica afectadas por tres sistemas

. En su interior hay bordos que configuran un caracol a través del cual se va moviendo el agua de desecho mediante un cárcamo de bombeo que va depositando las sales que contiene. Los más de 62 millones de toneladas de agua que se descargan anualmente en la laguna, tienen un contenido equivalente de 700 mil toneladas de cloruro de sodio, 140 mil de cloruro de potasio, casi 50 mil de cloruro de calcio y casi 5 mil de cloruro de litio. Los 720 MW de capacidad instalada actual en Cerro Prieto están constituidos por cuatro unidades de doble flasheo de 110 MW cada una, cuatro unidades de flasheo sencillo de 37.5 MW cada una, una unidad de baja presión de 30 MW y cuatro unidades más de flasheo sencillo de 25 MW cada una. Las trece unidades turbogeneradores son de tipo de condensación. En 2008 esas unidades fueron alimentadas por 43.7 millones de toneladas de vapor para generar un total de 5,176 GWh durante ese año.

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de estructuras, producidos por movimientos tectónicos de tipo regional y local. El más importante de esos sistemas presenta una dirección general este-oeste y es el que controla a profundidad el movimiento de los fluidos. La fuente de calor del sistema geotérmico del subsuelo parece asociarse con la cámara magmática que alimentó al Volcán de San Andrés, que es la principal prominencia de la zona. Los primeros trabajos exploratorios de la CFE en Los Azufres empezaron a principios de los setenta, perforándose el primer pozo exploratorio en 1976. A la fecha hay 39 pozos productores en operación continua, con profundidades que van desde poco más de 600 m hasta casi 3,500 m, con un promedio de 1,600 m. En ellos se ha registrado una temperatura máxima de 360° C, y actualmente producen 1,670 t/h de vapor y 520 t/h de salmuera, la cual se regresa en su totalidad al subsuelo a través de seis pozos inyectores. Como se mencionó, hay 188 MW de capacidad instalada en el campo de Los Azufres, distribuidos de la manera siguiente: una unidad a condensación de 50 MW, cuatro unidades a condensación de 25 MW cada una, siete unidades a contrapresión de 5 MW cada una y dos unidades de ciclo binario de 1.5 MW cada una. Las cinco unidades a condensación son de flasheo sencillo. Con excepción de las dos pequeñas unidades de ciclo binario, que funcionan aprovechando el calor residual de la salmuera, las otras 12 unidades turbogeneradoras fueron alimentadas en 2008 por 13.7 millones de toneladas de vapor y generaron 1,516 GWh de energía eléctrica. Los Humeros es otro campo volcánico, ubicado en la parte oriental de la Faja Volcánica Mexicana en los límites de los estados de Puebla y Veracruz, en el interior de una caldera volcánica y a unos 2600 m sobre el nivel del mar. Aquí también son rocas andesíticas las que alojan a los fluidos geotérmicos, a profundidades del orden de 2,000 m. La fuente de calor es la cámara magmática que produjo los eventos caldéricos, el más reciente de los cuales concluyó hace cien mil años. Los Humeros deben su nombre a las abundantes fumarolas que algunos pobladores confundían con humo. El primer pozo exploratorio en Los Humeros se perforó en 1980. A la fecha se han perforado más de 40 pozos, con profundidades entre 1,450 y 3,250 m, en los que se ha registrado una temperatura máxima de casi 400° C. De ese total, hay 20 pozos en producción continua de los que se extrae un flujo promedio de 550 t/h de vapor, acompañado de 52 t/h de salmuera. La salmuera se regresa al yacimiento en su totalidad a través de tres pozos inyectores.

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El campo empezó a generar energía eléctrica en 1991, y en la actualidad hay ocho unidades a contrapresión de 5 MW cada una, la última de las cuales entró en operación comercial en 2008. Estas ocho unidades fueron alimentadas en ese año de 2008 por 4.2 millones de toneladas de vapor para generar un total de 313 GWh de energía eléctrica, la cual se envió al sistema de distribución de la CFE de Libres-Oriental y representó alrededor del 60% del consumo de la ciudad de Xalapa, Ver. El más reciente campo geotérmico en explotación es el de Las Tres Vírgenes, ubicado casi en los límites entre los estados de Baja California y Baja California Sur, a 40 km al noroeste de Santa Rosalía, BCS. El campo se denomina así por tres volcanes alineados de norte a sur y el campo está en la zona de amortiguamiento de la zona de reserva de la biosfera de El Vizcaíno, la mayor de América Latina. Los fluidos del yacimiento están contenidos en rocas intrusivas (granodioritas), a profundidades mayores de 2,000 m. La fuente de calor parece estar relacionada con la cámara magmática del volcán de La Virgen, el más meridional y reciente de los tres, la cual a su vez es producto de los movimientos tectónicos que abrieron el Golfo de California y que siguen separando a la península del continente a razón de 5 cm/año. La CFE empezó los primeros estudios en el campo desde 1983 y en 1986 se perforó el primer pozo exploratorio. Después de una nueva y más completa campaña de estudios, en 1993 se reanudó la perforación de pozos exploratorios, y en 1998 se tomó la decisión de instalar las primeras unidades a condensación de 5 MW de capacidad cada una. A la fecha se han perforado diez pozos con profundidades de 1,300 a 2,500 m y un promedio de 2,000 m, con temperaturas máximas de 250 °C. Los tres pozos productores que operan actualmente producen 63 t/h de vapor y 200 t/h de salmuera, la cual se regresa al yacimiento mediante dos pozos inyectores. El campo empezó a generar en 2001, al entrar en operación las dos unidades a condensación de 5 MW cada una. Estas unidades generaron en 2008 41.2 GWh, fueron alimentadas por 336 mil toneladas de vapor. 1.5 Impacto de la geotermia en la generación de electricidad La capacidad geotermoeléctrica actual en México es, como se dijo, de 958 MW, integrados por 37 unidades turbogeneradoras de distintos tipos (a condensación de flasheo simple y doble, a contrapresión y de ciclo binario) y capacidades (desde 1.5 hasta 110 MW en tándem de dos unidades de 55 MW cada una) que operan en cuatro campos

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geotérmicos. Esas unidades recibieron en 2008 un total de 62.6 millones de toneladas de vapor gracias al cual generaron 7,047 GWh de electricidad. En 2008 la capacidad eléctrica total de México para el llamado servicio público de energía eléctrica, fue de 51,105 MW, incluyendo a la CFE, a Luz y Fuerza del Centro (LFC) y a los productores privados de energía que por ley venden su generación a la CFE (Sener, 2009). Sin incluir la capacidad eléctrica de autoabastecimiento ni cogeneración, la cual se destina a usos propios y no al servicio público, la capacidad geotermoeléctrica instalada en México en 2008 representó apenas el 1.9% de la capacidad eléctrica total (Fig. 1.2). Por otra parte, la generación de energía eléctrica para servicio público en el país fue de poco más de 234,000 GWh en 2008 (Sener, 2009). De ese total, las centrales geotermoeléctricas generaron 7,047 GWh, lo que equivale al 3% (Fig. 1.3). Vale la pena advertir en las figuras 1.2 y 1.3 que mientras la capacidad hidroeléctrica representa el 22.2% del total, la generación efectiva de electricidad de estas plantas se redujo al 16.6% del total generado en ese año.

68.0%

22.2%

5.1% 2.7%1.9% 0.2%

Petróleo y gas

Hidroeléctrica

Carbón

Nuclear

Geotermia

Eólica

Fig. 1.2. Distribución de la capacidad eléctrica instalada en México por tipo de tecnología y combustible empleado.

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Como se puede apreciar en ambas figuras, el aporte de la geotermia a la generación de electricidad en el ámbito nacional es poco significativo. Sin embargo, la situación cambia radicalmente si se considera el impacto de las centrales geotermoeléctricas en el ámbito local.

Por ejemplo, las plantas geotermoeléctricas del campo de Cerro Prieto entregan su energía al sistema de distribución Baja California, que es un sistema independiente y aislado de la red de distribución nacional, y que incluye importantes centros de consumo como las ciudades de Mexicali, Tijuana y Ensenada. En este sistema, casi la mitad de la demanda es cubierta por la energía generada en el campo de Cerro Prieto, y hubo años, como en 1989, en los que casi el 80% de la energía eléctrica generada en ese sistema fue de tipo geotermoeléctrico (ver Fig. 1.4). En este caso, la aportación de la geotermia al desarrollo de esta importante porción del territorio nacional ha sido fundamental en los últimos treinta años.

Por otro lado, las dos unidades que operan en el campo de Las Tres Vírgenes, en BCS, entregan su energía eléctrica a un pequeño circuito de distribución, también aislado de la red nacional, que comprende a las poblaciones de Santa Rosalía, Mulegé y San Ignacio. Antes de la entrada en operación de la central de Las Tres Vírgenes, la generación de electricidad se realizaba con nueve plantas diesel y una turbogás, que requerían de constante mantenimiento y tenían un alto consumo de combustible, el cual debía transportarse desde el continente por barco. Solamente por concepto de diesel, la CFE gastaba más de un peso por

Fig.1.3. Distribución de la generación de energía eléctrica en México por tipo de tecnología y combustible empleado.

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cada kilowatt-hora (kWh) generado, a precios del año 2000. En la actualidad, aunque ambas unidades aún operan a la mitad de su capacidad total, se estima que la energía generada en 2008 satisfizo entre el 55 y el 60% de la demanda en esas poblaciones. En este caso, la geotermia también representa una aportación relevante al desarrollo de la zona. Otra aportación importante de la geotermia al desarrollo de México es el ahorro en el consumo de petróleo y sus derivados que se ha obtenido gracias a su uso para generar energía eléctrica. Es decir, de no haberse aprovechado los recursos geotérmicos del país, la energía que efectivamente se genera por este medio habría tenido que producirse mediante plantas termoeléctricas convencionales con base en derivados del petróleo.

El consumo unitario promedio anual de combustible en cuatro plantas termoeléctricas convencionales que opera actualmente la CFE (las centrales San Luis Potosí, Manuel Álvarez Moreno, Punta Prieta II y Puerto Libertad), que son muy representativas de este tipo de plantas, es de 0.2444 litros de combustóleo y de 0.0005 litros de diesel por cada kilowatt-hora (kWh) generado. Por lo tanto, si los 7,047 GWh generados por los campos geotérmicos en 2008 se hubiesen producido en plantas termoeléctricas convencionales, se habrían consumido un total de 1,722 millones de litros de combustóleo y de 3.7 millones de litros de diesel. Ahora bien, de un barril estándar de petróleo crudo de 159 litros normalmente se obtienen: 55.65 litros de gasolina, 55.65 litros de

Fig.1. 4. Aportación de Cerro Prieto a la generación eléctrica total en el sistema de distribución Baja California.

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diesel, 4.77 litros de turbosina, 12.72 litros de combustóleo, 6.36 litros de asfalto y coque, y 23.85 litros de gas licuado. Así, en teoría se hubiese requerido procesar 135.4 millones de barriles de petróleo crudo para obtener los 1,722 millones de litros de combustóleo necesarios para generar los 7,047 GWh producidos por la geotermia en 2008.

Otra manera de estimar qué tanto petróleo le ha evitado consumir al país la geotermoelectridad, es obtener la equivalencia de sus respectivos contenidos energéticos. Para ello, considérese que la energía del vapor geotérmico puede definirse como el producto de su masa por su entalpía (Ev = Mv*h), mientras que la energía del petróleo puede definirse como el producto de su masa por su poder calorífico (Ep = Mp*Pc). Por lo tanto, para la misma cantidad de energía (Ev = Ep), se tendrá que Mv*h = Mp*Pc. De aquí se puede obtener la masa del petróleo, que sería igual a la masa del vapor geotérmico multiplicado por su entalpía y dividido por el poder calorífico del petróleo, es decir: Mp = Mv*h/Pc.

La entalpía del vapor geotérmico (h) a una presión de separación de 8 bars es de 2,769 kJ/kg, mientras que el poder calorífico del petróleo (Pc) es de 1,583,245.7 kcal por barril, equivalente aproximadamente a 9,957.52 kcal/kg ó a 41,682.15 kJ/kg. Por lo tanto, h/Pc resulta ser: 2,769/41,682.15 = 0.066431. La cantidad total de vapor geotérmico entregada a las centrales geotermoeléctricas en 2008 fue, como se indicó antes, de 62.6 millones de toneladas (en realidad 62,570,547 toneladas métricas). Por lo tanto, la cantidad de petróleo equivalente es de: Mp = 62.6 x 109 * 0.066431 = 4.154 x 109

Es evidente que la geotermia tuvo una influencia mucho mayor en el desarrollo de los asentamientos precolombinos en México de la que ha tenido posteriormente y en la actualidad, ya que en la antigüedad la mera presencia de manifestaciones termales en un área podía ser el elemento decisivo para que un grupo de pobladores decidiera asentarse en ella. En esa época, los recursos geotérmicos se utilizaban

kg de petróleo, que son unos 26.1 millones de barriles de petróleo.

En resumen, puede decirse que la producción de vapor geotérmico durante 2008 en los cuatro campos en operación equivale en contenido energético a 26 millones de barriles de petróleo, y que la generación de energía eléctrica de origen geotérmico en ese mismo año evitó el consumo anual de 1,722 millones de litros de combustóleo y de 3.7 millones de litros de diesel para cuya obtención habrían tenido que procesarse 135.4 millones de barriles de petróleo crudo. 1.6 Conclusiones

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directamente para cocinar y en baños rituales o terapéuticos, sin existir usos indirectos.

En la actualidad la situación se ha invertido, pues el principal uso de la geotermia es indirecto para generar energía eléctrica, mientras que sus usos directos han permanecido muy poco desarrollados. En el México moderno el aprovechamiento de los recursos geotérmicos para generar electricidad ha resultado fundamental en el desarrollo de ciertas regiones del país, como la península de Baja California, y en el ámbito nacional ha permitido el ahorro de importantes cantidades de petróleo. Adicionalmente, entre 1986 y 1996 la geotermia posibilitó el ingreso de divisas al país del orden de 80 a 85 millones de dólares anuales gracias a la exportación de energía eléctrica a California.

Finalmente, una aportación indirecta, pero no despreciable, de la geotermia al desarrollo de México es el carácter ambientalmente inocuo del proceso de generación geotermoeléctrica. En la Tabla 1 se reporta la emisión a la atmósfera de diversos gases contaminantes que ocasiona la generación de un megawatt-hora (MWh) de energía eléctrica de acuerdo con el tipo de central en la que se produce la electricidad. Puede verse que el uso de vapor geotérmico evita la emisión de óxidos de nitrógeno y de azufre a la atmósfera, que son los precursores de la lluvia ácida. Asimismo, se ve que las unidades geotermoeléctricas emiten una cantidad de bióxido de carbono mucho menor que las centrales que emplean combustibles convencionales. Como se sabe, el CO2

Centrales termoeléctricas a base de:

es el principal gas de efecto invernadero y responsable del fenómeno de calentamiento global. El uso del vapor geotérmico permite que por cada megawatt-hora generado se emita a la atmósfera sólo un 14% de la cantidad que emite una planta carboeléctrica, un 18% de la que emite una planta a base de petróleo y un 25% de la que emite una central a base de gas natural. Finalmente, la cantidad de ácido sulfhídrico que las plantas geotermoeléctricas emiten a la atmósfera, y que no emiten plantas a base de combustibles fósiles, está dentro de límites de seguridad internacionales y no implica mayor impacto al ambiente más allá de su mal olor característico.

Emisiones a la atmósfera en kg/MWh NO SOx CO2 H2 2S

Carbón, promedio 1.96 4.72 994.71 0.00 Petróleo, promedio 1.82 5.45 759.09 0.00 Gas natural, promedio 1.34 0.01 550.25 0.00 Vapor geotérmico, promedio nacional

0.00 0.00 135.07 2.20

Fuente: Elaboración propia con datos de la Comisión Federal de Electricidad.

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Tabla 1. Emisiones a la atmósfera por megawatt-hora generado en centrales termoeléctricas en México

Por lo tanto, puede decirse también que la geotermia ha sido, y es, una aportación ambientalmente favorable al desarrollo de México. 1.7 Referencias Alonso, H., 2006. 25 años de nuestra gerencia. Notigeotermia, Boletín bimestral interno de la GPG, No. 17, pp. 7-8. CFE, 1998. Campo geotérmico de Cerro Prieto. Folleto informativo publicado por la Residencia General Cerro Prieto de la Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos de la CFE. Mexicali, BC, 1998. Gutiérrez-Negrín, L.C.A, and J.L. Quijano-León, 2005. Update of geothermics in Mexico. Proceedings of the World Geothermal Congress 2005, Antalya, Turkey, 24-29 April, 2005. Hernández Galán, J.L., J. Guiza Lámbarri and M.C. Suárez Arriaga, 1999. An overview of the historical aspects of geothermal influences in Mesoamerica. In: Stories from a Heated Earth, R. Cataldi, S.F. Hodgson and J.W. Lund, eds., Geothermal Resources Council and International Geothermal Association, Sacramento, CA., 1999, pp. 519-532. Quijano-León, J.L., and L.C.A. Gutiérrez-Negrín, 2003. An unfinished journey: 30 years of geothermal-electric generation in Mexico. Geothermal Resources Council Bulletin, September-October 2003, pp. 198-203. Sener, 2009. Sección de Estadísticas en el portal público de la Secretaría de Energía, México: http://www.sener.gob.mx. Consulta: 16 Febrero 2009. Suárez Arriaga, M.C., R. Cataldi and S.F. Hodgson, 1999. Cosmogony and uses of geothermal resources in Mesoamerica. In: Stories from a Heated Earth, R. Cataldi, S.F. Hodgson and J.W. Lund, eds., Geothermal Resources Council and International Geothermal Association, Sacramento, CA., 1999, pp. 499-516.

http://www.sener.gob.mx/�

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2. Situación panorámica de la geotermia en México

V.M. Arellano Gómez Instituto de Investigaciones Eléctricas, Gerencia de Geotermia, División Energías Alternas; Cuernavaca, Morelos, 62490, México

2.1 Resumen de la situación actual

Actualmente los recursos geotérmicos de México no solamente se aprovechan en la generación de electricidad, sino también en pequeña escala, en una variedad de actividades agrupadas bajo el nombre genérico de usos directos. Entre los mismos se pueden mencionar los siguientes: balnearios termales, calefacción de oficinas, invernaderos, secado de frutas y verduras, germinado de bulbos, producción acelerada de flores, criadero de hongos comestibles y secado de madera.

Capacidad instalada y generación de electricidad

En México actualmente se explotan cuatro campos geotérmicos: Cerro Prieto en Baja California, Los Azufres en Michoacán, Los Humeros en Puebla y Las Tres Vírgenes en Baja California Sur (Figura 2.1).

Fig. 2.1 Campos en explotación, evaluados y manifestaciones termales

CCEERRRROO PPRRIIEETTOO 772200 MMWW

TTRREESS VVIIRRGGEENNEESS 1100 MMWW

CCEERRRRIITTOOSS CCOOLLOORRAADDOOSS

7755 MMWW

LLOOSS AAZZUUFFRREESS 118888 MMWW

LLOOSS HHUUMMEERROOSS 4400 MMWW

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Durante 2008, las plantas de Cerro Prieto se alimentaron de 43.7 millones de toneladas de vapor para generar un total de 5,176 GWh, las plantas de Los Azufres se alimentaron de 13.7 millones de toneladas de vapor y generaron 1,516 GWh, las plantas de Los Humeros se alimentaron de 4.2 millones de toneladas de vapor para generar un total de 313 GWh y las plantas de Las Tres Vírgenes generaron 32.8 GWh. La potencia geotérmica instalada en México es de 953 MWe, que representó aproximadamente el 2 % de la capacidad instalada en el país en el año 2008. En este mismo año la geotermia generó 7,047 GWh de electricidad, que contribuyó con el 3 % de la generación eléctrica total, debido a los altos factores de planta que se tienen. México ocupa actualmente el cuarto lugar mundial en potencia geotermoeléctrica instalada (Bertani, 2007; Fridleifsson et al., 2008), después de Estados Unidos (2687 MWe), Filipinas (1969.7 MWe) e Indonesia (992 MWe). En México, la generación de electricidad por medio de plantas geotermoeléctricas es una realidad y se estima que para el año 2010 se contará con una capacidad instalada de 1178 MWe debido a la entrada en operación de los proyectos Cerro Prieto V (100 MWe) y Los Humeros II (46 MWe). El proyecto Cerritos Colorados, Jalisco (75 MWe), aún no tiene fecha programada para entrar en operación. Usos directos En la actualidad el principal uso directo de la energía geotérmica en México es la balneología. Se estima que la capacidad instalada es de aproximadamente 164 MWt distribuidos en más de 160 sitios en 19 estados de la República (Tabla 2.1, Gutiérrez-Negrín y Quijano-León, 2005). Esta capacidad instalada es modesta en relación con el tamaño de los recursos existentes y también en cuanto a la variedad de aplicaciones posibles. Existen también algunos proyectos piloto, desarrollados por la CFE, que ilustran algunas posibles aplicaciones directas del calor geotérmico en México (Tabla 2.1). Las mismas fueron implementadas en los campos geotérmicos de Los Azufres, Los Humeros y Cerritos Colorados. Estos proyectos incluyen: calefacción de oficinas, invernaderos para apoyar las labores de reforestación (Ortega-Varela, 1997), secado de frutas y verduras (Casimiro-Espinosa, 1997), germinado de bulbos, producción acelerada de flores, criadero de hongos comestibles (Salazar Loa, 1997) y secado de madera (Pastrana-Melchor, 1997).

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Otros recursos La Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos de la CFE ha establecido la existencia de más de dos mil trescientas manifestaciones termales en la República Mexicana (Fig. 2.1), las cuales están distribuidas en 29 de las 32 entidades federativas de nuestro país. Se han efectuado estudios de factibilidad en cuando menos 30 sitios. En algunos lugares ya se han perforado pozos exploratorios. Entre los más recientes podemos mencionar a Los Negritos Mich., y Acoculco, Pue.

Tabla 2.1. Utilización directa del calor geotérmico en México, 2005 (adaptada de Gutiérrez-Negrín y Quijano-León, 2005)

Localidad Tipo T

entrada (°C)

Capacidad (MWt)

Energía (TJ/año)

Factor de capacidad

Los Azufres, Mich. A 77 0.007 0.179 0.801 Los Azufres, Mich. B 72 2.703 69.511 0.815 Los Azufres, Mich. G 60 0.004 0.105 0.793 Los Azufres, Mich. H 110 0.460 13.191 0.909 Los Humeros, Pue. O 75 0.174 4.946 0.901 Cerritos Colorados, Jal.

B 48 4.481 132.296 0.936

Aguascalientes B 43 14.414 257.205 0.566 Chiapas B 36 29.288 738.640 0.800 Chihuahua B 39 2.274 52.813 0.736 Coahuila B 32 1.640 27.699 0.536 Durango B 53 2.063 28.688 0.441 Guanajuato B 41 14.466 350.195 0.768 Hidalgo B 42 10.772 285.695 0.841 Jalisco B 38 12.010 293.214 0.774 México B 35 4.363 106.575 0.775 Michoacán B 45 7.721 204.775 0.841 Morelos B 45 14.466 350.195 0.768 Nuevo León B 38 9.874 230.034 0.739 Querétaro B 32 17.259 408.956 0.751 San Luis Potosí B 37 7.054 151.474 0.681 Sinaloa B 73 0.337 6.522 0.614 Tlaxcala B 35 0.293 6.925 0.749

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Veracruz B 65 2.987 78.481 0.833 Zacatecas B 37 5.532 133.549 0.766 TOTAL (PROMEDIO) (50.2) 164.642 3,931.863 (0.757)

A = Secado de productos agrícolas (granos, frutas, vegetales) B = Balnearios y balneología G = Invernaderos H = Calefacción de edificios O = Otros (cultivo de hongos)

2.2 Análisis situacional Oportunidades Dentro del conjunto de circunstancias que ofrecen opciones potencialmente favorables para el aprovechamiento de la energía geotérmica se pueden mencionar las siguientes: • Uno de los cinco objetivos centrales del Programa Sectorial de

Energía 2007 – 2012 comenta la necesidad de ampliar la cobertura del servicio eléctrico en comunidades remotas y utilizar energías renovables, sobre todo en aquellos casos en los que no sea técnica o económicamente factible la conexión a la red.

• Otro de los objetivos del Programa Sectorial de Energía menciona la necesidad de diversificar las fuentes primarias de generación. Comenta que se debe evitar la dependencia excesiva de una sola fuente de energía e impulsar especialmente el uso de fuentes de energía que no aumenten la emisión de gases de efecto invernadero que afecten el cambio climático.

• Los gobiernos y las entidades reguladoras imponen cada vez mayores restricciones al uso de combustibles contaminantes.

• México cuanta con recursos geotérmicos abundantes y ampliamente distribuidos en el territorio, ya que se han identificado más de 3,200 manifestaciones termales, distribuidas en 29 de las 32 entidades federativas del país.

• Las aplicaciones actuales en México y en el mundo utilizan exclusivamente recursos geotérmicos hidrotermales. En el corto o mediano plazos será posible utilizar también recursos de roca seca caliente (HDR), para los que se está desarrollando tecnología apropiada en la actualidad.

• En un número creciente de países (incluidos países en desarrollo) se han venido construyendo marcos legales, financieros e

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institucionales, favorables al uso de las energías renovables, con provisiones fiscales y económicas que permiten a sus industrias alcanzar un mayor grado de madurez en el mediano plazo y, de esta manera, estar en mejores condiciones competitivas. En México existen incentivos fiscales que permiten que los contribuyentes del ISR que inviertan en maquinaria y equipo para la generación de energía proveniente de fuentes renovables, pueden deducir el 100 % de la inversión en un solo ejercicio.

Amenazas Dentro del conjunto de circunstancias que plantean situaciones potencialmente desfavorables para el aprovechamiento de los recursos geotérmicos, se pueden mencionar los siguientes: • La principal barrera para continuar el desarrollo de la geotermia en el

caso de sistemas hidrotermales de alta temperatura, es la limitada inversión para las actividades de exploración y posterior aprovechamiento del potencial geotérmico que resulte.

• Aunque México posee un gran potencial de recursos geotérmicos de baja y media temperatura, el desconocimiento de su utilidad para aplicaciones directas lo ha limitado en su gran mayoría al uso en balnearios.

• Son pocas o inexistentes las evaluaciones en nuestro país del potencial de yacimientos geotérmicos de los tipos: roca seca caliente, geopresurizados, marinos y magmáticos.

• Por otra parte, aunque la Constitución y la Ley de Aguas Nacionales permiten la concesión de recursos geotérmicos a particulares, ya que estos se consideran como parte de los recursos hídricos, no existe una clara reglamentación de cómo realizar este trámite, por lo que podría ser difícil para un particular obtener una concesión.

Fuerzas Dentro de las características de la energía geotérmica, que bien aprovechadas pueden permitir que contribuya de manera significativa al balance energético nacional, se pueden mencionar las siguientes: • La energía geotérmica es una opción técnica y económicamente

madura. Desde 1913 se ha estado generando comercialmente electricidad a escala industrial, a partir de la energía geotérmica. En la actualidad 24 países cuentan con plantas geotermoeléctricas, con una capacidad instalada total de 9,732 MWe. Se estima que para 2010 podrían haber 10,993 MWe instalados. Por otro lado, al menos

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72 países explotan comercialmente el calor geotérmico en forma directa, con instalaciones que totalizan 28,268 MWt.

• México es uno de los países con mayor desarrollo geotérmico, en lo que se refiere a generación eléctrica. Ocupa el cuarto lugar mundial en capacidad instalada (953 MWe), después de Estados Unidos, Filipinas e Indonesia, y cuenta con más de 40 años de experiencia generándola.

• México no tiene dependencia tecnológica en la exploración, desarrollo y explotación de recursos geotérmicos. Los técnicos mexicanos no solamente han apoyado el estudio de las zonas y campos geotérmicos de México, sino que han efectuado estudios, servicios o proyectos en países como Argentina, Bolivia, Colombia, Costa Rica, Ecuador, El Salvador, Estados Unidos, Guatemala, Haití, Jamaica, Nicaragua, Panamá, Perú y República Dominicana (Arellano et al., 1997; Barragán et al., 1999; Iglesias, E. R., 1991; Mercado et al., 1981; Mercado et al., 1982a; Nieva y Barragán, 1982; Nieva et al., 1986; etc.).

• Existen beneficios ambientales significativos al reemplazar la generación de electricidad por medio de combustibles fósiles con energía geotérmica, que incluyen una importante reducción en la emisión de gases invernadero.

Debilidades Dentro de los factores negativos que pueden afectar el buen desarrollo y aprovechamiento de los recursos geotérmicos se pueden mencionar los siguientes: • Recursos humanos capacitados limitados. • En las instituciones de educación superior de nuestro país, hay pocas

materias con un enfoque hacia el aprovechamiento de los recursos geotérmicos.

• Es necesario mejorar las técnicas de exploración geofísicas para reducir la incertidumbre de localización de recursos geotérmicos y disminuir los costos de exploración.

• Se requiere técnicas de perforación más baratas en ambientes de alta temperatura, fluidos corrosivos y formaciones de roca dura.

• Mejorar la eficiencia y operación de las plantas y ciclos termodinámicos usados actualmente.

2.3 Referencias Arellano, V. M., Barragán, R.M., Birkle, P., y Torres, V. (1997). Comportamiento Geoquímico de las Manifestaciones Geotérmicas en el

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Flanco Oriental del Volcán El Nevado del Ruiz (Río Claro-Las Nereidas), Colombia. Ingeniería Hidráulica en México, Vol. XII, Núm. 3, pág. 5-13. Barragán, R.M., Arellano, V.M., Birkle, P. and Portugal, E. (1999). Chemical Description of Spring Waters From the Tutupaca and Río Calientes (Perú) Geothermal Zones. International Journal of Energy Research Vol. 23, pág. 125-140. Bertani, R. (2007). World geothermal generation in 2007. GeoHeat Center Bulletin, pp. 8-19, September. Casimiro-Espinosa E. (1997). Uso de la energía geotérmica para la deshidratación de frutas y legumbres, experiencia en Los Azufres, Mich., México. Geotermia, Rev. Mex. de Geoenergía, vol 13, No. 1, pp. 57-59. Fridleifsson, I.B., Bertani, R., Huenges, E., Lund, J.W., Ragnarsonn, A. y Rybach, L. (2008). The possible role and contribution of geothermal energy to the mitigation of climate change, In: O. Hohmeyer and T. Tritin (Eds.) IPCC Scoping Meeting on Renewable Energy Sources, Proceedings, Luebeck, Germany, 20-25 January 2008, pp. 59-80. Gutiérrez-Negrín, L.C.A., (2007). 1997-2006: A Decade of Geothermal Power Generation in Mexico. Transactions of the Geothermal Resources Council, Vol. 31, pp. 167-171. Gutiérrez-Negrín, L.C.A. y Quijano León, J.L., (2005). Update of Geothermics in Mexico, Proceedings World Geothermal Congress, Antalya, Turquía, 24-29 Abril, pp. 1- 10. Hiriart, G. y Gutiérrez, H. (1992). An Update of Cerro Prieto Geothermal Field Twenty Years of Commercial Power. Geothermal Resources Council Bulletin, sep-oct. pp. 289-294. Iglesias, E.R. (1991). Assessment of Conceptuals Approches for Remedial Actions at The Geysers Geothermal Reservoir From a Reservoir Engineering Perspective. Informe Instituto de Investigaciones Eléctricas para Pacific Gas & Electric, 100 pp. Mercado, S., Nieva, D., Barragán, R. M., Yhip, R. (1981). Interpretación Geoquímica Preliminar de Zonas de Alteración Hidrotermal de la República de Nicaragua. Informe para OLADE IIE/3662/FE-G25/C, 250 páginas. Mercado, S., Nieva, D. y Barragán, R. M. (1982a). Interpretación Geoquímica de Zonas de Alteración Hidrotermal de la República de Jamaica. Informe para OLADE IIE/3662/FE-G25/5, 95 páginas. Nieva, D. y Barragán, R. M. (1982). Interpretación Geoquímica de Zonas de Alteración Hidrotermal de la República de Guatemala. Informe Instituto de para OLADE IIE/3662/FE-G25/4, 345 páginas. Nieva, D., Barragán, R. M., González, J., Pal Verma M., Santoyo, E., Meza, F., Cervantes, M. (1986). Interpretación de Datos Químicos de la Zona Termal Localizada en la Provincia de Chiriqui. Informe para OLADE IIE/3753/I 02/P, 31 páginas.

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Ortega Varela J.R.Z. (1997). Uso de la geotermia para el desarrollo de invernaderos, experiencia en Los Azufres, Mich., México. Geotermia, Rev. Mex. de Geoenergía, vol 13, No. 1, pp. 61-64. Pastrana Melchor E.J. (1997). Aprovechamiento del calor geotérmico para el secado de madera, experiencia en Los Azufres, Mich., México. Geotermia, Rev. Mex. de Geoenergía, vol 13, No. 1, pp. 53-55. Salazar Loa M. (1977). Uso de la energía geotérmica para el cultivo de hongos, experiencia en Los Humeros, Pue., México. Geotermia, Rev. Mex. de Geoenergía, vol 13, No. 1, pp. 65-67. Suárez, M. C. (2000). Flujo de Fluidos No-Isotérmicos en Reservorios Fracturados con Porosidad y Permeabilidad Múltiples. Tesis Doctorado, Universidad Nacional Autónoma de México, México, D.F., 295 páginas. Torres, M.A., and M. Flores, “Reservoir Behaviour of the Los Azufres Geothermal Field, After 16 Years of Exploitation”, Proceedings World Geothermal Congress 2000, Kyushu-Tohoku, Japón, 2000, pp. 2269-2275.

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3. Prospectiva de la geotermia en México

Rosa Ma. Barragán Reyes, Alfonso García Gutiérrez, Víctor M. Arellano G. Instituto de Investigaciones Eléctricas, Gerencia de Geotermia,

División de Energías Alternas; Cuernavaca, Morelos, 62490, México

3.1 Introducción

El uso de la energía continúa creciendo en todo el mundo y se espera que su consumo se duplique en los próximos 50 años. Sin embargo, las reservas de combustibles fósiles son finitas: cuanto más se utilicen más rápidamente se agotarán. Además, el consumo de estos combustibles tiene costos ocultos, como el impacto ambiental. En tiempos de paz la producción y el consumo de energía causan más daño al medio ambiente que cualquier otra actividad realizada por el hombre. Por ejemplo, un subproducto ubicuo de la generación de energía es el dióxido de carbono (CO2). Este gas existe en forma natural en el aire, pero su concentración se ha incrementado significativamente a partir de la “Revolución Industrial”. Las moléculas de CO2 generan el efecto invernadero; atrapan calor en la atmósfera y causan el recalentamiento de la Tierra. Existen pocas dudas de que los humanos somos responsables del incremento del CO2

Claramente entonces, es conveniente reducir la dependencia que se tiene de los combustibles fósiles. Esto es posible si se aprovechan más

en la atmósfera, principalmente por el uso intensivo de los combustibles fósiles. Sofisticados modelos numéricos indican que este incremento podría causar condiciones atmosféricas extremas, trastornos en la agricultura y el comercio, inundaciones de los terrenos más bajos y áreas costeras y la propagación de enfermedades tropicales.

Por otra parte, los combustibles fósiles no están uniformemente distribuidos en el mundo. Es muy conocido que actualmente ocho países cuentan con el 81 % de las reservas de petróleo, seis países acaparan el 70 % de las reservas de gas natural y ocho países tienen el 89 % de todas las reservas de carbón (Sayigh, 1999). En contraparte, más de la mitad de los países de Asia, África y América Latina importan cuando menos la mitad de la energía que consumen. Muchos de estos países exportan materias primas y productos poco elaborados que en general se venden a precios bajos, pero importan energía a precios altos. El problema en estos países se agrava aún más si se toma en cuenta que requieren incrementar constantemente su capacidad de generación eléctrica.

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otros recursos energéticos, como la geotermia, el viento y la energía solar. Dichos recursos, además de ser indígenas, tienen la ventaja de producir mucho menos contaminación que los combustibles fósiles.

De las tres energías mencionadas en el párrafo precedente, la geotérmica es la de mayor madurez, tanto tecnológica como económicamente. Baste recordar que desde 1913 se ha estado generando comercialmente electricidad, en escala industrial, a partir de la energía geotérmica (Fridleiffson, et al., 2008). Esto es mucho más de lo que puede decirse del viento y de la energía solar.

En este capítulo se examina que es la geotermia y se discuten los aspectos relacionados con el origen de los sistemas geotérmicos, los tipos de sistemas geotérmicos, los usos de la energía geotérmica y se examinan las contribuciones de la energía geotérmica para reducir la dependencia de los combustibles fósiles. Finalmente, se presentan las conclusiones de este análisis. 3.2 Energía geotérmica

En general, la palabra geotermia se refiere al calor natural existente en el interior de la Tierra. Este calor tiene dos fuentes: el colapso gravitatorio que formó la Tierra, y el decaimiento radioactivo de varios isótopos en la corteza terrestre. La baja conductividad térmica de la corteza rocosa determina un tiempo de enfriamiento de miles de millones de años.

En la práctica se denomina geotermia al estudio y utilización de la energía térmica que, transportada a través de la roca y/o de fluidos, se desplaza desde el interior de la corteza terrestre hacia los niveles superficiales de la misma, y da origen a los sistemas geotérmicos (OLADE/BID 1994).

Aún cuando la geotermia ha existido siempre, no fue sino hasta principios del siglo XX cuando empezó a dársele uso en forma comercial, haciéndose notoria su existencia hace apenas tres décadas. En la década de los 70 's, con el incremento en el costo de los combustibles fósiles, se le dio una importancia relevante, contribuyó en parte a solucionar los requerimientos de energía de algunos países. Actualmente, la energía geotérmica no se considera como una esperanza para el futuro. Se le considera un recurso explotable económica y técnicamente, limpio, flexible, confiable y abundante, con una gran variedad de aplicaciones. Entre las mismas están: generar electricidad, enfriar o calentar espacios habitables, producir diversas materias primas, balneología y turismo, invernaderos (agricultura, floricultura, e hidroponía), criaderos de peces y mariscos, y procesos

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industriales y de manufactura (e.g., secado, concentración de soluciones).

La geotermia que se explota actualmente para generar electricidad proviene del calor transportado por agua subterránea de alta temperatura. Esta ha sido calentada por intrusiones magmáticas, relacionados con zonas de contacto entre placas tectónicas. En estos lugares privilegiados el gradiente geotérmico llega a ser varias veces mayor que el normal, cuyo promedio es de 33 °C/km. Por ello, en estas zonas es posible encontrar agua a temperaturas de entre 200 °C y 400 °C, a profundidades de hasta 3 km. Esto permite la perforación económica de pozos productores de fluido de alta entalpía, apropiado para la generación de electricidad a través de turbinas. 3.3 Origen de los sistemas geotérmicos

La Fig. 3.1 ilustra un corte esquemático de la Tierra, dividida en cinco esferas concéntricas. Estas son, desde afuera hacia adentro, la atmósfera (que a su vez se subdivide en varias capas), la corteza (que incluye los continentes y los océanos), el manto, el núcleo líquido y finalmente el núcleo sólido. Tanto la temperatura como la densidad se incrementan rápidamente con la profundidad. De este modo tenemos un planeta muy caliente internamente, pero eficientemente aislado por una fina capa de baja conductividad térmica.

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Fig. 3.1. Esquemas de las capas de la Tierra (Arellano et al, 2008). La corteza es una suerte de cáscara rocosa, de espesor variable, que flota sobre el manto. En los océanos su espesor es de aproximadamente 5 km de agua y 5 km de roca. Pero en los continentes su espesor puede sobrepasar 35 km en zonas montañosas. La frontera entre la corteza y el manto se denomina la discontinuidad de Mohorovicic, o Moho. En esta frontera se presenta un cambio súbito de la velocidad de las ondas sísmicas, que indica un cambio de composición material y de estado físico. Se cree que la temperatura del Moho es de aproximadamente 600 °C. En el centro de la Tierra la temperatura es de aproximadamente 6,000 °C (IEA, 2006).

El manto actúa como un sólido en lo que se refiere a la transmisión de ondas sísmicas. Pero se comporta como un líquido extremadamente viscoso bajo la influencia de la alta temperatura y tensiones mecánicas a que ha estado sometido por mucho tiempo. Las altas temperaturas en la base del manto provocan extremadamente lentas corrientes convectivas en el mismo.

Por lo mencionado en el párrafo precedente, el modelo estático representado en la Fig. 3.1 es sólo una simplificación conveniente. Las corrientes convectivas en el manto generan enormes tensiones en la corteza. Debido a estas tensiones la corteza está dividida en lo que se denomina placas tectónicas (seis grandes y unas pocas más pequeñas, Fig. 3.2).

Corteza

Manto

Núcleo Líquido

Núcleo Interno

30km

2900 km

2200 km

1200 km

Discontinuidadde Mohorovicic

Discontinuidadde Gutenberg

Discontinuidadde Lehmann

Corteza

Manto

Núcleo Líquido

Núcleo Interno

30km

2900 km

2200 km

1200 km

Discontinuidadde Mohorovicic

Discontinuidadde Gutenberg

Discontinuidadde Lehmann

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Fig. 3.2. Esquema de las placas tectónicas y localización de campos geotérmicos importantes en el mundo.

Como consecuencia de la convección del manto, las placas tectónicas se mueven unas con respecto a las otras, con velocidades de hasta algunos centímetros por año. En algunos lugares, como en la cordillera submarina denominada Dorsal del Océano Atlántico, las placas se están separando, y se está creando nueva corteza. En otros lugares, como la costa de Chile, las placas colisionan, lo que fuerza a una de ellas a deslizarse por debajo de la otra, con un cierto ángulo. La enorme fricción creada por el deslizamiento relativo de las placas genera intenso calor, que eventualmente funde la porción más profunda de la placa subyacente. Así, parte de la corteza vuelve al manto de donde provino originariamente. En la Fig. 3.3 se representan en forma aproximada dichos procesos. Una característica común a ambos es la presencia de magma a profundidades relativamente someras y la formación de volcanes, lo que genera gradientes térmicos anormalmente elevados. Por ello, los yacimientos geotérmicos de alta temperatura están típicamente en estas regiones, como se indica en la Fig. 3.2

Diagrama de placas oceánicas y continentales

PLACA DENORTEAMERICA

PLACAFARALLON PLACA DEL

CARIBE

PLACA DECOCOS

PLACA DELPACIFICO

PLACAAFRICANA

PLACADE

NAZCAPLACA DEAMERICADEL SUR

PL. DE ARABIA

PLACA EUROASIATICA

PACIFICO

PLACAINDO-AUSTRALIANA

PLACAANTARTICA

MEAGER MT.YELLOWSTONE

THE GEYSERS

CERRO PRIETO PATHE

NAMAFJALL

LARDERELLOMT. AMIATA

AFYON

EL TATIO

OLKARIAKAWAHKAMODJANG

TENGWUPUGAPLACAMAR DE

FILIPINAS

PARATUNKA

PAUZHETSKA

MATSUKAWA

KAWERAUROTORUA

BROADLANDSWAIRAKEI

180°

60°

40°

0°

40°

60°

120° 60° 0° 60° 120° 180°

OTAKE

DELPLACALOS AZUFRES

LOS HUMEROS

SWARTSENG

PLACAANTARTICA

29

Fig. 3.3. Procesos de formación de sistemas geotérmicos. El calor requerido para la formación de un sistema geotérmico de alta temperatura es suministrado por una masa de magma emplazada a relativamente baja profundidad (7-10 km), ya sea como una intrusión en proceso de enfriamiento o bien como una cámara magmática que ha alimentado un volcán o una caldera. El magma calienta por conducción las formaciones rocosas vecinas más someras. Con frecuencia estas formaciones alojan acuíferos subterráneos, y dan origen a un tipo de yacimiento geotérmico de alta temperatura. Estos algunas veces se manifiestan en la superficie en forma de volcanes de lodo, fumarolas, géiseres, manantiales hidrotermales y suelos calientes.

3.4 Tipos de sistemas geotérmicos

A la fecha se han identificado cinco tipos de sistemas geotérmicos (Arellano et al., 2008): (a) hidrotermales, (b) roca seca caliente, (c) geopresurizados, (d) marinos y (e) magmáticos. A continuación se describen algunas de sus principales características y su estado de desarrollo tecnológico.

MantoCorrientes

convectivas

Intrusión magmática

Superficieoceánica

Zonavolcánica

Placacontinental

MantoCorrientes

convectivas

Intrusión magmática

Superficieoceánica

Zonavolcánica

Placacontinental

Diagrama del movimiento de las placas oceánicas y continentales

30

(a) Sistemas hidrotermales

Están constituidos por una fuente de calor, agua (líquido y/o vapor), roca permeable en donde se almacena el fluido geotérmico y una capa sello (Figura 5). Normalmente estos sistemas se manifiestan en la superficie en forma de manantiales calientes, geysers, etc., aunque algunas veces estas manifestaciones pueden no ocurrir. El agua de los sistemas hidrotermales puede ser de origen meteórico o marino, este fluido se infiltra lentamente en la corteza terrestre, a través de poros y fracturas, penetra varios kilómetros de profundidad en donde se calienta al contacto con la roca para alcanzar algunas veces temperaturas hasta de 400 °C. Estos sistemas se relacionan con volcanismo reciente y pueden clasificarse en dos tipos: vapor dominante y líquido dominante. Dependiendo de su temperatura, los sistemas de líquido dominante se clasifican a su vez como de alta entalpía (> 150 °C) y de baja entalpía (< 150 °C).

En la actualidad estos sistemas son los más convenientes para su explotación comercial tanto para la generación de electricidad como para usos directos. Los sistemas de vapor dominante producen vapor producto de la ebullición de salmueras profundas en yacimientos de baja permeabilidad, existen unos cuantos sistemas geotérmicos de vapor dominante en el mundo, en ellos el vapor producido se utiliza directamente para producir electricidad, mediante tecnología convencional. Ejemplos de estos sistemas son Los Geysers, en Estados Unidos que es el campo más grande del mundo en su tipo y Larderello en Italia. En los sistemas de líquido dominante, las temperaturas son de entre 200 y 400 °C, en éstos el líquido al despresurizarse se separa en dos fases líquido y vapor; el vapor se utiliza para producir electricidad mientras que el líquido remanente puede usarse para generar electricidad mediante tecnología de ciclo binario, o puede usarse en aplicaciones directas. Posteriormente puede reinyectarse al acuífero para evitar algún impacto al medio y para recargar el yacimiento. Un ejemplo de este tipo de sistemas es el yacimiento de Cerro Prieto en México, que es el campo geotérmico de líquido dominante más grande del mundo donde se han registrado temperaturas de hasta 350 °C. Los sistemas de líquido dominante de baja entalpía tienen temperaturas de entre 100 y 200 °C; éstos son mucho más abundantes que los de alta entalpía en una proporción aproximada de 50:1. Algunas veces se utilizan para la generación de electricidad y emplean tecnología de ciclo binario, por ejemplo el campo geotérmico de Chena en Alaska, donde se produce electricidad emplea tecnología de ciclo binario a partir de líquido geotérmico a una temperatura de apenas 74 °C (Lund, 2006).

31

Fig. 3.4. Esquema de un sistema geotérmico hidrotermal (b) Sistemas de roca seca caliente / mejorados (Enhanced Geothermal Systems)

Los sistemas geotérmicos de roca seca caliente (“Hot Dry Rock”, HDR) también conocidos como sistemas de roca fracturada (“Hot Fractured Rock”, HFR) o como “sistemas geotérmicos mejorados” (“Enhanced Geothermal Systems”, EGS), son sistemas rocosos con alto potencial térmico pero ausencia total o casi total de fluido. Este recurso geotérmico está disponible en el subsuelo a 2 - 4 km de profundidad y proporciona la temperatura necesaria (90 - 650 °C) para la generación de electricidad; por lo que se considera como uno de los recursos más abundantes en el mundo, es prácticamente inagotable. La Agencia Geológica de los Estados Unidos ha estimado que la energía almacenada en los yacimientos de roca seca caliente equivale a más de 50, 000 veces la energía acumulada en todos los yacimientos de gas y de petróleo del mundo, lo que habla de un recurso inmenso. Las reservas recuperables de esta energía en Estados Unidos se han estimado en más

Magma en proceso de enfriamiento

Roca permeable

Roca impermeable

Inicio de la ebullición

Fumarola100 OC

10 OC en superficie

Magma en proceso de enfriamiento

Roca permeable

Roca impermeable

Inicio de la ebullición

Fumarola100 OC

10 OC en superficie

32

de 200,000 EJ, equivalentes a más de 2,000 veces la demanda anual de energía primaria. También se considera que para 2050 se podrían instalar más de 100,000 MWe con una inversión de 1 billón de US dólares (Tester et al., 2006). (c) Sistemas geopresurizados Éstos se caracterizan por contener agua y metano disuelto a alta presión (del orden de 700 bar) y son de mediana temperatura (entre 90 y 200°C); actualmente no se explotan comercialmente. Se han detectado algunos sistemas en Texas y Louisiana, Estados Unidos, en donde se ha estimado que el potencial energético solamente en las costas de Texas es de unos 40,000 MWt. Estos recursos ofrecen tres tipos de energía: térmica (agua caliente), química (metano) y mecánica (fluidos a muy alta presión). Se desconoce la existencia de este tipo de recursos geotérmicos en México (Arellano et al. 2008). (d) Sistemas marinos Son sistemas de alta entalpía existentes en el fondo del mar. No se explotan comercialmente en la actualidad. Estos sistemas han sido poco estudiados hasta ahora. Ejemplo: Golfo de California (México). Hace algunos años se efectuaron estudios preliminares en el Golfo de California (Mercado, 1990). Como parte de los estudios se incluyeron algunas inmersiones en un submarino. Esto permitió observar a 2600 m de profundidad impresionantes chimeneas naturales que descargan chorros de agua a 350 °C. El flujo de calor medido en algunos puntos del Golfo de California es muy alto, de 0.34 W/m2 (Suárez, 2004) mientras que en promedio el flujo natural de calor alcanza valores de entre 0.05 y 0.10 W/m2

Los sistemas magmáticos son sistemas de roca fundida asociados con aparatos volcánicos activos o con zonas de debilidad cortical, a gran profundidad. Actualmente existen algunos proyectos piloto desarrollados

. N. Grijalva efectuó en el año de 1986 una serie de estudios en una zona del Golfo de California denominada depresión de Wagner (latitudes de 31° 00´ a 31° 15´ y longitudes de 113° 50´) que cubre un área de 10 km de ancho por 20 km de largo. La investigación abarcó estudios geológicos, geofísicos y geoquímicos. Parte de los resultados del estudio se reportan en Suárez (2004) y se comenta que la cuenca en estudio pudiera ser en sí misma un campo geotérmico de gran magnitud con un potencial energético de 100 a 500 veces mayor que el del campo geotérmico de Cerro Prieto (Iglesias et al, 2005). (e) Sistemas magmáticos.

33

en Hawaii (Volcán Mauna Kea) y en Islandia (en Heimaey, una de las islas Westmann) en donde se pretende extraer la energía térmica directamente de la fusión de la roca. El atractivo más importante de estos recursos es la muy alta temperatura disponible: >800 °C. Sin embargo su explotación comercial vendrá más adelante cuando se cuente con la tecnología y los materiales adecuados para resistir la corrosión y las altas temperaturas. En México se tiene una gran cantidad de volcanes por ejemplo Volcán de Colima. 3.5 Usos de la energía geotérmica Actualmente los recursos geotérmicos no solamente son susceptibles de ser aprovechados en la generación de electricidad, sino también en una gran variedad de actividades agrupadas bajo el nombre genérico de usos directos. Entre los mismos se pueden mencionar los siguientes: calefacción (Islandia, Estados Unidos, Nueva Zelanda), procesado de alimentos (Estados Unidos y Filipinas), lavado y secado de lana (China y Nueva Zelanda), fermentación (Japón), industria papelera (Australia, China y Nueva Zelanda), producción de ácido sulfúrico (Nueva Zelanda), manufactura de cemento (Islandia y China), teñido de telas (Japón), etc. 3.5.1 Generación de electricidad

Actualmente la tecnología para la generación de electricidad a partir de recursos geotérmicos hidrotermales con temperaturas >150 °C localizados a profundidades de hasta 3 km y en formaciones con características favorables para la perforación de pozos, está debidamente establecida. Dependiendo del tipo de recurso disponible existen tres tipos de procesos para la generación de electricidad: vapor seco, separación de vapor (flasheo simple y doble) y ciclo binario.

Plantas de generación

Plantas de vapor seco

34

Fig 3.5. Diagrama de una planta de vapor seco Las plantas de vapor seco se utilizan para producir energía de yacimientos de vapor dominante. En este caso el vapor saturado o ligeramente sobrecalentado que se obtiene en la superficie, se envía directamente a las turbinas (Figura 3.5). El vapor húmedo a la salida se condensa para regresarse al yacimiento a través de pozos de inyección. Esta es una tecnología bien desarrollada y comercialmente disponible, con tamaños de turbina típicos en el rango de 35 a 120 MWe. Los sistemas de vapor dominante han sido explotados únicamente en Indonesia, Italia, Japón y Estados Unidos. La mitad de la capacidad de generación instalada está en estos campos. Los campos de líquido dominante son mucho más comunes.

Plantas de separación de vapor

35

Fig. 3.6. Diagrama de una planta de separación de vapor

En yacimientos geotérmicos dominados por líquido, los pozos generalmente producen una mezcla de agua y vapor en la superficie. Esto se debe a que el fluido del yacimiento sufre un proceso de ebullición en el interior del pozo, causado por la caída de presión a lo largo de la tubería. Cuando la mezcla llega a la superficie, el vapor y el líquido se separan por medio de instalaciones adecuadas. El primero es utilizado para alimentar la turbina, mientras que el líquido se inyecta nuevamente al yacimiento (Figura 3.6). Las plantas de separación de vapor se utilizan para producir electricidad de los sistemas de líquido dominante que están lo suficientemente calientes como para permitir la ebullición de una porción importante de líquido en la superficie. Se cuenta con tamaños de turbina típicos en el rango de 10 a 55 MWe.

Plantas de ciclo binario Las plantas de ciclo binario son apropiadas para la explotación de los sistemas geotérmicos de líquido dominante que no están los suficientemente calientes como para producir una importante ebullición del fluido geotérmico, y para utilizar el calor contenido en los fluidos de desecho de las plantas de separación de vapor. En estas plantas, el calor que se obtiene del fluido geotérmico se transmite por medio de un intercambiador de calor a un fluido de trabajo secundario con un menor punto de ebullición (por lo general es un refrigerante). El fluido de trabajo se expande en una turbina, se

Diagrama de una planta de separación vapor

Sistema deconversión

Condensador

Fluidogeotérmico

Sistema deenfriamiento

Fluidoreinyectado

Vapor

Líquido

Separador

36

condensa y se recalienta en otro ciclo (Figura 3.7). Existen unidades de 1 a 25 MWe.

Fig. 3.7. Diagrama de una planta de ciclo binario. Capacidad instalada mundialmente En el año de 1971 se habían instalado en el mundo 903 MWe con energía geotérmica. El 99 % de esta capacidad estaba concentrada en cuatro naciones: Italia, Nueva Zelanda, Estados Unidos y Japón. En 1982 estaban distribuidas en 14 países 115 plantas geotermoeléctricas con una capacidad de 2,732.5 MWe. En 2007, la capacidad instalada en el ámbito mundial alcanzó los 9,732 MWe en 24 países, ver Tabla 1, (Bertani, 2007; Fridleifsson et al., 2008), y se pronostica que para 2010, la capacidad instalada rebasará los 10,000 MWe, Tabla 1 (Bertani, 2007). En términos de la capacidad total instalada en 2007, en los 24 países que generan electricidad a partir de recursos geotérmicos se produjeron 9,968.4 GW (~10 GW). De acuerdo con Fridleifsson et al, (2008) el potencial de generación de electricidad con base en recursos geotérmicos en el mundo está alrededor de los 70 GW (1 GW = 109

Pronósticos energéticos de la Agencia Internacional de Energía (IEA, 2006) en cuanto a la producción de electricidad mundial con base en

W), si se utiliza tecnología actualmente conocida y de cuando menos 140 GW si se considera el avance de la tecnología de los sistemas geotérmicos mejorados (EGS). Estos datos son conservadores.

Diagrama de una planta de ciclo binario


Condensador

Fluidogeotérmico


Fluidoreinyectado

Evaporador


Condensador

Fluidogeotérmico


Fluidoreinyectado

Evaporador

37

fuentes renovables indican que para 2030 mediante energía geotérmica la generación aumentará de 56 TWh producidos en 2006 a 185 TWh en 2030. En México de acuerdo con información de la Secretaría de Energía (2007) se estima un potencial de generación de electricidad de 2,400 MW con base en energía geotérmica hidrotermal por lo que hasta ahora sólo se ha explotado un 40% del potencial estimado.

PAÍS 1982 1990a

(Mwe)

1995b

(MWe)

2000b

(MWe)

2005b

(MWe)

2007b

(MWe)

2010c

(MWe)

c Pronostic

o

(MWe)

Alemania ND 0 0 0 0 8.0 8

Argentina ND 0.67 0.67 0.0 0.0 ND ND

Australia ND 0.17 0.17 0.17 0.2 0.2 0.2

Austria ND 0 0 0 1 1.1 1

China 2.0 19.2 28.78 29.17 28.0 27.8 28

Costa Rica ND 0.0 55.0 142.5 163.0 162.5 197

El Salvador 95.0 95.0 105.0 161.0 151.0 204.2 204

EUA 932.0 2,774.

6 2,816.7

2,228.

0 2544.0 2687.0

2817

Etiopía ND 0 0 8.52 7.0 7.3 7

Filipinas 501.0 891.0 1,227.0 1,909.

0 1931.0 1969.7

1991

Francia ND 4.2 4.2 4.2 15.0 14.7 35

Guatemala ND 0 33.4 33.4 33.0 53.0 53

Islandia 41.0 44.6 50.0 170.0 322.0 421.2 580

Indonesia 32.0 144.75 309.75 589.5 797.0 992.0 1192

Italia 446.0 545.0 631.7 785.0 790.0 810.5 910

Japón 220.0 214.6 413.71 546.9 535.0 535.2 535

Kenia 15.0 45.0 45.0 45.0 127.0 128.8 164

MÉXICO 205.0 700.0 753.0 755.0 953.0 953.0 1178

Nueva

Zelanda 202.0 283.2 286.0 437.0 435.0 471.6

590

Nicaragua 30.0 35.0 70.0 70.0 77.0 87.4 143

Papúa ND 0 0 0 39.0 56.0 56

38

Portugal ND 3.0 5.0 16.0 16.0 23.0 35

Rusia 11.0 11.0 11.0 23 79.0 79.0 185

Tailandia ND 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3

Turquía 0.5 20.6 20.4 20.4 20.4 38.0 83

TOTAL 2,732.5 5,831.

7 6,866.8 7974.1 9064.1 9732.0 10,993

Tabla 1. Evolución de la capacidad eléctrica instalada; ND= No existe información disponible; a Mercado et al. (1982), b IGA Webpage (2008); c

Costos de generación

Bertani, (2007)

Los costos de generación geotermoeléctrica dependen del tipo de recurso y del tamaño del proyecto, éstos varían de 0.025 USD/kWh a más de 0.10 USD/kWh (IEA, 2006), Tabla 2. Los factores más importantes que afectan los costos de generación son: temperatura y profundidad del recurso, productividad de los pozos, cumplimiento de normas ambientales, factores económicos como etapa de desarrollo del proyecto y costo del financiamiento, así como de la infraestructura con que cuenta el proyecto.

Tamaño de la

planta

(MW)

Costo unitario (USD/kWh)

Recurso de alta

calidad T > 250 °C

Recurso de

mediana calidad

T=150≤ 250 °C

Recurso de baja

calidad T < 150 °C

Pequeña (< 5) 0.05-0.07 0.055-0.085 0.06-0.105

Mediana (5-30) 0.04-0.06 0.045-0.07 No adecuado

Grande (<30) 0.025-0.05 0.04-0.06 No adecuado

Tabla 2. Costo de producción de la energía geotermoeléctrica (IEA,

2006)

En México los costos de generación por tipo de fuente los reporta la CFE, en la Tabla 3 se presentan los costos unitarios en Pesos/kWh. Como puede verse en esta tabla, la generación geotermoeléctrica es muy competitiva y es únicamente superada por la generación hidroeléctrica.

39

Los costos directos de capital para desarrollo de proyectos geotérmicos también varían entre 1150 USD/kW de capacidad instalada para una planta grande con un recurso de alta calidad a 3700 USD/kW de capacidad instalada para una planta pequeña con un recurso pobre (Tabla 4). Los costos indirectos oscilan entre el 5 y el 10 % de los costos directos en un país desarrollado y entre 10 y 30% en un área remota de un país desarrollado.

Tecnología 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

Turbo Gas y Ciclo

Combinado

0.73 1.02 1.07 1.16 1.07 1.06 1.38

Diesel 2.43 3.02 3.61 6.91 6.07 4.81 7.85

Vapor (Combustóleo) 0.45 0.62 0.69 0.78 1.02 1.06 1.58

Carboeléctrica y Dual

(carbón y combustóleo)

0.47 0.57 0.70 0.65 0.65 0.67 1.10

Geotermoeléctrica 0.36 0.38 0.44 0.41 0.46 0.36 0.59

Eoloeléctrica 1.16 1.52 1.34 1.87 0.27 0.61 0.74

Nuclear 0.74 0.75 0.95 0.77 0.83 0.91 0.82

Generación

Hidroeléctrica

0.47 0.64 0.52 0.49 0.49 0.55 0.49

El costo de generación Incluye: remuneración y prestaciones al personal, energéticos y fuerza comprada, mantenimiento y servicios generales por contrato, materiales de mantenimiento y consumo, impuestos y derechos, costo de obligaciones laborales, depreciación, indirectos del corporativo, aprovechamiento, costo financiero.

Tabla 3. Costos de generación por tecnología. Costos unitarios en Peso/kWh (CFE 209).

Estos costos dependen de la accesibilidad del sitio, del nivel de infraestructura existente y de la necesidad de asesoría de expertos extranjeros. Los costos indirectos pueden llegar a ser de entre el 30 y el 60% del costo directo del proyecto en áreas remotas de países en desarrollo. Los costos de mantenimiento de los desarrollos geotérmicos varían entre 0.006 USD/kWh y 0.014 USD/kWh para plantas pequeñas mientras que para plantas medianas los costos varían entre 0.006 USD/kWh y 0.008 USD/kWh y de 0.004 a 0.007 USD/kWh para plantas grandes.

40

Los costos más bajos de plantas geotérmicas se dan en los campos geotérmicos de vapor dominante, en donde el vapor producido por los pozos se alimenta directamente a las turbinas de generación. En cambio para los campos de líquido dominante que son los más usuales, se debe utilizar ya sea un sistema de flasheo de simple o de doble etapa para separar el líquido del vapor, que posteriormente se suministra a la turbina. El líquido separado puede emplearse para generar electricidad al utilizar plantas de ciclo binario o en usos directos. Las plantas de ciclo binario utilizan comúnmente fluidos de temperatura < 175 °C. El costo de las plantas de ciclo binario es más alto que el de las plantas de flasheo aunque análisis recientes indican que actualmente éstas se están volviendo más competitivas, con costos de capital de aproximadamente 1800 USD/kW (IEA, 2006).

Tamaño de la

planta

(MW)

Costo directo de capital (USD/kW de capacidad

instalada)

Recurso de alta

calidad T > 250 °C

Recurso de

mediana calidad

T=150≤ 250 °C

Recurso de baja

calidad T < 150 °C

Pequeña (< 5) 1600-2300 1800-3000 2000-3700

Mediana (5-30) 1300-2100 1600-2500 No adecuado

Grande (<30) 1150-1750 1350-2200 No adecuado

Tabla 4. Costos directos de capital de proyectos geotérmicos (IEA, 2006)

Según información de Entigh y McVeigh, (2003), (IEA, 2006), los costos asociados con la generación geotermoeléctrica con plantas de doble flasheo disminuyeron un 49 % entre 1988 y 2000, los costos de generación al emplear plantas de flasheo simple decrecieron un 40% en el mismo periodo y los costos si se emplean plantas de ciclo binario disminuyeron un 55%, consecuentemente los costos de generación geotérmoeléctrica disminuyeron aproximadamente 50% entre 1980 y 2000. Las reducciones de costos logradas resultaron de dar solución adecuada a problemas relativamente “sencillos” asociados con las etapas tempranas de desarrollo geotérmico. En el futuro la reducción de los costos de generación geotermoeléctrica será más pequeña y más difícil de lograr, porque involucra la solución de problemas tecnológicos más difíciles.

41

3.5.2. Usos directos Los sistemas geotérmicos de baja entalpía (temperaturas menores de 150 oC), son los que generalmente se destinan a usos directos. De los 90 países en que se han identificado recursos geotérmicos con posibilidades de explotación comercial, 72 los emplean en usos directos, 33 de los cuales los utilizan de manera significativa con una capacidad instalada individual de 100 o más MWt. El uso total de recursos geotérmicos de baja entalpía en el mundo (72 países) en mayo de 2005 fue de 28,268 MWt (Lund et al., 2005), comparados con 16,209 MWt en 1999 (Lund y Freeston, 2000). El 32 % de estos recursos se empleó en bombas de calor geotérmicas, 30% para baños y natación (incluyó balneología), 20% para calentamiento de espacios (del cual 83% fue para calefacción distrital), 7.5% para invernaderos y calentamiento de suelos a cielo abierto, 4% para calor de procesos industriales, 4% para acuacultura y calefacción de estanques, <1% para secado agrícola, <1% para derretir nieve, y 0.5% para otras aplicaciones El uso anualizado de energía en 2005 fue de 273,372 TJ/año (75,943 GWh/año), lo que representó un incremento de 43% sobre el uso en el año 2000 (Lund et al., 2005). En la Fig. 3.8 se muestra las temperaturas mínimas que generalmente se requieren para distintos tipos de usos directos (Lindal, 1973). La temperatura entre uno y otro uso no es rigurosa, simplemente es una guía. Los usos directos normalmente utilizan tecnología conocida. En algunos casos pueden existir complicaciones por la presencia de sólidos disueltos o gases no condensables en los fluidos geotérmicos. Sin embargo, estos problemas son superables con la tecnología actual. En la Tabla 5 se listan los 33 países que más utilizan los recursos geotérmicos para usos directos (100 o más MWt/país).

42

200 180 160 140 120 100 80 60 40

o C

EVAPORACIÓN DE SOLUCIONES ALTAMENTE CONCENTRADAS. REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN DE AMONÍACO, DIGESTIÓN DE PASTA PAPELERA (KRAFT). AGUA PESADA MEDIANTE UN PROCESO CON SULFURO DE HIDRÓGENO. SECADO DE ALIMENTO PARA PESCADO, SECADO DE MADERA. ALÚMINA MEDIANTE EL PROCESO DEBAYER. SECADO DE PRODUCTOS AGRÍCOLAS A ALTAS VELOCIDADES, ENLATADO DE ALIMENTOS.

EXTRACCIÓN DE SALES POR EVAPORACIÓN , EVAPORACIÓN EN LA REFINACIÓN DE AZÚCAR. AGUA DULCE POR DESTILACIÓN. CONCENTRACIÓN DE SOLUCIÓN SALINA MEDIANTE EVAPORACIÓN DE EFECTO MÚLTIPLE. SECADO Y CURADO DE PLANCHAS DE HORMIGÓN LIGERO. SECADO DE MATERIALES ORGÁNICOS, ALGAS, HIERBA, HORTALIZAS, ETC. LAVADO Y SECADO DE LANA.

SECADO DE PESCADO, OPERACIONES INTENSAS DE DESCONGELAMIENTO.

CALEFACCIÓN AMBIENTAL. REFRIGERACIÓN (LÍMITE DE TEMPERATURA INFERIOR. ZOOTECNIA. INVERNADEROS MEDIANTE COMBINACIÓN DE CALEFACCIÓN AMBIENTAL Y DE FOCO. CULTIVO DE SETAS. CALENTAMIENTO DEL SUELO, BALNEOLOGÍA. PISCINAS, BIODEGRADACIÓN, FERMENTACIONES. AGUA CALIENTE PARA LA INDUSTRIA MINERA DURANTE TODO EL AÑO EN CLIMAS FRÍOS. DESCONGELAMIENTO. CRIADERO DE PESES. PISCICULTURA.

Figura 3.8. Usos de los recursos geotérmicos dependiendo de su temperatura Mención especial merecen las bombas de calor geotérmicas que explotan el calor del suelo en lugar de utilizar agua caliente, han ganado cada vez mayor popularidad en el mundo por su eficiencia en el acondicionamiento (calentamiento/enfriamiento) de edificios/instalaciones. Las bombas de calor geotérmicas operan de la misma forma que un refrigerador doméstico pero a diferencia de un refrigerador, la bomba de calor es capaz de transportar el calor en dos direcciones.

43

País Cap. Inst. (MWt)

Uso de la energía Factor de capacidad (TJ/año) (GWh/año)

Alemania 504.6 2,909.8 808.3 0.18 Argelia 152.3 2,417.0 671.4 0.50 Argentina 149.9 609.1 169.2 0.13 Australia 109.5 2,968.0 824.5 0.86 Austria 352.0 2,229.9 619.5 0.20 Brasil 360.1 6,622.4 1,839.7 0.58 Bulgaria 109.6 1,671.5 464.3 0.48 Canadá 461.0 2,546.0 707.3 0.18 China 3,687.0 45,373.0 12,604.6 0.39 Croacia 114.0 681.7 189.4 0.19 Dinamarca 330.0 4,400.0 1,223.3 0.42 Eslovaquia 187.7 3,304.0 842.8 0.51 EUA 7817.4 31,239.0 8,678.2 0.13 Finlandia 260.0 1,950.0 541.7 0.24 Francia 308.0 5,195.7 1,443.4 0.53 Georgia 250.0 6,307.0 1,752.1 0.80 Holanda 253.5 685.0 190.3 0.09 Hungría 297.2 7,939.8 2,205.7 0.36 India 203.0 1,606.3 446.2 0.25 Islandia 1,844.0 24,500.0 6,806.1 0.42 Italia 606.6 7,554.0 2,0987.5 0.39 Japón 822.4 10,301.1 2,861.6 0.40 Jordania 153.3 1,540.0 427.8 0.32 MEXICO 164.7 1,931.0 536.7 0.37 Noruega 600.0 3,085.0 857.0 0.16 Nueva Zelanda

308.1 7,086.0 1,968.5 0.73

Polonia 170.9 838.3 232.9 0.16 Rep. Checa 204.5 1,220.0 338.9 0.19 Rumania 145.1 2,841.0 789.2 0.62 Rusia 308.2 6,143.5 1,706.7 0.63 Suecia 3,840.0 36,000.0 10,000.8 0.30 Suiza 581.6 4,229.3 1,174.9 0.23 Turquía 1,495.0 24,839.9 6,900.5 0.53 Otros (29 países)

719.8 10,877.0 3.021.8 -

TOTAL 28,268.0 273,372.1 75,942.8 0.31

Tabla 5. Países que utilizan energía geotérmica para usos directos (Lund et al, 2005)

En invierno el calor se extrae de la tierra y se libera en el edificio, este modo de operación es de calentamiento. En el verano el calor se extrae del edificio y se libera en la tierra, este modo de operación es de tipo aire acondicionado. Las bombas de calor geotérmicas reducen el

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consumo de energía en un 30-60% con respecto a los sistemas de enfriamiento y calefacción convencionales. En México se han hecho contribuciones en este aspecto (García et al., 2007) 3.6 Aspectos ambientales Aunque los recursos geotérmicos se consideran renovables y amigables al ambiente, existen ciertos impactos que deben considerarse durante su uso, los cuales deben mitigarse. Los principales aspectos ambientales relacionados con la explotación de la energía geotérmica son: emisiones gaseosas, aguas de desecho, subsidencia, actividad sísmica, ruido e impacto visual (Iglesias et al, 2005). Lund (2007) también menciona el impacto por uso de agua y de terreno y el impacto general a fenómenos naturales y a la biodiversidad. Emisiones gaseosas Dependiendo de su entorno geológico, los fluidos geotérmicos contienen gases no condensables (principalmente CO2, H2S, SO2 y CH4) que pueden emitirse a la atmósfera en la generación de electricidad. Sin embargo, estas emisiones son mucho menores que las que producen las plantas que emplean combustibles fósiles. Esto es muy importante ya que se ha encontrado que actualmente el ~ 40% de las emisiones de CO2 en el mundo se deben a la producción de electricidad por medios convencionales. Como es conocido, el incremento de CO2 así como de otros gases en la atmósfera, ha producido una grave crisis ambiental como el “efecto de invernadero” que produce el calentamiento global, responsable de catástrofes e importantes pérdidas (de vidas y económicas) por lo que existe un fuerte compromiso encaminado a la reducción de las emisiones de CO2 en el mundo. En este sentido, la geotermia ha llamado la atención por su potencial contribución a la mitigación del cambio climático y calentamiento global de la Tierra (Fridleifsson et al, 2008). Al tomar cifras dadas por Lund (2007), para fines comparativos, mientras una planta de generación basada en la combustión de carbón produce las siguientes emisiones (en kg por MWh): 994 de CO2; 4.71 de SO2, 1.95 de NOx, 0 de H2S y 1.01 de partículas; la geotermia produce: como máximo 40 de CO2, 0.16 de SO2, 0 de NOx, 0.08 de H2S y 0 de partículas. El H2S rutinariamente es removido en las plantas geotermoeléctricas y convertido a azufre elemental, mientras que una planta de generación basada en combustóleo produce 814 kg y una planta de gas natural produce 550 kg de H2S por MWh producido. Las plantas de ciclo binario no producen emisiones ya que el agua de desecho usualmente se reinyecta a la formación. Cabe mencionar que en la actualidad existe la tecnología necesaria para mitigar el impacto debido a emisiones en la generación

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geotermoeléctrica, sin embargo con el propósito de hacer los proyectos geotérmicos cada vez más amigables al medio, tareas de investigación y desarrollo en este contexto se desarrollan prácticamente a toda escala. Aguas de desecho Una vez que los fluidos geotérmicos han sido utilizados con cualquier fin (generación o usos directos) deben tratarse antes de disponerse o reinyectarse al yacimiento ya que representan una fuente importante de contaminación porque pueden contener substancias potencialmente peligrosas para la salud de plantas y animales (Li, As, B, Hg, Cu, Cd, F, Na, K, Cl, Al, etc.). Subsidencia La extracción de grandes cantidades de fluidos del yacimiento puede ocasionar subsidencia en algunas zonas del campo. La subsidencia en general es un efecto local y puede causar daño a plantas e instalaciones superficiales. La subsidencia más grande de que se tiene conocimiento ha ocurrido en el campo de Wairakei en Nueva Zelanda (4.5 m). Actividad sísmica Extraer o inyectar fluidos puede causar o incrementar la actividad sísmica en ciertas áreas. En general, estos son micro-sismos que únicamente pueden detectarse con instrumentación. Ruido Algunas de las actividades relacionadas con el desarrollo y explotación de los recursos geotérmicos pueden provocar contaminación por ruido, por ejemplo, las actividades de perforación, la construcción de las plantas, escape de vapor a alta presión durante algunas pruebas en los pozos o en la separación del vapor, operación de algunas torres de enfriamiento, turbina, etc.

Impacto visual En muchas ocasiones las plantas geotérmicas están localizadas en áreas con un importante valor escénico, en donde la apariencia de la planta es importante. Afortunadamente las plantas geotérmicas requieren de poco espacio y con un cuidadoso diseño armonizan bien con el medio ambiente. En general puede decirse que la geotermia bien manejada es un recurso que contamina menos que las fuentes de energía convencionales. 3.7 Conclusiones La energía geotérmica es una opción técnica y económicamente madura. Desde 1913 se ha estado generando comercialmente electricidad, en

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escala industrial, a partir de la energía geotérmica En la actualidad 24 países cuentan con plantas geotermoeléctricas, con una capacidad instalada total de 9,732 MWe. Se estima que para 2010 podría haber 10,993 MWe instalados. Por otro lado, al menos 72 países explotan comercialmente el calor geotérmico en forma directa, con instalaciones que totalizan 28,268 MWt. En 2007 la geotermia contribuyó con un 0.4% de la generación total de electricidad en el mundo. Los costos de inversión de los proyectos geotermoeléctricos mundiales están muy cerca de alcanzar su valor promedio y fluctúan generalmente entre 2.8 y 6.3 millones de dólares/MWe con costos de generación muy atractivos que oscilan entre 2 y 10 US¢/kWh. Desde el punto de vista económico, la generación de energía geotermoeléctrica puede ser considerada competitiva, a pesar de los relativos altos costos de capital usados para el desarrollo de un campo geotérmico (evaluación del recurso, riesgos de exploración y explotación, perforación y transporte).

Los recursos geotérmicos hidrotermales son los únicos que actualmente se explotan de manera comercial. Las reservas de estos recursos se estiman en cuando menos 70,000 MWe. Dentro de los recursos geotérmicos emergentes están los sistemas de rocas secas (EGS) con un potencial enorme; para EUA se estima que se podrían instalar 100,000 MWe para el año 2050 con una inversión de $1 billón USD. El concepto de los sistemas EGS ya fue probado en Japón, Francia, Australia y Alemania, pero no se tiene experiencia en su explotación.

En un plazo más largo será posible utilizar también los recursos geotérmicos geopresurizados, marinos y la energía térmica de reservorios de magma. Su posible aprovechamiento depende tanto del desarrollo de tecnologías y materiales apropiados como de las variables económicas que determinan la competitividad de los diversos recursos energéticos. Además de las ventajas ofrecidas por la generación de energía eléctrica y el ahorro de energía, otro de los argumentos fuertes para impulsar el desarrollo y el aprovechamiento de los recursos geotérmicos es el limitado impacto hacia el medio ambiente. La emisión de CO2

En resumen se puede decir confiablemente que la energía geotérmica, si se la explota racionalmente, es una energía renovable y sustentable que permite proveer energía limpia y segura si se utiliza para ello un área pequeña de terreno. Asimismo permite la generación de electricidad de

relacionada con la explotación de sus recursos puede considerarse despreciable si se compara con las producidas por el uso de los combustibles fósiles. Al igual que el resto de las energías renovables se espera que integralmente puedan contribuir significantemente a la mitigación del cambio climático y reducción del impacto ambiental.

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forma continua y confiable (ya que no depende de los cambios del clima) y permite el ahorro de combustibles fósiles y contribuye así a la diversificación de fuentes de energía. Por otro lado, impide importar otras fuentes de energía y beneficia las economías locales, ofrece con su tecnología de plantas de desarrollo modular la posibilidad de proveer electricidad a pequeñas comunidades localizadas en sitios remotos.

3.8 Referencias Arellano V. M., Iglesias E., García A., (2008). La energía geotérmica: una opción tecnológica y económicamente madura. Boletín IIE, Vol. 32, núm. 3, julio-septiembre de 2008, pp. 102-114. Bertani, R. (2007). World geothermal generation in 2007. GeoHeat Center Bulletin, pp. 8-19, September. Bloomquist R. G., (2007). Geothermal in a world of energy. Washington State University, Extension Energy Program, Olimpia, WA, EUA, WSUEEP-07-017, September 2007. Bloomquist R. G. y Knapp G., (2003). Economics and Financing (Chapter 7) in M. H. Dickson and M. Fanelli (eds.), Geothermal energy: Utilization and Technology, UNESCO, Paris, France, pp. 175-201. Entigh D. J. y McVeigh J. F., (2003). Historical improvements in geothermal power system costs, Geothermal Resources Council Transactions, Vo. 27, pp. 533-537. Fridleifsson R., Bertani R., Huenges E., Lund J. W., Ragnarsson A., Rybach L., (2008). The possible role and contribution of geothermal energy to the mitigation of climate change, En: O. Hohmeyer y T. Tritin (Eds.). IPCC Scoping Meeting on Renewable Energy Sources, Proceedings, Luebeck, Alemania, 20-25 de Enero de 2008, pp. 59-80. García A., Barragán R. M., Arellano V. M., (2007). Research on heat pumps in Méxicooperating on geothermal and waste energy as heat source. Geothermal Resources Council Transactions, Vol. 31, pp. 471-476. IEA (2006). Renewable Energy: RD&D Priorities, OECD, International Energy Agency, París, Francia, Capítulo 3, Tecnologías, pp. 71-87. Iglesias E., Arellano V. M. Torres R. J., (2005). Estimación del recurso y prospectiva tecnológica de la geotermia en México. INF. IIE/11/3753/I 01/P, Instituto de Investigaciones Eléctricas, Cuernavaca, México, 63 p. International Geothermal Association Webpage (http://iga.igg.cnr.it). Lindal B. (1973). Industrial and Other Applications of Geothermal Energy, Except Power Production and District Heating. UNESCO Geothermal Energy. Earth Sciences..H. C. H. Armstead, New York, 302 pp.

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http://www1.eere.energy.gov/geothermal/future_geothermal.html�

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4. La investigación, el desarrollo tecnológico y la innovación en la geotermia

A. García-Gutiérrez, V. M. Arellano-Gómez, R. M. Barragán-

Reyes Gerencia de Geotermia, División de Energías Alternas, Instituto de

Investigaciones Eléctricas; 62490 Cuernavaca, Morelos, México

4.1 Introducción

A la fecha se han identificado cinco tipos de sistemas geotérmicos: (a) hidrotermales, (b) roca seca caliente, (c) geopresurizados, (d) marinos y (e) magmáticos. De estos, los únicos que se explotan de manera comercial son los sistemas hidrotermales. Los sistemas de roca seca caliente o sistemas geotérmicos mejorados (EGS por sus siglas en inglés), son probablemente uno de los recursos geotérmicos más abundantes. El U.S. Geological Survey ha estimado que la energía almacenada en los yacimientos de roca seca caliente que están dentro de los 10 km superiores de la corteza terrestre, equivale a más de 50,000 veces la energía acumulada en todos los yacimientos de gas y de petróleo del mundo, lo que habla de un recurso enorme. Este hecho ha impulsado a varios países a invertir en el desarrollo de tecnología que permita su aprovechamiento en el corto o mediano plazos. En un plazo más largo será posible utilizar también los recursos geopresurizados, los marinos y la energía térmica de reservorios de magma. Su posible aprovechamiento depende tanto del desarrollo de tecnologías y materiales apropiados como de las variables económicas que determinan la competitividad de los diversos recursos energéticos. En las siguientes secciones se comenta para cada tipo de sistema geotérmico su estado de desarrollo y las líneas de investigación y desarrollo tecnológico que se están siguiendo o que deben seguirse para lograr un mejor aprovechamiento de estos recursos. 4.2 Sistemas geotérmicos hidrotermales Aún cuando la geotermia de los sistemas hidrotermales se considera que cuenta con una tecnología madura, que permite la explotación del recurso tanto en la generación de electricidad, como en usos directos del calor, existen diversos aspectos en la exploración, perforación de pozos, ingeniería de yacimientos, nuevos materiales, equipo de superficie y plantas de potencia que limitan la competitividad y que deben ser subsanados.

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Exploración Un problema importante que enfrenta la exploración de este tipo de sistemas, es identificar eficiente y económicamente, dónde deben localizarse los pozos para tener la mayor probabilidad de intersectar los canales productivos de calor y fluidos en el yacimiento geotérmico. Las técnicas geológicas, geoquímicas y geofísicas actuales han permitido el descubrimiento de muchos yacimientos, pero todavía pueden y deben mejorarse para continuar minimizando los costosos de los pozos improductivos. La localización de un yacimiento geotérmico tiene el potencial de producir energía competitivamente, pero su costo, puede ser hasta del 60% del costo del proyecto. Así, el objetivo es mejorar el costo de exploración, reducir la incertidumbre de localización de recursos geotérmicos y mejorar el índice de pozos exitosos mediante:

• Técnicas nuevas y mejorados de exploración e interpretación del subsuelo para la localización de zonas permeables y sitios para perforación

• Mejora la comprensión de los modelos de los sistemas de geotérmicos (fallas, fracturas, modelos conceptuales, uso de sísmica en 3D, etc.)

• Alteración de minerales, análisis de núcleos e inclusiones fluidas • Mejores métodos electromagnéticos y geofísicos en general

Perforación de pozos Debido a que los fluidos geotérmicos son de alta temperatura, pueden ser corrosivos y existen en las rocas duras y abrasivas del yacimiento, la perforación de pozos geotérmicos es más difícil y costosa que la de un pozo petrolero convencional. Cada pozo geotérmico cuesta entre $ 1 y $ 4 millones de USD y en un campo geotérmico totalmente desarrollado se tiene varias decenas y en ocasiones algunas centenas de pozos. La perforación de los pozos representa entre el 30% y el 50% de la inversión total de un proyecto geotérmico. La investigación que desarrollan instituciones financiadas por el Departamento de Energía de los Estados Unidos de Norteamérica (EUA) ha producido numerosas innovaciones que han reducido los costos de la perforación de pozos geotérmicos, tanto en EUA como en otros países. Los pozos geotérmicos se usan para confirmar la existencia de un yacimiento geotérmico, obtener datos del subsuelo para caracterizar el

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recurso, extraer los fluidos geotérmicos e inyectar fluidos de desecho o agua de recarga. Por lo que se busca reducir el costo de perforación en general a través de:

• Desarrollo de barrenas con geometría y configuraciones avanzadas • Mejorar el control de pérdidas de circulación • Sistemas de medición y diagnóstico durante la perforación (MWD -

Measuring While Drilling y DWD - Drilling While Drilling, fibra óptica)

• Telemetría acústica • Instrumentación de muy alta temperatura • Pozos de diámetro delgado, instrumentación y terminación • Perforación ultraprofunda en sistemas muy calientes (6 km o más) • Nuevas tecnologías de perforación

Materiales avanzados Los recursos geotérmicos se caracterizan por su alta temperatura y la existencia de fluidos corrosivos. Además, el desarrollo de nuevos campos, la mejora de la tecnología actual y el desarrollo de sistemas mas profundos (5-7 km para sistemas de roca seca) y mas calientes (hasta 800 °C en sistemas magmáticos) hacen necesario el desarrollo de materiales avanzados. Entre otros, se puede citar:

• Materiales resistentes a la corrosión por fluidos geotérmicos • Materiales para tuberías muy altas temperaturas (600 – 800 °C) • Materiales de mayor dureza para barrenas para perforación de roca

de alta dureza para mejorar la velocidad de penetración • Materiales para control de pérdidas de circulación • Materiales electrónicos para alta temperatura y presión • Materiales para perforación y cementación a muy altas

temperaturas Ingeniería de yacimientos

La ingeniería de yacimientos robusta permite optimizar la extracción de la energía geotérmica y su uso comercial con el fin de generar electricidad a menor costo a través del diseño de políticas de explotación e inyección. La I&D se centra en:

• Instrumentación para mediciones de presión temperatura y gasto (PTQ) en tiempo real y sistemas de fibra óptica

• Métodos mejorados de análisis e interpretación de información y pruebas de presión

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• Comprensión mejorada de mecanismos de flujo • Trazadores químicos • Fracturamiento hidráulico, químico y con explosivos y su

caracterización • Modelos numéricos avanzados para simulación de yacimientos

Equipo de superficie

La reducción de costos de generación de electricidad para mantener esta fuente en forma competitiva con otros medios de generación ha generado programas de I&D en las siguientes áreas, entre otras:

• Métodos alternativos para eliminación de gases incondensables • Condensación de mezclas de fluidos de trabajo • Recubrimientos para superficies de intercambiadores de calor y

tuberías para control de incrustaciones y corrosión • Condensadores enfriados por aire para uso en plantas de ciclo

binario • Verificación en campo de plantas pequeñas de generación (0.2 – 1

MWe)

Plantas geotérmicas para generación de electricidad

La viabilidad de generación de electricidad con base en energía geotérmica está fuertemente influenciada por dos variables importantes: (1) La eficiencia de conversión de energía térmica a electricidad, y (2) el costo del equipo y la construcción de la planta. Un aumento de la eficiencia y una disminución de los costos conducirán indiscutiblemente a un desarrollo geotérmico más benéfico.

Los esfuerzos actuales de I&D se enfocan en (a) mejorar la eficiencia y operación de las plantas y ciclos termodinámicos usados actualmente, (b) la evaluación de algunas combinaciones de ellos y (c) al uso de nuevos ciclos termodinámicos.

• Mejoras a plantas actuales: La tecnología base de las plantas de flasheo incluyen doble separación de vapor y la de ciclo binario es la que utiliza isobutano como fluido de trabajo. Las plantas avanzadas de flasheo incluyen doble flasheo con turbina con separador rotatorio, turbina de agua caliente, recalentador de vapor y flasheo sub-atmosférico. Las plantas de ciclo binario avanzadas incluyen generadores de turbina síncronos ciclos con expansión metaestable y mezclas hidrocarburos como de fluidos de trabajo (Sandia Labs, webpage).

• Las combinaciones incluyen ciclos combinados, es decir, acoplando una planta de doble flasheo (ciclo superior o topping) con un ciclo

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binario inferior (bottoming cycle); ciclos mixtos, donde el vapor y el líquido se separan para alimentar plantas de flasheo y ciclo binario, respectivamente, y ciclos híbridos o plantas de flasheo o ciclo binario combinadas con turbinas con combustión de gas (Sandia Labs, webpage).

• Nuevos ciclos termodinámicos. Estos incluyen el ciclo Kalina (ciclo binario que usa amoníaco y agua como fluido de trabajo y tiene el potencial de extraer 1/3 mas de energía del fluido geotérmico que un ciclo convencional, (Kutscher, 2000; US DOE-1), y el ciclo trilateral (el cual puede proporcionar un mejor rendimiento y costos por encima de otros tipos de conversión de energía) al usar un proceso de intercambio de calor sensible ya que la expansión a flujo total o dos fases es menos eficiente (US DOE-2) y el uso de expansores avanzados a dos fases (Smith, et al., 2001; US DOE-3).

Los problemas expuestos con anterioridad están siendo investigados en laboratorios nacionales, universidades y compañías privadas en países como EUA (dirigidos por el Departamento de Energía), y en los programas de investigación de países como Japón, Nueva Zelanda, Islandia, Italia, Indonesia, Filipinas, EUA, la Comunidad Europea, México y América Central.

Como resultado de estas investigaciones y consecuentemente de una tecnología mejorada, el costo de generación de electricidad a partir de energía geotérmica ha disminuido en un 25% aproximadamente en las últimas dos décadas. Pero incluso así, se requiere continuar mejorando la tecnología y reducir los costos asociados para lograr un aprovechamiento más sustancial de la energía geotérmica.

4.3 Roca seca caliente / mejorados (Enhanced Geothermal Systems)

Los sistemas geotérmicos de roca seca caliente (“Hot Dry Rock”, HDR) también conocidos como sistemas de roca fracturada (“Hot Fractured Rock”, HFR) o como “sistemas geotérmicos mejorados” (“Enhanced Geothermal Systems”, EGS), son sistemas rocosos con alto potencial térmico pero ausencia total o casi total de fluido. La tecnología para su explotación requiere de crear una extensa red de fracturas en la formación a la profundidad a la que está el recurso mediante fracturamiento, para crear o aumentar la permeabilidad del sistema y facilitar la circulación de fluidos. Subsecuentemente, el agua ya existente en pozos profundos o bien, agua fría de la superficie se inyecta a través de pozos de inyección para que circule por la red de fracturas y se caliente, posteriormente se extrae mediante pozos de producción para su aprovechamiento final (Figura 4.1). El estatus del desarrollo de tecnología para el aprovechamiento de estos recursos en el mundo es

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variable. Algunos proyectos están todavía en la etapa de I&D y evaluación del potencial, mientras que otros ya entraron a la etapa de demostración de la tecnología con centrales de generación del orden de 3 MWe y menores, y de diseño de plantas de tamaño comercial, 20-50 MWe. Los principales proyectos incluyen: Fenton Hill y Coso (Estados Unidos), Rosmanowes (Reino Unido), Soultz-sous-Forêts y LeMayet (Francia), Basel (Suiza), Landau y Gross Schonebeck (Alemania), Ogachi y Hijiori (Japón), Fjallbacka (Suecia) y Cooper Basin (Australia) (Tabla 1).

Fig. 4.1 Esquema típico de un sistema geotérmico mejorado (Lund, 2007).

Dentro de los principales problemas que se están tratando de subsanar para aprovechar estos recursos, están los siguientes:

• Carencia total o parcial de agua en el sistema, • Creación y mantenimiento de la permeabilidad (falta de

experiencia con HXs en sistemas de EGS en el tiempo), • Perforación de pozos ultra profundos (6 km o más), • Desarrollo de tecnología para producir electricidad y calor en

forma independiente del lugar,

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• Escalamiento de plantas a decenas de MWe, ya que la tecnología está demostrada en Japón, Francia y Alemania (desde varios kW hasta unos 3 mWe),

• Modelado técnico-económico de los sistemas, • Necesidades de datos para acelerar la comercialización, • Evaluación de las tecnologías de conversión de potencia, • Probar la sustentabilidad de los sistemas EGS, • Estrategia: partir de tecnología actual y desarrollar la

tecnología necesaria.

ENHANCED GEOTHERMAL SYSTEMS (EGS); HOT DRY ROCK (HDR); HOT FRACTURED ROCK (HFR)

País Algunos de sus principales avances Alemania Landau – Planta de 2.5 a 2.9 MWe en operación desde el otoño de 2007;

Gross Schonebeck- Laboratorio geotérmico in-situ de dos pozos (Fridelifsson et al., 2008; ENGINE, 2009).

Australia

Cooper Basin; 235-250 °C a 4 km; a finales de 2008 planta piloto de 1 MWe, Diseño de planta de 50 MWe; costo estimado de 3.5 c/kWh; 19 compañías que trabajan en 140 áreas (67,000 km2) en 4 estados, inversión de 650 millones USD; Planes para establecer las primeras plantas de varios MWe en los próximos años; Geodynamics Inc-planes de planta de 50 MWe en 2012 (Fridelifsson et al., 2008, Geodynamics, 2009).

Estados Unidos

Fenton Hill –Perforación a -5 km en 1993; Coso –planes para instalar 20 MWe; Desert Peak en desarrollo; Las reservas recuperables de esta energía en Estados Unidos se han estimado en más de 200,000 EJ, equivalentes a mas de 2,000 veces la demanda anual de energía primaria; Steamboats, Geysers considerados para expansión a EGS (Tester et al., 2007; Fridelifsson et al., 2008).

Francia

Soultz-sous-Forêts – Planta de 1.5 MWe; permeabilidad mejorada de fractura a 200 °C; Planes de escalar a 6 MWe (4.5 MWe netos) Y diseño de planta de 50 MWE y LeMayet – Estudios hasta 800 m de profundidad de 1977 a 1989; poca actividad desde 1990 (Tester et al., 2007; Fridelifsson et al., 2008 ; ENGINE, 2009).

India India Central – lista para explotarse; Himalaya - a futuro; Explotación prevista hacia 2010 a un Costo estimado - 5 US cents/kWh

Japón

Ogachi - Pruebas en pozos 1981-1983; Pozos OGC1 y OGC2 a 1000m 1990-1995, Pruebas de campo 1995-1998; OGC3 a 1300 m 1998- 2004; Obtención de agua a 165 °C y Hijiori – Perforación a 200m 197-1991; extensión a 2300 m en 1995; Pruebas de campo 1995-2003, Prueba de circulación de larga duración (1 año); Demostración de concepto con planta de ciclo binario 3 meses (Tester et al., 2007; Kaieda et al., 2000; 2005; Matsunaga et al., 2005).

Reino Unido

Rosmanowes - perforación a 300 m en granito 1976-1980; avance a 2100 m 1983; avance a 2700 m 1992, No se sabe de más actividades (Tester et al., 2007; Arellano et al., 2008).

Suecia Fjallbacka – Trabajos de 1985 a 1993, No se sabe de mas actividades (Tester et al., 2007).

Suiza Basel – Planta piloto de cogeneración de 3MWe y 20 MWt: Fenómenos de Sísmica frecuente (Tester et al., 2007; Fridelifsson et al., 2008).

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Tabla 1 Estado de desarrollo de los sistemas EGS Se considera que para 2050, se podrían instalar más de 100,000 MWe con este tipo de sistemas en los Estados Unidos, con una inversión de 1 billón de US dlls (Tester et al., 2007). 4.4 Geopresurizados, marinos y magmáticos El desarrollo de tecnología para el aprovechamiento de estos recursos es aún incipiente. En relación con los sistemas geopresurizados, en Estados Unidos se han iniciado los estudios para aprovechar este recurso pero se requiere de más investigación para confirmar la factibilidad económica y el uso a largo plazo de este recurso. Se piensa que para 2015 podría tenerse en operación una planta piloto científica; para 2020 una planta piloto industrial y para 2025 contar con la tecnología comercial desarrollada. Para los sistemas marinos y magmáticos no se piensa que se pueda tener una planta piloto científica antes de 2020 y tecnología comercial incipiente para 2035. 4.5 La situación en México, con énfasis en la innovación y desarrollo

tecnológico

En México, se trabaja en temas de I&D de la energía geotérmica principalmente en la Comisión Federal de Electricidad, el Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE), el Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE), quien forma parte del proyecto ENGINE de la Comunidad Europea, la Universidad Autónoma de Baja California y la Universidad Nacional Autónoma de México (Centro de Investigación en Energía, y los Institutos de Geología y de Geofísica). 4.5.1 Comisión Federal de Electricidad La Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos de la CFE desarrolla trabaja en todos los aspectos de la exploración, desarrollo y explotación de los campos geotérmicos de México. Dado que cada campo geotérmico es único en muchos casos es necesario modificar, desarrollar o innovar técnicas y métodos. Lo que funciona en un campo no necesariamente funcionará bien en otro. Muchos de los desarrollos de la CFE están documentados en informes que como es lógico no los encuentra uno en la literatura pública.

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4.5.2 Instituto de Investigaciones Eléctricas La Gerencia de Geotermia del IIE realiza investigación y desarrollo tecnológico en los principales aspectos de la exploración, desarrollo y explotación de recursos geotérmicos. Conjuntamente con la Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos de la CFE han desarrollado más de 300 proyectos en áreas como la exploración de recursos, desarrollo de modelos conceptuales de yacimientos, caracterización de formaciones, respuesta de los yacimientos a la explotación, estudios de impacto ambiental y aprovechamiento de fluidos de baja entalpía. Todos relacionados con sistemas geotérmicos hidrotermales. A continuación se hace una breve descripción de algunos de los resultados en cada área. Exploración de recursos La distribución de la temperatura en la parte principal del yacimiento es uno de los factores importantes que determinan el valor económico de un recurso geotérmico. Durante las etapas de exploración, antes de comenzar costosas operaciones de perforación, se busca una evidencia razonable de la existencia de alta temperatura en el yacimiento. En los casos en los que el fluido geotérmico sube y descarga en la superficie, la aplicación de ciertas herramientas denominadas geotermómetros químicos ha resultado de gran utilidad. Un geotermómetro es un modelo matemático que relaciona la temperatura del yacimiento con la composición química de los fluidos que afloran de manera natural o por medio de pozos a la superficie. Aún cuando existen diversos geotermómetros publicados en la literatura, el personal del IIE consideró que podía desarrollar un mejor geotermómetro basado en las concentraciones de los cuatro componentes catiónicos principales de las aguas subterráneas: ion sodio (Na+), ion potasio (K+), ion calcio (Ca2+) y ion magnesio (Mg2+). Para lograrlo se efectuaron una serie de suposiciones que permitieron formular una relación lineal entre el recíproco de la temperatura absoluta y combinaciones lineales de logaritmos de la concentración de especies de cationes en aguas subterráneas. Asimismo, se desarrolló un procedimiento computarizado sistemático, que analiza un gran número de posibilidades para la reacción de intercambio de cationes entre el mineral y la solución. Si se toma en consideración la frecuente ocurrencia de casos de mezcla de aguas termales de mediana a alta salinidad, con aguas frías de baja salinidad, se desarrolló e integró al geotermómetro una expresión relativamente insensible a la dilución.

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Al geotermómetro resultante se le llamó Geotermómetro de Composición Catiónica (GCC) y permite estimar la temperatura del yacimiento, con base en la composición química del agua de fuentes termales relativamente diluidas. El geotermómetro muestra una mayor concordancia con los datos de aguas de pozo que la de otros geotermómetros publicados en la literatura (Nieva y Nieva, 1987). El GCC se ha aplicado con éxito a la estimación de temperaturas de varios campos geotérmicos en el mundo entre los que se pueden mencionar Cerro Prieto y Los Azufres en México, Matsukawa en Japón, Kizildere en Turquía, El Tatio en Chile, etc. Modelos conceptuales: La física del yacimiento Después de que se han perforado algunos pocos pozos en un nuevo sitio, el problema principal consiste en desarrollar un modelo que explique razonablemente el comportamiento del sistema. Este modelo es particularmente importante ya que representa la base sobre la cual se efectuará la evaluación de las reservas de calor y/o fluidos del yacimiento correspondiente. Se han desarrollado metodologías que basándose en la información geológica, geoquímica, geofísica y de la perforación de los pozos nos permite determinar las distribuciones de presión, temperatura, entalpía, saturación de líquido y las principales características de operación del sistema geotérmico. Esta metodología se ha aplicado en los campos Los Azufres y Los Humeros (Iglesias et al. 1985; Arellano et al., 2003) Caracterización de formaciones y pozos Se han desarrollado métodos, sistemas expertos y equipos para la adecuada caracterización de las formaciones de los principales campos geotérmicos de México. En el capítulo de “Casos de Éxito” se hace una breve descripción del simulador SITYAC (García y Espinosa, 2003), del sistema experto ANAPPRES (Arellano et al., 1990) y un equipo para medir en tiempo real presión, temperatura y gasto en pozos geotérmicos (METRE). Respuesta del yacimiento a la explotación Se ha desarrollado una metodología para identificar los principales procesos que ocurren en un yacimiento como consecuencia de la extracción de fluidos y calor y de la inyección de fluidos de desecho en el mismo. La metodología se basa en el análisis de los datos químicos, isotópicos y de producción y se ha aplicado en los campos Cerro Prieto,

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Los Azufres y Los Humeros (Arellano et al., 2005; Arellano et al. 2008; Arellano et al. 2009)) Aprovechamiento de fluidos de baja entalpía El IIE y la CFE han realizado un extenso trabajo de I&D en bombas de calor. Los sistemas que se han probado incluyen bombas de calor por compresión mecánica, absorción y transformadores térmicos. Como ejemplo se pueden mencionar los siguientes: a) Bomba de calor por compresión mecánica tipo agua - agua, diseñada para purificación de salmuera , opera con vapor geotérmico de baja presión en el campo geotérmico de Los Azufres; b) Bomba de calor por absorción para enfriamiento y refrigeración, opera con amoniaco/agua y vapor de baja entalpía que se operó en los campos Cerro Prieto y Los Azufres; c) Transformador térmico por absorción en el que se probaron diversas soluciones ternarias como fluidos de trabajo. Infraestructura La Gerencia de Geotermia del IIE cuenta con una amplia infraestructura experimental para apoyar el desarrollo de sus proyectos. Entre sus laboratorios están el de petrofísica y mecánica de rocas, el de rayos-X y emisión, inclusiones fluidas, petrografía y laboratorio químico. 4.5.3 Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada Dentro de las áreas en las que el CICESE desarrolla I&D relacionados con la geotermia están las de geofísica, geología y sismología. Geofísica La investigación científica que se realiza en el Departamento de Geofísica Aplicada tiene dos vertientes: los estudios para comprender procesos geofísicos locales o regionales, y aquellos trabajos de metodología, en los cuales se proponen ideas y técnicas para mejorar la realización de los estudios. Por vocación y posición geográfica, las investigaciones tienden a concentrarse en la península de Baja California y sus alrededores, incluido el piso oceánico de sus mares aledaños. Sin embargo, también se trabaja en el resto del país y en el extranjero, generalmente en problemas estrechamente relacionados con nuestro entorno más inmediato.

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Respecto a los trabajos de metodología, varían desde cuestiones teóricas y algoritmos numéricos de simulación, hasta el desarrollo o modificación de instrumentos de medición. La capacidad, el conocimiento y la amplia experiencia con la que cuenta el Departamento de Geofísica Aplicada le permiten realizar proyectos teóricos, computacionales y de instrumentación en donde los métodos de la exploración geofísica sean aplicables. Geología El Departamento de Geología estudia la deformación reciente y antigua de las rocas, su composición química y sus propiedades magnéticas, el fechamiento de rocas ígneas y sedimentarias y la evolución de las cuencas. También estudia la estructura de la corteza terrestre y, mediante el procesamiento de imágenes de satélite, la superficie de la Tierra. Todo esto con la intención de reconstruir la historia geológica del noroeste de México, evaluar sus recursos naturales y el riesgo geológico. Una de las regiones que el Departamento de Geología estudia con mayor énfasis es el Golfo de California y sus alrededores, para entender mejor los procesos geológicos que le dieron origen y los que aún están actuando y tienen impacto en la sociedad. Además, se realizan estudios en otras partes del mundo en donde hay problemas geológicos importantes que nos ayudan a entender la dinámica de nuestro planeta. Sismología El Departamento de Sismología tiene tres redes sísmicas permanentes. La Red Sísmica del Noroeste de México (RESNOM) que mantiene un monitoreo continuo de la sismicidad en la porción norte de Baja California, la Red Sísmica de Banda Ancha (RESBAN) que monitorea la sismicidad regional que ocurre en el Golfo de California y la Red Acelerométrica del Noroeste de México (RANM) desplegada en la zona norte de Baja California. Además, están en operación una red para el monitoreo de la deformación de la corteza en el valle de Mexicali (RDEFUM). La infraestructura con la que se cuenta para realizar la investigación incluye una gran variedad de instrumentación para emplazar redes sísmicas temporales, una amplia gama de recursos de cómputo para el procesamiento y análisis de datos, así como laboratorios de instrumentación. 4.5.4 Universidad Nacional Autónoma de México

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El Centro de Investigación en Energía, a través del Departamento de Sistemas Energéticos – Coordinación de Geoenergía, trata de crear y aplicar nuevas metodologías para el estudio de los recursos geoenergéticos, y de esta manera, contribuir a un mejor aprovechamiento de la geoenergía como una fuente alterna importante. Sus líneas de trabajo son las siguientes:

I. Geoquímica analítica

• Desarrollo de nuevas metodologías analíticas (XRF, CE, HPLC, ICP-MS, CG, etc.) para caracterización de materiales geológicos (rocas, suelos, salmueras, gases) en sistemas geoenergéticos.

• Análisis de calidad de datos experimentales • Desarrollo de herramientas computacionales y bases de datos

para la solución de problemas en Geoquímica Analítica

II. Geotermia

• Geoquímica de fluidos geotérmicos • Estudios de interacción fluido-roca (dilucidación de procesos de

precipitación, etc.) • Geotermometría (alteración hidrotermal, hidrogeoquímica,

minerales arcillosos, gases geotérmicos) • Modelado numérico de procesos físico-químicos y de transferencia

de calor en sistemas geotérmicos • Geoquímica de elementos traza en sistemas geotérmicos • Modelado numérico de la fuente primaria de calor en campos

geotérmicos

III. Geoquímica cuantitativa

• Génesis de rocas volcánicas y sedimentarias • Creación de nuevos diagramas de discriminación para el análisis

multivariado de datos geoanalíticos, inicialmente para el estudio de rocas volcánicas, y a futuro extendidos al estudio de fluidos geotérmicos

• Herramientas computacionales, bases de datos y sistemas de información geográfica (GIS) aplicados a modelados cuantitativos de sistemas geoenergéticos

Infraestructura de laboratorios

• Laboratorio de electroforesis capilar

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• Laboratorio de Fluorescencia De Rayos-X • Laboratorio de Interacción Agua-Roca • Laboratorio de Preparación de Muestras Geológicas (Pmg). • Laboratorio de Petrografía • Laboratorio de Procesamiento de Datos

Instituto de Geología En el Instituto de Geología hay dos Departamentos que realizan investigación que contribuye al aprovechamiento de la energía geotérmica. El Departamento de Geología Regional y el Departamento de Geoquímica. En el Departamento de Geología Regional, del Instituto de Geología, UNAM, las actividades de investigación están, principalmente, dirigidas al estudio de la geología de México y los procesos endógenos y exógenos que le dieron origen, sus peculiaridades y sus recursos geológico-económicos, así como aspectos relacionados con las aguas subterráneas, los recursos energéticos y el medio ambiente. Con estas investigaciones se pretende reconstruir la historia natural del territorio nacional, desde su formación en el Precámbrico hasta el presente, con el fin de explicar el comportamiento actual de sus sistemas geológicos, y guiar científicamente la búsqueda de las riquezas del subsuelo y las medidas de protección contra los fenómenos geológicos destructivos. Cuenta con laboratorios de petrología y sedimentología. El Departamento de Geoquímica del Instituto de Geología, UNAM trabaja en las siguientes líneas de investigación: Fluidos corticales, geocronología y geoquímica de isótopos radiogénicos, geología ambiental, geología marina, geoquímica de isótopos estables, mineralogía y cristalografía.

Instituto de Geofísica

En el Instituto de Geofísica hay tres Departamentos cuyos resultados benefician el aprovechamiento de los recursos geotérmicos: Departamento de Sismología, Departamento de Vulcanología, Departamento de Recursos Naturales. El Departamento de sismología realiza investigación en las áreas de sismotectónica, fuente sísmica, propagación de ondas, riesgo sísmico, estado térmico de la placa subducente. Debido a la ubicación tectónica de México se estudian distintos aspectos de las zonas de subducción, lo que constituyen uno de los temas más importantes que se trabajan en el Departamento.

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El Departamento de Vulcanología estudia el origen del magma, su evolución, los procesos físicos y químicos que ocurren durante su ascenso, y como éstos influyen en la naturaleza de las erupciones. Sabemos que el vulcanismo está directamente asociado con los sistemas geotérmicos. El Departamento de Recursos Naturales fue creado con el fin de potenciar las investigaciones relacionadas con la evaluación de los recursos geológicos de México. Este Departamento tiene líneas de investigación relacionadas con la hidrogeología, la geotermia, etc. 4.5.5 Universidad Autónoma de Baja California (UABC, 2009) La UABC A través del Departamento de Tecnologías Limpias y Medio Ambiente, ofrece la carrera de Ingeniero en Energías Renovables en la cual se considera a la Energía Geotérmica. También realiza investigación y ofrece estudios de posgrado (maestría y doctorado) en estudios de Medio Ambiente que guardan relación con la energía geotérmica, en las áreas de:

• Calidad del aire • Residuos sólidos • Energía y medio ambiente • Problemas Ambientales en Geociencias • Hidrología y Geohidrología Ambiental • Climatología y Estadística Aplicada • Tecnología Solares Térmicas y Energías Renovables • Contaminación de Agua y Suelo y Yacimientos Geotérmicos • Geofísica Aplicada a Geotecnia y Medio Ambiente

Por otra parte el Grupo de Sistemas Energéticos del Instituto desde hace más de veinte años realiza investigaciones, estudios y proyectos, impulsa e instrumenta soluciones a los problemas energéticos regionales promueve una cultura energética mediante el ahorro y uso eficiente de la energía, evalúa el uso de fuentes alternas de energía y participa en el diagnóstico, evaluación y planteamiento de soluciones a los impactos sociales y económicos del uso de la electricidad. Su misión es: Contribuir al desarrollo de una cultura energética y extender hacia la sociedad los beneficios de la misma.

4.6 Conclusiones

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Aún cuando la geotermia de los sistemas hidrotermales se considera que cuenta con una tecnología madura, que permite la explotación del recurso tanto en la generación de electricidad, como en usos directos del calor, existen diversos aspectos en la exploración, perforación de pozos, ingeniería de yacimientos, nuevos materiales, equipo de superficie y plantas de potencia que limitan su competitividad y que deben ser subsanados mediante investigación y desarrollo tecnológico.

Los sistemas geotérmicos de roca seca caliente o EGS, tienen un enorme potencial energético que supera con mucho la energía de todos los yacimientos de petróleo y gas conocidos en la actualidad. El estado del desarrollo de tecnología para el aprovechamiento de estos recursos en el mundo es variable. Algunos proyectos están todavía en la etapa de I&D y evaluación del potencial, mientras que otros ya entraron a la etapa de demostración de la tecnología con centrales de generación del orden de 3 MWe y menores, y de diseño de plantas de tamaño comercial, 20-50 MWe. Los principales proyectos están en: Fenton Hill y Coso (Estados Unidos), Rosmanowes (Reino Unido), Soultz-sous-Forêts y LeMayet (Francia), Basel (Suiza), Landau y Gross Schonebeck (Alemania), Ogachi y Hijiori (Japón), Fjallbacka (Suecia) y Cooper Basin (Australia). El aprovechamiento de estos recursos aún presenta retos tecnológicos importantes. El desarrollo de tecnología para el aprovechamiento de los recursos geotérmicos geopresurizados, marinos y magmáticos es aún incipiente. En relación con los sistemas geopresurizados en Estados Unidos se han iniciado los estudios para aprovechar este recurso pero se requiere de mucho más investigación para confirmar la factibilidad económica y el uso a largo plazo de este recurso. Se piensa que para 2015 podría tenerse en operación una planta piloto científica; para 2020 una planta piloto industrial y para 2025 contar con la tecnología comercial desarrollada. Para los sistemas marinos y magmáticos no se piensa que se pueda tener una planta piloto científica antes de 2020 y tecnología comercial incipiente para 2035. En México, las principales instituciones que trabaja en temas de I&D de la energía geotérmica son la Comisión Federal de Electricidad, el Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE), el Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE), la Universidad Autónoma de Baja California y la Universidad Nacional Autónoma de México (Centro de Investigación en Energía, y los Institutos de Geología y de Geofísica). 4.7 Referencias

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http://www.sandia.gov/geothermal/programs/Index.htm�

http://www1.eere.energy.gov/geothermal/future_geothermal.html�

http://id.inel.gov/geothermal/fy97/conversn/conv-08.html�



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5. La educación en la ingeniería en el campo de la geotermia (licenciatura y posgrado), situación actual y prospectiva

Margarito Quintero Núñez

Instituto de Ingeniería, Universidad Autónoma de Baja California Mexicali, Baja California, México

Email: [email protected], Telefax 01 686 5 66 41 50 Ext 146

5.1 Introducción De las fuentes alternas de energía clasificadas como renovables la energía geotérmica es de las pocas que ha comprobado su factibilidad técnico – económica para estar comercialmente disponible en la generación de energía eléctrica en cantidades industriales. Si bien la contribución de la geotermia en la estructura energética nacional, viene a significar una contribución porcentual del 2% y no se espera que esa cifra se mantenga en los años por venir, su crecimiento últimamente ha sido muy lento, ha actuado como complemento y no como una opción con respecto a las fuentes convencionales en las que predominan los hidrocarburos. La primera “escala industrial” de la utilización no balneológica de la energía geotérmica es parte de la historia. La rudimentaria utilización del calor directo establecido en el área de Lardarello, Italia, en 1827, en lo que se puede considerar una escala industrial para su tiempo, fue usado para extraer ácido bórico de los fluidos geotérmicos. En 1904, el primer experimento en producir energía eléctrica geotérmica, al usar una máquina impulsada por un pistón y un dínamo, tuvo lugar en el área de Lardarello, Italia. La producción industrial de electricidad siguió en la siguiente década, y se ha desarrollado progresivamente desde entonces. La explotación de la energía geotérmica en el ámbito mundial se ha desarrollado lentamente a pesar del hecho de que los fluidos geotérmicos de alta y baja entalpía se conocían y eran utilizados en muchas partes del mundo (las áreas del Circum - Pacific, el Rift africano, Europa del Este, etc), y había sido demostrado que estas fuentes podían ser utilizadas en un gran número de aplicaciones. Se puede decir que Italia era el único país que producía electricidad derivada de la geotermia hasta 1958, cuando Nueva Zelandia empezó a generar electricidad de origen geotérmico en Wairakei (en una planta de 6.5-MWe).

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Afortunadamente, las organizaciones internacionales fueron muy hábiles para apreciar el significado de esta fuente de energía, especialmente para las naciones en desarrollo. En agosto de 1961, las Naciones Unidas (Dickson, 1998) organizaron una conferencia sobre Nuevas Fuentes de Energía en Roma, durante las cuales los participantes discutieron el status y futuro de la energía geotérmica y las otras fuentes renovables de energía. (i.e. solar, viento y de marea). En la fecha de esa conferencia, la capacidad geotérmica instalada para la generación de electricidad en el mundo era de 410 MW, la mayoría en Italia. Únicamente 0.9% estaba instalada en un país en desarrollo, en Pathé, Michoacán, en México. La conferencia de Roma en 1961 fue organizada en el ámbito mundial, y jugó una parte significativa en dar a conocer la energía geotérmica no únicamente a los técnicos sino también, y más importante, a los tomadores de decisiones, que finalmente se percibieron de esta fuente de energía, sus muchas formas de aplicación, su relativo efecto no dañino al ambiente, y su competitividad con otras fuentes de energía. La conferencia también enfatizó el hecho de que era una energía nativa, que es un aspecto particularmente atractivo para las naciones pobres, ya que su utilización puede reducir la importación de combustibles caros importados del exterior. Sin embargo en la década entre 1960 y 1970, se hizo poco progreso en las naciones desarrolladas, a pesar de los esfuerzos de las organizaciones internacionales para financiar proyectos geotérmicos; aunque algunos fueron lanzados durante este período. La capacidad de generación geotérmica instalada creció a 711 MWe en 1970: pero todo esto aconteció en su mayoría en las de las naciones industrializadas. El lento desarrollo geotérmico en las naciones no industrializadas puede deberse a una variedad de factores. La mayor fue la falta de interés de parte de los diseñadores de políticas y de una información inadecuada. Otra razón mayor para este retardado progreso fue el pequeño número de expertos geotérmicos disponibles en estos países, capaces de llevar a cabo investigaciones independientes desde el inicio en la fase de reconocimiento, y de trabajar en conjunción con expertos enviados por la organizaciones internacionales. 5.2 Creación de cursos de posgrado sobre geotermia en el mundo La Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura (ONUECC)- comúnmente conocida como UNESCO por sus siglas en inglés- fue la primera organización internacional en atacar el problema de la falta de geotermistas locales. En agosto de 1968, reunió

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a un “Grupo de expertos en entrenamiento en energía geotérmica” en Paris, con el objetivo de definir el número y tipo de geotermistas que serian necesarios en los siguientes años para implementar los proyectos geotérmicos de los países en desarrollo. Las conclusiones más interesantes lanzadas por este grupo de expertos fueron: a) los geotermistas requeridos eran geólogos, geofísicos, geoquímicos, ingenieros en perforación, ingenieros en producción; y b) cerca de 25 geotermistas por año serian necesarios en la primera mitad de los años 70´s. Este número (5/año) fue pronto excedido. Un estudio en la mitad de los 70´s mostró que los proyectos financiados por las organizaciones internacionales estaban absorbiendo desde 35 a 40 nuevos geotermistas cada año. En adición a esto estaban los expertos buscados para proyectos bajo acuerdos bilaterales y otros requeridos por países que estaban deseosos de crear un grupo de geotérmicos antes de lanzar sus programas de exploración. Basados en el número y tipo de solicitudes recibidas por la Escuela Internacional de Geotermia en Pisa, se estimó que al menos 60 geotermistas eran requeridos cada año en la segunda mitad de los 70´s. Al hacer un seguimiento de las reuniones de su grupo de expertos, ONUECC apeló a los países miembros con experiencia geotérmica de proveer entrenamiento para geotermistas de los países en desarrollo. Esta solicitud fue respaldada por Japón e Italia, y en enero de 1970, el Curso de Posgrado en Geotermia empezó en Pisa, Italia, para mas tarde llegar a ser la Escuela Internacional de Geotermia. En septiembre del mismo año, el Grupo de Entrenamiento en energía geotérmica fue creado en Kiushu, Japón. A fines de los 70´s, los dos centros, en Kiushu y en Pisa, fueron capaces de entrenar a un total de 30 expertos por año entre ellos. Durante ese periodo los cursos en Japón duraban 2 ½ meses y estaban concentrados en la capacitación dentro de los 5 sectores indicados por el grupo de expertos de la ONUECC; mientras, en Italia los cursos duraban 9 meses y eran de naturaleza mas general. Como los centros de entrenamiento apoyados por la ONUECC podían satisfacer únicamente parte de la demanda de los país en desarrollo, el Programa de Desarrollo de Naciones Unidas (PDNU) contactó al gobierno de Nueva Zelandia en 1975 con la solicitud de establecer un centro de entrenamiento geotérmico en ese país. El acuerdo entre la PDNU y Nueva Zelandia se formalizó en 1978 y se lanzó el Curso de Diplomado en Geotermia en enero de 1979. En ese mismo periodo, la Universidad de las Naciones Unidas (UNU) también llegó a un acuerdo con el

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gobierno de Islandia. En consecuencia, el programa de Entrenamiento Geotérmico empezó operaciones en Reykiavik en marzo de 1979. Mientras tanto, la situación geotérmica en el ámbito mundial fue creciendo de manera mas positiva. A finales de los 70’s se empezaron a observar los frutos de los proyectos lanzados a principios de la década y en 1980 se experimento un auge especialmente en las naciones en desarrollo. La capacidad geotérmica instalada en el mundo en 1970 fue de 711 MWe, 4.4 de los cuales estaban en naciones en desarrollo, que correspondían al 6.1% del total. Veinticinco años mas tarde, el total mundial había alcanzado 6,798 MWe con 2,580 MWe de esta cantidad en las naciones en desarrollo, que correspondían al 38% del total. Para fines de 1997, estas cantidades se habían elevado a 7,925 MWe, 3,389 MWe y 43%, respectivamente. En 2005, hubo un incremento hasta 9064 MWe, de los cuales 29% correspondían a países en desarrollo (http:/iga.igg.cnr.it/geoworld/geoworld.php?sub=elgen, marzo 2009) Esta tendencia ha tenido su efecto en la exigencia de nuevos geotermistas, la cual se ha incrementado gradualmente con el paso de los años. Los eventos políticos más importantes también tuvieron su influencia. Por ejemplo, el colapso de los regímenes comunistas en el bloque oriental dieron un ímpetu renovado a la industria en esta área, y consecuentemente, también al desarrollo de sus recursos geotérmicos. Estas naciones han estado deseando entrenar a nuevos expertos, especialmente en el sector de la media a baja entalpía. De una capacidad combinada en 1985 de mas de 70 expertos al año entrenados en las cuatro escuelas geotérmicas clásicas, la suspensión del curso en la Escuela de Pisa en 1992, como resultado de la crisis económica de Italia, disminuyó esta cifra a menos de 60 expertos por año. Sin embargo, en el período 1970-1995, estas cuatro escuelas prepararon un total de 1850 geotermistas. En 1998, aun si se asume que cerca de la mitad de ellos no estaban en el área geotérmica, aún dejaba más de 900 expertos en servicio. Algunos países pudieron empezar el diseño de sus propios cursos en casa (como parece que fue la situación en Filipinas). Apenas a través de un estudio específico se podría saber si el número de expertos que están actualmente siendo entrenados cada año pueden ser efectivamente suficientes para satisfacer las necesidades de la comunidad geotérmica mundial. Los cursos cortos regionales o nacionales también parecen ser muy efectivos, si se concentran, como debe ser, en tópicos de interés locales. Estos cursos son relativamente baratos y, en conjunción con los cursos largos pueden hacer una contribución significativa en la preparación de

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expertos en campos particulares: dos cursos de este tipo se crearon uno en Skopje, Macedonia en 1989, inicialmente enfocado a ciudadanos de Europa Oriental y los países mediterráneos; y el otro en 1995, en los Azufres, Michoacán, México, mayormente dirigido a las países latinoamericanos. La Asociación Geotérmica Internacional-IGA por sus siglas en inglés- a través de su Comité de Educación, podría jugar un papel importante al coordinar este tipo de actividad. 5.3 La Especialidad en geotermia en México Al inicio de 1980, había cuatro centros de entrenamiento geotérmico patrocinados por organizaciones internacionales en Pisa, Kyushu, Aukland and Reykiavik. Los cuatro centros capacitaron un total de 67 nuevos geotermistas en 1980 solamente. Entre 1980 y 1985, estuvieron capacitando entre 60 y 70 geotermistas por año. Durante este periodo en 1983, se creo en Mexicali el programa de Diplomado o Especialidad en Geotermia (Quintero, 1992). Su programa de entrenamiento duraba un año y contaba con un número variable de participantes, de 10 en el año de 1984, con un máximo de 22 estudiantes en 1987 y únicamente tres en 2003. De un total de 117 estudiantes que ingresaron a la especialidad, egresaron 77 regulares y 40 se dieron de baja, lo cual hace un eficiencia terminal del 52%. Era de carácter regional y el lenguaje oficial era el español, por lo que estudiantes de América Latina se podrían beneficiar de este programa. En especial aquellos provenientes de países a los cuales se les avizoraba un crecimiento geotérmico interesante como Argentina, Bolivia, Chile, Ecuador, Honduras, Panamá, Perú y Venezuela. Sin dejar de lado a los que ya están dentro de la explotación del recurso geotérmico para la generación de electricidad tales como Costa Rica, El Salvador, Guatemala y Nicaragua. Su principal característica era que entrenaba fundamentalmente a técnicos de las plantas geotermoeléctricas de México, en particular de Cerro Prieto, en Mexicali, B.C., aunque también lo atendían eventualmente personal de otros centros geotermoeléctricos de México como Los Azufres, Michoacán y los Humeros, Puebla. En un principio, también asistían profesionistas recién egresados de carreras ingenieriles, ya que se ofrecían becas de parte del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT). Una vez que se perdió este apoyo, se paro el flujo de ingenieros recién egresados. En su momento este programa también los atendieron profesionistas de países centroamericanos becados por el gobierno de México y la Agencia Internacional de Energía Atómica con sede en Austria, que fueron los menos. Este programa dejó de funcionar en 2003, después de 20 años de operación, debido en parte a que casi la mayoría de los técnicos

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interesados de las plantas geotermoeléctricas de México habían sido entrenados, y también en parte por la creación de curso internacionales de capacitación en varias áreas en la sede de la Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos con sede en Morelia, Michoacán, que también ofrecía cursos en geotermia dirigidos principalmente a técnicos del extranjero, como Costa Rica y Chile (Gutiérrez-Negrin, 2009). En paralelo se ofrece un curso de introducción a la geotermia para personal de nuevo ingreso a las plantas geotermoeléctricas. El cuerpo académico de la especialidad en geotermia estaba formado por 6 maestros de tiempo completo y 6 maestros de asignatura. Estos últimos eran, ingenieros integrantes de la Central Geotermoeléctrica de Cerro Prieto, o investigadores del Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) que se localizaba en la misma área o provenientes eventualmente del Centro de Investigaciones Científicas y Estudios Superiores de Ensenada (CICESE), de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), de Universidades Americanas con las cuales se tenían convenios como la Universidad de California en Davis o por profesionales independientes expertos en el área. El panorama en el ámbito internacional en el momento en que se creó la especialidad en geotermia en la Universidad Autónoma de Baja California (UABC) se enmarcaba de la siguiente manera: Se tenia una capacidad instalada de 2538 MW con 115 unidades generadoras localizadas en 14 países y estaban por entrar en operación plantas nuevas que elevarían la capacidad a 3636 MW. México en ese entonces contaba con cinco unidades que producían en total 180 MW, la cual pasaría a una capacidad instalada de 425 MW en el corto plazo y en conjunción con el Salvador y Nicaragua eran los tres únicos países latinoamericanos en la explotación de este recurso En México, la rapidez en el crecimiento de la geotermia a mediano plazo dependerá fuertemente del precio internacional del petróleo, de la apertura de nuevos campos geotérmicos, además de la adaptación de la tecnología para la fabricación de turbogeneradores de pequeña escala con alto grado de integración nacional; del financiamiento de la industria privada como es el caso de las plantas generadoras privadas, para el desarrollo de proyectos geotérmicos nuevos, como una nueva modalidad ya que nunca se ha hecho, y de la capacitación que se proporcione a los técnicos nacionales. 5.4 Cursos de licenciatura en geotermia en el mundo

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No existe una licenciatura en geotermia como tal en ninguna universidad o tecnológico en el mundo. Mas bien el término geotermia se aplica a una especialidad o a un posgrado. El campo de cobertura de la geotermia es tan amplio que comúnmente profesionistas provenientes de varias licenciaturas se involucran en este campo como una especie de curso de conversión o ya sea trabajando en el área por experiencia personal. Es el caso de los geólogos, geofísicos, Ingenieros mecánicos, Ingenieros eléctricos, Ingenieros químicos, Ingenieros industriales, entre otros. Actualmente México ocupa el cuarto lugar en cuanto a capacidad instalada en el ámbito internacional, después de las Filipinas, los EEUU e Indonesia, y el campo de Cerro Prieto es el segundo en importancia en ese rango en el continente americano, ya que ocupa el primer sitio, el localizado en los Geysers de California, EE UU. 5.5 Otras instituciones relacionadas con la enseñanza de la geotermia en el mundo Existen otras instituciones en el mundo que incluyen cursos sobre geotermia de manera aislada, ya sea como parte de un programa de maestría o como una actividad implícita dentro del plan de trabajo de la organización de que se trate. A continuación se mencionan algunas de ellas: Consejo de Recursos Geotérmico El Consejo de Recursos Geotérmicos- GRC por sus siglas en inglés- con sede en la ciudad de Davis, Ca, EEUU, ofrece un número muy grande de cursos, talleres, seminarios y simposia desde 1972, en la mayoría de las áreas de la geotermia (www.geothermal.org, Marzo 2009). Organización Latinoamericana de Energía (OLADE) Esta organización tiene su sede en Quito, Ecuador y ha organizado una gran cantidad de eventos en relación al tema de energía geotérmica en el pasado (Sánchez, 1991). Desafortunadamente como no es un tema de actualidad se han suspendido los cursos sobre geotermia, tanto así como los proyectos de investigación sobre el tema geotérmico (www.olade.org.ec, Marzo 1009) Maestría en Ingeniería Energética (UNAM)

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La División de Estudios de Posgrado de la Facultad de Ingeniería (DEPFI) de la UNAM ofrecía la Maestría en Ingeniería Energética a principios de los 80´s cuyo objetivo era formar personal altamente capacitado para participar en la planeación y evaluación de proyectos energéticos alternativos, lo que contribuía al uso eficiente de la energía y desarrollo de sus fuentes, así como los procesos de conversión convencionales y no convencionales de la misma (UNAM, 1983). Dentro de la maestría se daban las siguientes materias en relación a la geotermia: el gas natural y la geotermia; ingeniería de yacimientos geotérmicos y perforación de pozos geotérmicos. Aunque la Maestría antes mencionada aun se ofrece en 2009 ya desaparecieron las materias en conexión con la geotermia, en parte por la falta de interés por el tema en el país (www.ingeniería.unam.mx, marzo 2009) Ingeniero geólogo, Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura (ESIA) Instituto Politécnico Nacional (IPN) En la carrera de ingeniero geólogo que se ofrece en la ESIA del IPN se incluye una materia de geotermia en su currículum. Maestría y Doctorado en la Universidad de Stanford Varias universidades americanas tienen una tradición de estudios de Maestría y Doctorado en geotermia. La líder es la Universidad de Stanford, en California que ofrece la Maestría t-y el Doctorado en el área, aparte de organizar un taller sobre geotermia cada año en febrero (www.pangea.stanford.edu, Marzo 2009). Los centros de entrenamiento geotérmico en el mundo. Existen ahora seis centros de entrenamiento geotérmico en el mundo los cuales se describen someramente a continuación: Escuela Internacional de Geotermia (Italia). El centro de entrenamiento Geotérmico Italiano, conocido como la escuela Internacional de Geotermia de Pisa, es una rama del Instituto Internacional para la Investigación Geotérmica, el cual es en turno una filial del Consejo Nacional de Investigación Italiano. El Centro de entrenamiento de Pisa ha estado en operación desde enero de 1970 y es además el mas antiguo de los centros de entrenamiento geotérmico apoyados por la ONU. Esta financiado por el gobierno Italiano a través de la Secretaría de Relaciones Exteriores y el Consejo Nacional de Investigación, y la ONUECC. De 1970 a 1992 la escuela organizó 2

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cursos largos, de 8 meses de duración. En 1993 la escuela cerró debido a cortes drásticos del financiamiento de parte del gobierno. Después se dieron cursos cortos por varios años. No hay actividades en el presente (Friedleisson, 2007). Curso para el grupo de entrenamiento en energía geotérmica (Avanzado)–Kiushu, Japón. El Curso para el Grupo de Entrenamiento de Energía Geotérmica, el cual ha sido operado desde fines de 1970, se lleva a cabo parcialmente en el Instituto de Investigaciones de la Ciencia Industrial de la Universidad de Kiushu y en parte en la planta de generación geotermoeléctrica de Hatchobaru. El curso es financiado por el gobierno japonés, a través de la Agencia Internacional de Cooperación Japonesa –JICA por sus siglas en inglés-, con una contribución de la ONUECC. El curso dura cuatro meses, de mediados de agosto a mediados de diciembre. El inglés es el idioma oficial y cubre todos los aspectos del desarrollo geotérmico. Desafortunadamente el curso se ha descontinuado desde 2001 por razones económicas. Curso diplomado en geotermia.-Auckland, Nueva Zelandia El curso de Diplomado en Geotermia fue iniciado en febrero de 1979 el cual se imparte en el instituto Geotérmico de la Universidad de Auckland, en Nueva Zelandia. Los apoyos económicos requeridos derivaron de un contrato firmado entre el PNUD, el gobierno de Nueva Zelandia y la Universidad de Auckland. El entrenamiento usualmente duraba 8 meses de marzo a noviembre. Debido a problemas de financiamiento en 2003 este curso largo se ha cancelado y ahora únicamente se imparten cursos cortos desde 2007, con financiamiento privado. Programa de entrenamiento geotérmico UNU-Reykjavik, Islandia. El programa de entrenamiento en Reykjavik fue lanzado en 1979, y es apoyado por la Universidad de las Naciones Unidas (UNU). Financiado desde entonces por el Gobierno de Islandia y la UNU, opera dentro de la División Geotérmica de Orkustofnun, la Autoridad Nacional de Energía de Islandia. El Programa dura un total de seis meses. Se creó una Maestría en Geotermia en 2000 en cooperación con la Universidad de Islandia, por lo cual los interesados pueden extender sus estudios a ese nivel.

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Escuela Internacional de Verano en Aplicaciones Directas de la Energía Geotérmica-Skopje, Macedonia La Escuela de Verano-ISS por sus siglas en Inglés- fue fundada en 1989 por la Universidad Cyril y Metodista de Skopje, la Escuela Internacional de Geotermia de Pisa, y la Universidad Aristotélica de Tesalónica, Grecia. La ISS tiene sus oficinas principales en Skopje. Los principales patrocinadores para la capacitación son la NOUECC, la Organización para la Agricultura y la Alimentación-FAO por sus siglas en Inglés –y la Asociación Internacional de Geotermia –IGA como se conoce en inglés. Los cursos duran generalmente dos semanas y se dan en inglés y están dirigidos a proporcionar una actualización en el estado actual de los usos directos de la geotermia. Centro de entrenamiento geotérmico –Los Azufres, México Las actividades de capacitación empezaron en 1995 y es organizada por la Gerencia de Proyectos geotermoeléctricos en su Centro de Entrenamiento Geotérmico en Morelia, Michoacán. Los cursos están dirigidos a técnicos mexicanos de recién ingreso a las plantas geotermoeléctricas (Maya, 2009) y extranjeros involucrados en investigación y desarrollo. Los cursos comúnmente se dan en español, pero el inglés es disponible bajo pedido. Se enfatiza el entrenamiento práctico en estos cursos, que duran de una a dos semanas. De los siete centros de entrenamiento descritos previamente (tres ya no están en operación), hay dos en Europa, uno en Latinoamérica, uno en Asia y uno en Oceanía, una vez descontado el curso de la Especialidad en Geotermia que se daba en Mexicali, B.C., México que ya desapareció. Todos ellos juntos podrían cubrir prácticamente todos los sectores de la investigación y utilización geotérmica, en teoría, deberían ser capaces de satisfacer la demanda mundial de expertos geotérmicos. Sin embargo, lo que parecería una situación satisfactoria podría dramáticamente tomar un curso negativo a causa de falta de fondos destinados para la capacitación. Ya ocurrió en el caso de Italia en 1993 que suspendió su curso. Entre 1993 y 1998, la contribución de la ONUECC fue reducida por más de un tercio. En 2004 Nueva Zelandia suspendió su curso de duración de un año por motivos de financiamiento. En 1998 los problemas económicos de muchos países Europeos, después del establecimiento del Euro como moneda corriente en la comunidad europea, la recesión en Japón y la crisis económica en el sureste de Asia en general, con las inevitables consecuencias en muchos países industrializados, y ahora la recesión económica que padece el mundo desde 2008 son todos factores que tienden a complicar

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el futuro para el desarrollo geotérmico como un todo, y en particular, el entrenamiento. 5.6 Pertinencia Es importante evaluar los recursos geotérmicos existentes en las distintas zonas geográficas del país, mediante el uso de herramientas de clasificación y cuantificación basadas en estándares internacionales, para generar estrategias que permitan resolver los problemas de abastecimiento de energía por principio en el ámbito nacional con actitud objetiva y responsable. Asimismo, es menester administrar, gestionar los recursos y formular estudios de planificación energética en el área geotérmica, mediante la aplicación de metodologías pertinentes a las necesidades de los diversos sectores involucrados, para establecer y aplicar planes y programas de ahorro y uso eficiente de la energía y participar en el establecimiento de políticas energéticas que favorezcan el desarrollo sustentable local y nacional, con una actitud persistente. 5.7 Cobertura La cobertura en el área de la geotermia en México es muy escasa debido al hecho de que no existe una Especialidad que prepare a interesados en el tema tal y como se hacia en el Instituto de Ingeniería de la UABC en el pasado. Se ofrecen cursos aislados como en el Departamento de Estudios de Posgrado de la Facultad de Ingeniería (DEPFI) de la UNAM, en la carrera de Ing. geólogo en la ESIA del IPN, en la Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos en Los Azufres, Michoacán, o Maestría o Doctorados en varias universidades de México con temas de tesis orientados a la geotermia de manera aislada. Actualmente hay 17 trabajadores en el campo geotermoeléctrico de Cerro Prieto que operan en campo (Trujillo, 2009) de los cuales 14 son ingenieros jefes de turno (suministro de vapor), un ingeniero geólogo y un ingeniero en yacimientos, sin considerar los técnicos encargados de la operación de la planta de generación y personal administrativo. La distribución de los técnicos podría ser de manera semejante en los demás centros geotermoeléctricos de México al considerar su capacidad instalada. Un curso de especialidad en geotermia en México seria muy importante para la capacitación de los técnicos que laboran en esta área en México. Los tiempos así lo requieren si se desea seguir innovando y

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desarrollando tecnología en este campo tan noble de la generación de energía eléctrica y así evitar la importación de equipo de países desarrollados. 5.8 Calidad-competencias profesionales El egresado de la especialidad en geotermia es el profesional capacitado para desarrollar las siguientes competencias profesionales en los ámbitos local, estatal, regional, nacional e internacional en actividades profesionales públicas y privadas como son: generación, investigación, administración, consultoría, promoción e inspectora, asistencia técnica, evaluación de proyectos en el área de la geotermia. 5.9 Competencias laborales El geotermista debe saber evaluar la factibilidad técnica, ambiental y económica del uso de fuentes generadoras de energía derivado de la geotermia a través de la gestión ante las instituciones de los distintos sectores, para integrar propuestas de explotación de los recursos geotérmicos y programas de ahorro y uso eficiente de la energía que promuevan el desarrollo sustentable en los distintos ámbitos, con actitud objetiva, discreta en el manejo de información y con responsabilidad y honestidad. 5.10 Conclusiones Actualmente hay 4 centros de entrenamiento geotérmico en el mundo. De los cuatro uno de ellos es apoyado por la Organización de las Naciones Unidas y se localiza en Reykjavik, Islandia, dos más sin apoyos de la ONU en Los Azufres, México y en Skopje, Macedonia y uno más en Auckland, Nueva Zelandia que trabaja con fondos privados. Con características y programas diferentes estos centros mas los ya clausurados serian capaces de satisfacer prácticamente cualquier tipo de demanda que pertenezca a la investigación y la explotación de recursos geotérmicos grandes o pequeños. Va a ser importante la optimización de la estructura de los cursos para reducir costos tanto como sea posible sin arriesgar su eficiencia. Un punto importante va a ser coordinar los cursos existentes, otra vez para reducir costos. Aparte de evitar traslapes de los cursos, esto podría por ejemplo, eventualmente significar el adoptar los mismos libros de texto y otro material de enseñanza.

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Los centros de entrenamiento se encargarán gradualmente del entrenamiento especializado. Hay buenas oportunidades para tener este tipo de cursos en China, Indonesia, Filipinas, El Salvador, Kenia, Polonia o Rumania. Estos cursos podrían ser organizados por compañías de investigación y desarrollo y por universidades. El agente de enlace entre estos centros de entrenamiento debe ser la IGA para desarrollar un programa en conjunto que permita mejorar el entrenamiento, así como incrementar el número de egresados anualmente. En el caso de México sería la Asociación Geotérmica Mexicana la encargada de hacer un seguimiento a este tipo de programas de capacitación y la propia Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos. El Programa de la Especialidad en Geotermia impartida por el instituto de Ingeniería de la UABC dejo de ofrecerse por falta de demanda. La Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos dejo de enviar técnicos para su entrenamiento de ahí que el curso dejo de impartirse en 2003. Sería un momento muy oportuno el poder reabrir esta especialidad, para la preparación de personal calificado y competente requerido para los proyectos geotérmicos presentes y futuros. 5.11 Referencias Dickson M.H., Fanelli M. 1998. Geothermal training centers in the World. GHC Bulletin, December, pp 19-22 Fridleifsson, B. 2007. Future of Geothermal Training Worldwide, UNU Geothermal Training Program. Power Point Presentation. 25 slides Gutiérrez-Negrín C. 2009. Comunicación personal, Morelia, Michoacán, México. Maya G. R., 2009. Comunicación Personal. Gerente de proyectos geotermoeléctricos. Los Azufres, Michoacán. Quintero Núñez M, Hurtado Jiménez R., 1992. La enseñanza geotérmica en el mundo y la especialidad en geotermia en la Universidad Autónoma de Baja California, Revista Mexicana de Geoenergía, Geotermia, mayo-agosto 1992, pp 199-237. Trujillo, Alvaro, 2009. Comunicación personal. Planta Geotermoeléctrica de Cerro Prieto (http:/iga.igg.cnr.it/geoworld/geoworld.php?sub=elgen, marzo 2009) www.geothermal.org, marzo 2009 www.olade.org.ec., marzo 2009 www.ingenieria.unam.mx, marzo 2009 www.pangea.stanford.edu, marzo 2009.

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6. La articulación industria – IES – centros de investigación; acciones efectivas de articulación

V.M. Arellano Gómez, G. Izquierdo M.

Instituto de Investigaciones Eléctricas, Gerencia de Geotermia, División Energías Alternas; Cuernavaca, Morelos, 62490, México

6.1 Introducción La Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos (GPG) de la Comisión Federal de Electricidad es el organismo que a la fecha se encarga de la exploración, desarrollo y explotación de los recursos geotérmicos de México (industria). Para el desarrollo de algunos trabajos relacionados con el cumplimiento de sus funciones se apoya en Instituciones de Educación Superior (IES) y Centros de Investigación. Dentro de las instituciones que se sabe tienen o han tenido una más estrecha colaboración con la GPG, pueden mencionarse las siguientes: Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo (UMSNH), Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE) y el Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE). En particular la Gerencia de Geotermia del IIE tiene más de 30 años de colaborar con la GPG. Las instituciones de educación superior y los centros de investigación, generalmente establecen en sus respectivas Leyes Orgánicas que deben realizar investigación orientada a resolver los problemas nacionales. En la práctica, una importante cantidad de los resultados de trabajos de investigación que se reportan en revistas nacionales e internacionales aportan muy poco a la solución de los problemas nacionales. Se considera que colaborar con las empresas paraestatales, mediante proyectos patrocinados, para que estas cumplan con sus respectivos objetivos, es contribuir a resolver los problemas nacionales. 6.2 Modelos de vinculación El modo en que puede realizarse un proceso de vinculación es múltiple. Depende de distintas variables, entre ellas, de los objetivos, los recursos disponibles y las características de las organizaciones con las cuales se desea relacionarse. A continuación se hace una breve descripción de algunos modelos de vinculación.

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Vinculación endogámica. Este tipo de vinculación se identifica con instituciones que definen su oferta exclusivamente con base en las propuestas tradicionales que presta la institución. No desarrollan vínculos con otras instituciones, dado que no salen a la comunidad o industria y esperan que ésta vaya a ellas. Vinculación ocasional e informal. Algunas instituciones se vinculan ocasionalmente con organizaciones de la comunidad en forma asistemática; el intercambio se sustenta en algún hecho puntual. Vinculación ocasional y formal. Algunas instituciones que se vinculan eventualmente con organizaciones de la comunidad. Formalizan o promueven las interacciones con base en acuerdos y convenios, en muchos casos dados a conocer a través de los medios masivos de difusión locales. A pesar de ello, en muchas oportunidades no se logran los resultados esperados. Vinculación frecuente e informal. Instituciones que mantienen lazos permanentes con organizaciones de su entorno pero que no se concretan en acuerdos establecidos y formalizados. Los vínculos existentes necesitan actualizarse ante cada nueva situación. Se apoyan en la interacción espontánea, con base en las gestiones individuales del personal y del equipo directivo. Estas gestiones requieren que los miembros de la institución destinen tiempo extra, no contemplado en las funciones específicas de quienes las llevan a cabo. Se apoyan en el compromiso personal. Vinculación frecuente y formal. Organizaciones que sostienen vínculos formalizados o mixtos (formales e informales en simultáneo), mantienen lazos permanentes con el sector productivo de la comunidad, pero carecen de una planificación que fundamente sus acciones. Estos vínculos surgen en respuesta a las demandas que plantea la industria, pero no están claras las prioridades que la institución pretende sostener. A pesar de ello, se percibe cierto nivel de organización en la tarea y la participación de distintos miembros de la institución. Del mismo modo que en el ejemplo anterior, el esfuerzo recae en el compromiso individual de quienes las realizan. Vinculación estratégica y sistémica. En este caso las acciones de vinculación parten de una planificación previa realizada con la participación de los miembros de la organización y los actores de la industria. Se realizan en el marco de un modelo de gestión basado en resultados, con características democráticas y dinámicas. Se definen los objetivos y se establecen las acciones a desarrollar, se especifican los

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responsables, los actores intervinientes y sus funciones, la secuencia en que se desarrollarán esas acciones, los tiempos que consumirá cada etapa y los resultados que se esperan obtener en términos de metas a alcanzar. Se especifican los procesos de monitoreo y seguimiento y los métodos para incorporar acciones correctivas. Se realiza en forma permanente la evaluación del desarrollo integral del proceso de vinculación con participación de actores internos y externos. Se sistematiza la información obtenida y se la difunde. Se asignan recursos. Cada tipo de vinculación caracterizada presenta un nivel de mayor complejidad y denota mayor eficiencia y madurez para realizar estrategias de vinculación organización-industria. 6.3 Acciones efectivas de vinculación La descripción de los modelos de vinculación nos explica en buena medida porque algunas instituciones tienen éxito en su vinculación con la industria y porque otras no lo tienen. La pregunta es entonces ¿Qué características debe reunir un proceso de vinculación exitoso? Dentro de este contexto, favorece la vinculación la adopción de un proyecto institucional que asuma la vinculación como un elemento sustancial de la estrategia. Esto supone que debe responder a determinados objetivos claramente definidos y reunir determinadas características que podemos clasificar de la siguiente manera: Estratégica. La vinculación debe formar parte del proyecto institucional de la organización y su contenido debe ser definido por la alta dirección, con la participación de los actores internos (directores, gerentes, principales investigadores, etc.) y externos (representantes de las organizaciones del entorno productivo). Sistemática. Las acciones deben ser planificadas, regulares y transmisibles. Planificadas porque responden a un programa debatido y decidido por las instancias correspondientes (no son acciones que se realizan cuándo y cómo alguna voluntad individual lo dispone). También significan que tienen metas, productos y procesos. Regulares porque se cumplen las metas temporales establecidas en la planificación y se sostienen en el tiempo.

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Transmisibles porque la información obtenida se sistematiza, se difunde a todos los participantes e interesados y se archiva para posteriores consultas. Institucional. La relación entre la organización y el contexto productivo debe formalizarse a través de la concreción de acuerdos, convenios, contratos, etc. Se evita que la vinculación sea sostenida exclusivamente por las relaciones personales. Sin desmerecer el aporte que ellas puedan realizar a este proceso, se busca la posibilidad de formalizarlas para garantizar su continuidad. Sustentable: se deben disponer recursos humanos y materiales para realizar las acciones de vinculación definidas. Adicionalmente a lo anterior se considera que dentro de los elementos que han contribuido a que la industria (GPG) mantenga relaciones de colaboración de largo plazo con diversas instituciones están los siguientes: a) una positiva intención de colaborar por ambas partes, b) facilidades para que el personal que van a colaborar en los proyectos conozcan a fondo los problemas y puedan evaluar la posibilidad de una colaboración significativa, c) la capacidad que las IES y Centros de Investigación tengan para dar respuesta a los problemas de la industria, d) que los proyectos patrocinados sean valorados dentro de las IES y Centros de Investigación para las promociones y estímulos que recibe el personal. Dentro de la geotermia de México, se considera que la intención de colaboración ha sido siempre muy positiva. Al nivel de los mandos de responsabilidad y del personal tanto técnico como administrativo de la industria la actitud no puede ser mejor. Siempre han mostrado una gran apertura para la colaboración y con mucha frecuencia la promueven. Las instituciones que han tenido mejores esquemas de vinculación son las que han mantenido relaciones de mayor largo plazo con la GPG. Tanto la GPG como las IES y Centros de Investigación dan todas las facilidades para que quienes vayan a hacer los trabajos visiten las empresas, conozcan a fondo los problemas y puedan evaluar la posibilidad de una colaboración significativa (confianza). En general, como en otras actividades, pagada la cuota inicial de aprendizaje las futuras acciones se simplifican. La GPG es la fuente más importante de proyectos patrocinados para las IES y Centros de Investigación en el medio de la energía geotérmica.

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Posiblemente el factor más importante para que se mantengan los lazos de una vinculación, es la capacidad de las IES y Centros de Investigación para dar respuesta a los problemas de las industrias. Esto no solamente se requiere que las IES y Centros de Investigación cuenten con personal con un alto nivel académico, sino que también se requiere que este personal este fuertemente comprometido con la solución de los problemas de la industria. Este debe ser el punto de partida. La colaboración con la industria va a ser significativa en la medida que se contribuya a resolver problemas de estas. También se ha observado que aquellas instituciones en las que se tienen los mecanismos para que los profesores o investigadores que participan en proyectos patrocinados reciban el reconocimiento y remuneración adecuada por su participación en los mismos mantienen una vinculación más estrecha y de más largo plazo.

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7. Las firmas de ingeniería y las firmas de consultoría en la geotermia

V.M. Arellano Gómez

Instituto de Investigaciones Eléctricas, Gerencia de Geotermia, División Energías Alternas; Cuernavaca, Morelos, 62490, México

7.1 Introducción Quién más conocimiento y relación tiene con las firmas de ingeniería y consultoría es la Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos (GPG) de la CFE. Por esta razón, se le efectuó una solicitud de información al Ing. Raúl Maya González Gerente de Proyectos Geotermoeléctricos, en relación con las firmas de ingeniería y consultoría. El Ing. Maya amablemente nos envió una relación representativa de algunas de las compañías que recientemente han colaborado con la GPG y los principales contactos. Con la información que nos entregó el Ing. Maya, se procedió a contactar a las citadas compañías, solicitándoles una pequeña reseña de la empresa en la que se indicará cuando se constituyó, qué contratos/proyectos relevantes relacionados con la geotermia habían desarrollado, cuál es su especialidad, y si lo consideraban conveniente la mención de sus principales directivos y/o colaboradores. Algunas compañías se interesaron en apoyar este esfuerzo de la Academia de Ingeniería y en algunos casos se obtuvo alguna información de la Internet. 7.2 Relación de empresas desarrolladoras de centrales geotérmicas en México ALSTOM Eje Oriente-Poniente No. 3 Ciudad Industrial, C. P. 58200 Morelia, Michoacán Tel. (443) 3227121 TOSHIBA Sierra Candela 116-6 Lomas de Chapultepec, 11000, México, D. F. Tel. 52496500 ext. 5050 5252496570

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MITSUBISHI Paseo de la Reforma No. 287 Del. Cuauhtémoc, 06500, México, D. F. Tel. 53281960 7.3 Relación de empresas consultoras Geocónsul, S.A. de C.V. Ing. Luis C.A. Gutiérrez Negrín, Director Ejecutivo, Mártires de la Plaza 85 Fracc. Lomas del Valle C. P. 58170 Morelia, Mich. Tel. (443) 327-7364 [email protected], Geocónsul, S. A. de C. V., es una firma de consultoría especializada en Ciencias de la Tierra y, particularmente en la geotermia. Fue fundada en 1992 por un grupo de ex trabajadores de la Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos de la Comisión Federal de Electricidad, y actualmente tiene sus oficinas en la ciudad de Morelia, Mich. Declara como su misión: Resolver los problemas técnicos y de consultoría de los clientes mediante un servicio oportuno y económicamente accesible, que agrupe a los expertos adecuados para cada caso. Bajo esa filosofía, su sistema de trabajo ha sido contar con el mínimo personal permanente pero mantener una cartera abierta de profesionistas y especialistas técnicos con una gran preparación y experiencia en sus respectivas especialidades, con el fin de ofrecer una amplia gama de servicios en consultorías, estudios y suministro de equipos y trabajos de alta especialización en Ciencias de la Tierra, estudios ambientales y, particularmente, en geotermia. La mayor parte de esos especialistas trabajan cotidianamente en diversas compañías públicas y privadas, pero están disponibles para participar en consultorías, proyectos y estudios coordinados por Geocónsul, durante el tiempo y con la profundidad que las necesidades de los clientes lo requieran. Es decir, carece de una plantilla permanente de especialistas, pero cuenta con colaboradores externos de alto nivel que han aceptado participar en los proyectos y actividades en que sean requeridos. Esto permite armar equipos tan versátiles y complejos, o


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tan sencillos, como sea necesario, para ofrecer el mejor servicio y en las mejores condiciones económicas. Geocónsul está encabezada actualmente por: Ing. Héctor Alonso Espinosa, Presidente Ing. Arturo González Salazar, Vicepresidente Ing. Alfredo Mañón Mercado, Director General Ing. Luis C.A. Gutiérrez Negrín, Director Ejecutivo Ing. Zenón Casarrubias Unzueta, Director Técnico Geocónsul se especializa en las siguientes áreas de servicios: 1) Geotermia: Exploración, Geología, Geofísica, Geoquímica, Petrografía y Mineralogía, Diseño de Instalaciones Superficiales, Evaluación de Yacimientos Geotérmicos, Inyección, Problemas Especiales. 2) Geohidrología 3) Impacto Ambiental y Seguridad 4) Perforación de Pozos 5) Yacimientos Minerales 6) Geotecnia 7) Traducción y redacción 8) Cursos cortos de actualización Entre los principales servicios y clientes de Geocónsul desde 1992, están los siguientes: 1) Evaluación geotérmica del Macizo Volcánico del Ruiz, Colombia. Cliente: EPN – Constructora y Perforadora Latina, S. A. de C. V. México, D. F. 2) Síntesis geológica y modelo tectónico regional del área de Pathé-Caldera de Huichapan, Hgo. Cliente: Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos de la Comisión Federal de Electricidad (contrato CLS-GPG-3001-93). Morelia, México. 3) Estudio geohidrológico de la región de Cotija, Michoacán. Cliente: Comité Técnico de la Cuenca Lerma-Chapala, Secretaría de Desarrollo Agropecuario y Forestal del Gobierno del Estado de Michoacán. Morelia, México. 4) Análisis y evaluación de la información geológica, geofísica, geoquímica y de impacto ambiental disponible sobre el campo geotérmico de La Primavera, Jal. Cliente: Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos de la Comisión Federal de Electricidad (contrato CLS-GPG-3020-93). Morelia, México.

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5) Diagnóstico del estado de un equipo de perforación ubicado en el campo geotérmico de Momotombo, Nicaragua. Cliente: Intergeoterm, S.A., Managua, Nicaragua. 6) Recopilación y depuración de la información geológica, geoquímica y de producción de pozos en Los Humeros, Puebla. Cliente: Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos de la Comisión Federal de Electricidad (contrato CLS-GPG-3005-94). Morelia, México. 7) Determinación del marco normativo vigente en la Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos para elaborar la guía y contenido del Manual de Políticas y Normas de la misma y el programa para su preparación e implantación. Cliente: Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos de la Comisión Federal de Electricidad (contrato GPG-CPG-039-95). Morelia. México. 8) Cubicación y estudio petrográfico de la cantera ubicada en Puerto Timbineo, Municipio de Jungapeo, Michoacán. Cliente: Banco Serfín, S.A. Morelia, México. 9) Avalúo de los activos de la central geotermoeléctrica “Patricio Argüello Ryan”, ubicada en el campo geotérmico de Momotombo, Nicaragua. Cliente: Empresa Nicaragüense de Electricidad (ENEL). Managua, Nicaragua. 10) Traducción al inglés de las monografías geológico-mineras de los estados de Chihuahua, Guanajuato, San Luis Potosí y México. Cliente: Servicio Geológico Mexicano. Pachuca, México. GeothermEx, Inc. Dr. Eduardo Granados 3260 Blume Drive, Suite 220 Richmond, CA, USA 94806 Ph: 510-527-9876 Fax: 510-527-8164 Email: [email protected] www.geothermex.com Esta firma es una de las mayores consultoras en energía geotérmica en el mundo y presta servicios técnicos a las firmas que desarrollan proyectos. "En este momento trabajamos con 35 firmas en Estados Unidos y servimos a más de 40 clientes en el mundo", detalla su vicepresidente, Eduardo Granados. En su trayectoria figuran 750


http://www.geothermex.com/�

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proyectos, en 44 países, con una capacidad instalada total de 6.000 MW y que involucraron inversiones por US$ 7.000 millones. Investigaciones Geofísicas de México, S. A. de C. V. Teyahualco 102, Int. 29, Col. Santa Elena Cuautitlán, México, C. P. 54850 Tel. (55) 55 847640 Fax (55) 55 741321 1. La empresa se constituyó en marzo de 1984 2. Contratos relacionados con la Geotermia Estudio de petrografía, dataciones radiométricas y palinológicas en rocas de la región geotérmica de Los Altos, Jalisco. Año 1990 Estudio hidrogeológico regional en el Graben de Tepic, Estado de Nayarit. Año 1991 Estudio de Identificación Geohidrológica para la construcción de una Central Termoeléctrica de Ensenada, Baja California Norte. Año 1991 Estudio de Resistividad y gravimetría en las zonas de El Centavito, Santispac, B. C. S. y Santiago Papasquiaro, estado de Durango. Año 1996 Estudio de resistividad en las zonas de Moctezuma y Frontera, en el Estado de Sonora. Año 1997 Estudio de resistividad con transitorio electromagnético en la zona geotérmica de los Azufres, Michoacán. Año 2003 Ejecución de un estudio de resistividad con transitorio electromagnético en el campo geotérmico de las Tres Vírgenes (Zona Cuevegel), B. C. S. Año 2008 Todos estos trabajos fueron realizados para la Comisión Federal de Electricidad. 3. Especialidades Estudios geofísicos y evaluación de recursos naturales 4. La empresa cuenta con 15 personas que laboran actualmente 5. Directivos y/o colaboradores

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Ing. Rafael Hernández Paniagua. Ing. Miguel A. Salas Morales. Ing. Ivonne Hernández flores. C. P. Carlos Carrillo Huerta. Seismocontrol, S. A. de C. V. 1ª. Cerrada de Concepción Béistegui No.5 Colonia: del Valle C. P. 03100 México, D. F. Tel.: (55) 55 43 01 83 y 55 43 12 87 Email: [email protected] 7.4 Empresas en obra mecánica y civil

Mail:

Gauss y Jib, S. A. de C. V. Montes Urales No.112, Fracc. El Monte, C. P.36720 Salamanca, Guanajuato Tel.: (464) 641 3032 Fax: (464) 641 1797 Mail: [email protected] El objetivo de la empresa es suministrar al sector industrial los servicios de diseño, fabricación, ingeniería y de calidad total relacionados con la construcción y mantenimiento de la industria nacional. Trabaja principalmente en recipientes a presión, tanques atmosféricos, reparación de calderas, cambiadores de calor, tuberías y chimeneas. Instalaciones Mantenimiento de Calidad, S. A. de C. V. Francisco Sarabia No. 308 Altos, Col. Nuevo Aeropuerto C. P. 89337, Tampico, Tamaulipas Tel: (833) 126-5044

[email protected] 7.5 Empresas Perforadoras de Pozos Geotérmicos Industrial Perforadora de Campeche, S. A. de C. V. Melchor Ocampo No. 193, Torre “A”, Piso 11, Conjunto Galerías Col. Verónica Anzures, Del. Miguel Hidalgo C.P. 11300, México, D. F. Tel. (55) 5260-6701 Fax: 5260-3810 Mail: [email protected] Compañía mexicana que inició sus labores de perforación de pozos petroleros y geotérmicos en 1985. Industrial Perforadora de Campeche (IPC) es subsidiaria del conglomerado mexicano Grupo R. Durante 2008



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a esta empresa se le consideró entre las 100 más importantes de nuestro país. Entre otros ha perforado pozos en el campo geotérmico de Los Azufres, Mich. Constructora y Perforadora Latina, S. A. de C. V. Carretera Estatal No. 2, Km 27.5, S/N Ejido Miguel Hidalgo, Mexicali, B. C. [email protected] Tel. (686) 523-0930 Fax: 523-0925 Constructora y Perforadora Latina es una empresa que tiene muchos años de trabajar en la perforación de pozos geotérmicos principalmente en el campo geotérmico Cerro Prieto. También se sabe que han efectuado trabajos fuera de México como por ejemplo en Colombia.

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8. Casos de éxito

Víctor M. Arellano G.(1), Alfonso García Gutiérrez,(1) Luís C. A. Gutiérrez-Negrín

Directivos y personal técnico de CFE y en particular de la Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos de la CFE. También merece reconocimiento en este aspecto el Instituto de Investigaciones Eléctricas

(2) (1) Instituto de Investigaciones Eléctricas, Gerencia de Geotermia,

División de Energías Alternas; Cuernavaca, Morelos, 62490, México

(2) Geocónsul, S. A. de C. V; Morelia, Michoacán, 58170, México

8.1 Introducción En esta sección se presentan algunos casos de éxito de la ingeniería nacional en el campo de la energía geotérmica. Por el espacio de tiempo para el desarrollo del trabajo, no se pretende ser exhaustivo ni en las instituciones ni en el número de logros, pero si se mencionan algunos de los logros representativos, en los principales aspectos de la exploración, desarrollo y explotación de los recursos geotérmicos. Los casos de éxito que se mencionan pertenecen a la Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos de la CFE y al Instituto de Investigaciones Eléctricas, pero desde luego no son las únicas instituciones que han hecho aportaciones a la geotermia de México. 8.2 Algunos casos de éxito 8.2.1 México líder en tecnología geotérmica Descripción del logro México es un país líder en la explotación de los recursos geotérmicos. Los ingenieros, investigadores y técnicos mexicanos son ampliamente reconocidos por sus aportaciones, experiencia y conocimientos en el desarrollo de estos recursos. México no tiene dependencia tecnológica en la exploración, desarrollo y explotación de recursos geotérmicos. Se ha exportado y se exporta tecnología geotérmica al extranjero. Los técnicos mexicanos han participado en estudios y proyectos en países como Argentina, Bolivia, Colombia, Costa Rica, Ecuador, El Salvador, Estados Unidos, Guatemala, Haití, Jamaica, Nicaragua, Panamá, Perú y República Dominicana. Principales responsables

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(IIE) como lo menciona la International Energy Agency en el documento “Renewables for Porwer Generation. Status y Prospects” del año 2003. Años en que se llevó a cabo De 1973 a la fecha. Principales beneficios aportados a la sociedad • Que nuestro país aproveche un recurso energético abundante y

ampliamente distribuido en el territorio nacional. • Reconocimiento para nuestro país como líder en el aprovechamiento

de estos recursos. Causas del éxito Visión y compromiso por parte de las autoridades de la Comisión Federal de Electricidad en aprovechar los recursos energéticos con que cuenta el país. Complejidad tecnológica Se considera una complejidad tecnológica alta, ya que el aprovechamiento de estos recursos conlleva una serie de dificultades asociadas con la localización del yacimiento (profundidades del orden de los 3,000 m), la perforación de pozos en condiciones de altas temperaturas, fluidos corrosivos y formaciones de roca dura, desarrollo de materiales avanzados que se adapten a los nuevos campos y la existencia de sistemas más profundos y más calientes, optimizar la extracción de energía con el fin de generar electricidad a menor costo, desarrollo de nuevos ciclos termodinámicos, etc. Nivel tecnológico relativo El nivel tecnológico relativo de México es alto. Tendencias tecnológicas Las aplicaciones actuales en México y en el mundo utilizan exclusivamente recursos geotérmicos hidrotermales. En el corto o mediano plazo será posible utilizar también recursos de roca seca caliente (HDR), para los que se está desarrollando tecnología apropiada en la actualidad. En un plazo más largo será posible utilizar también los recursos geopresurizados, los geotérmicos marinos y la energía térmica de reservorios de magma. Su posible aprovechamiento depende tanto del desarrollo de tecnologías y materiales apropiados como de las variables económicas que determinan la competitividad de los diversos recursos energéticos.

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8.2.2 ANAPPRES: Primer sistema experto auxiliar en la caracterización de sistemas geotérmicos en el mundo. Descripción del logro Para explotar y administrar adecuadamente a los recursos geotérmicos es necesario evaluar las reservas de calor y/o fluidos de los yacimientos correspondientes. Para la evaluación del potencial de un campo, se requiere del conocimiento realista tanto de las propiedades de las formaciones del yacimiento (facilidad del flujo de fluidos, capacidad de almacenamiento, etc.), como la detección y localización de accidentes hidrológicos que pueden actuar como barreras o como regiones de recarga de fluidos. Esta valiosa información puede obtenerse del análisis de pruebas de presión en pozos. Una prueba de presión consiste fundamentalmente en registrar las variaciones del gasto y de la presión en el fondo de uno o varios pozos, por un determinado tiempo. La inyección o extracción de fluido de los pozos activos (excitadores del sistema), provoca la propagación de una perturbación de presión en el yacimiento. El desarrollo temporal de dicha perturbación se registra en uno o varios pozos llamados de observación. Estos registros son los que contienen la información acerca de los parámetros de la formación anteriormente citados. Para poder cumplir con los planes de expansión tanto en materia petrolera como en energía geotérmica, será necesario desarrollar nuevos campos e incrementar el grado de desarrollo de los que actualmente están en explotación. Para lograr lo anterior se requiere por una parte contar con más especialistas y por otra el desarrollo de tecnología que facilite la labor de estos especialistas. Con este fin se desarrolló un sistema experto computarizado con capacidad para analizar pruebas de presión en las cuales participa cualquier número de pozos activos y cualquier número de pozos de observación. En el sistema experto ANAPPRES (ANAlizador de Pruebas de PRESión), se acoplaron con éxito modelos matemáticos, técnicas de optimización y conocimientos heurísticos. Los modelos matemáticos y las técnicas de optimización le permiten al sistema estimar los parámetros de la formación, y en el caso de que se detecten fronteras hidrológicas determinar su localización. Los conocimientos heurísticos le permiten detectar las fronteras hidrológicas y definir su tipo, y en aquellos casos en los que el usuario no tiene una idea aproximada de cual es la solución a su problema contribuyen a la determinación de los parámetros de la formación.

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ANAPPRES es una poderosa herramienta tecnológica del estado del arte, la cual provee una ventajosa alternativa en el análisis de pruebas de presión. El sistema cuenta con cuatro importantes ventajas sobre los métodos convencionales de análisis: 1) maneja gasto variable, 2) es capaz de determinar de 4 a 5 parámetros de la formación en una sola corrida de computadora, 3) es considerablemente más rápido que un experto humano en el análisis de una prueba determinada y 4) puede analizar problemas en los que interviene cualquier número de pozos de observación y producción. ANAPPRES se ha aplicado al análisis de pruebas de presión en los campos geotérmicos de East Mesa y Raft River en Estados Unidos, Cerro Prieto en México, varios acuíferos y campos petroleros en Estados Unidos. Principales responsables M.I. Víctor M. Arellano Gómez, Dr. Eduardo Iglesias Rodríguez, M.C. Juan Arellano G. Gerencias de Geotermia y Energía Nuclear del Instituto de Investigaciones Eléctricas. Principales beneficios aportados a la sociedad. Reducción en los cotos del desarrollo de campos geotérmicos. Causas del éxito • Apoyo con recursos y tiempo para el desarrollo de tecnología. • Vinculación con el sector productivo. Complejidad tecnológica Se considera alta ya que su desarrollo requirió que se acoplaran con éxito modelos matemáticos, técnicas de optimización y conocimientos heurísticos. 8.2.3 Proyecto geotermoeléctrico Cerro Prieto IV (CP-IV) Descripción del logro Se trata del diseño, construcción, instalación y operación de una central geotermoeléctrica de 100 megawatts (MW) netos de capacidad en el campo geotérmico de Cerro Prieto, BC, localizado a 30 km al sureste de Mexicali, BC. La central consta de cuatro unidades a condensación de 25 MW netos cada una, alojadas en una sola casa de máquinas, con una subestación elevadora de 13.8 a 161 kilovolts (kV). El equipo principal de cada unidad consiste de una turbina geotérmica, un generador, un condensador de contacto directo, una torre de enfriamiento y una subestación para la central. Los sistemas que conforman a cada unidad

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son los siguientes: Sistema de Vapor Principal, Sistema de Agua de Circulación, Sistema de Agua de Enfriamiento para los Componentes Auxiliares, Sistema de Extracción de Gases Incondensables, Sistema de Aire Comprimido y Sistema Contra Incendio. Asimismo, incluye diez pozos geotérmicos con sus correspondientes instalaciones superficiales para proporcionar el vapor del subsuelo necesario para operar las unidades. Principales responsables El responsable del diseño y especificaciones del proyecto es la Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos de la Comisión Federal de Electricidad (CFE), quien también fue responsable del dictamen técnico en la licitación internacional, así como de la supervisión de la construcción e instalación y de la puesta en servicio de la central. La responsable de la construcción e instalación fue la empresa Mitsubishi Corporation, mediante la sociedad de propósito específico denominada Constructora Geotermoeléctrica del Pacífico, S. A. de C. V. (Cogepasa). Año(s) en que se llevó a cabo 1996-2000: El diseño y especificaciones técnicas se realizaron en 1996. La central entró en operación el 26 de julio de 2000. Beneficios para la sociedad Con la entrada en operación de la central de Cerro Prieto IV, la CFE continúa aprovechando una fuente de energía limpia desde el punto de vista ecológico, produce energía eléctrica a costos competitivos. Esta central genera actualmente casi 900 GWh (gigawatts-hora) anuales, equivalente al 17% del total generado en el campo de Cerro Prieto, el cual a su vez genera más del 50% de la demanda de energía eléctrica del sistema Baja California, el cual es un sistema aislado de la red de distribución nacional y que incluye a importantes centros de consumo como Tijuana y Mexicali. Causas del éxito La principal causa de éxito de este proyecto es la amplia experiencia que la CFE, a través de su Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos, ha adquirido en el aprovechamiento de los recursos geotérmicos para generar energía eléctrica, lo cual ha permitido que México ocupe actualmente el cuarto lugar mundial en este rubro. Complejidad tecnológica La puesta en operación de este proyecto implica dos aspectos tecnológicos diferentes: la ingeniería de yacimientos geotérmicos, que permite el conocimiento detallado del sistema geotérmico en el

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subsuelo, por un lado, y la ingeniería de diseño, que permite especificar la maquinaria óptima para convertir la energía geotérmica en energía eléctrica aprovechable. Nivel tecnológico relativo El proyecto utilizó la tecnología geotermoeléctrica más avanzada disponible en su momento, lo que permite un consumo específico de sólo 7.34 toneladas de vapor por MWh generado, que es uno de los más eficientes del mundo. Empresas internacionales líderes En la exploración, evaluación, desarrollo y manejo de yacimientos geotérmicos, la propia Gerencia de Proyectos Geotermoeléctricos de la CFE es una de las empresas internacionales líderes. En la fabricación e instalación de unidades turbogeneradores de tipo geotermoeléctrico, las principales empresas líderes incluyen a Mitsubishi, Ormat, Alstom, Toshiba y General Electric. Tendencias tecnológicas La principal tendencia tecnológica actual en el ámbito geotermoeléctrico internacional es la de los llamados yacimientos geotérmicos mejorados (EGS: Enhanced Geothermal Systems), anteriormente conocida como tecnología de roca seca caliente (HDR: Hot Dry Rock), que permite explotar yacimientos geotérmicos que carecen de fluidos geotérmicos mediante el uso de pares de pozos productor-inyector. Los costos, sin embargo, continúan siendo elevados para este tipo de tecnología, y en México todavía no son competitivos con los de los proyectos geotermoeléctricos convencionales, como el de Cerro Prieto IV. 8.2.4 Desarrollo de tecnología para mediciones en tiempo real de presión, temperatura y flujo en el interior de pozos geotérmicos. Descripción del logro La necesidad de mediciones precisas y exactas a lo largo del perfil de los pozos geotérmicos, con las cuales determinar las características de las formaciones y el subsecuente análisis del comportamiento del yacimiento, ha conducido al perfeccionamiento de los equipos de medición de los parámetros de fondo, que normalmente utiliza la industria geotérmica. Con esta filosofía la Gerencia de Geotermia del IIE desarrolló un sistema para medir en tiempo real presión, temperatura y velocidad de flujo en el interior de pozos geotérmicos con temperaturas de hasta 330 °C y presiones de hasta 351 kg/cm2.

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Si el sistema utiliza el modo memoria el sistema tiene la capacidad de medir presiones de hasta 351 kg / cm2 para cualquier rango de temperatura. Es posible efectuar perfiles continuos a lo largo del pozo, que asegure siempre alta calidad en los parámetros porque su tiempo de estabilización es de apenas unos cuantos segundos. Esto le permite evaluar intervalos pequeños de tan sólo un metro. Las resoluciones en la medición de la presión es de 3.5 X 10-3 kg/cm2

• Apoyo con recursos y tiempo para el desarrollo de tecnología.

y de 0.5 °C en la temperatura. Principales responsables: Dr. Eduardo Iglesias R., M.C. Alfonso Aragón A., Ing. Joaquín Torres, Departamento de Geotermia del IIE. Años(s) en que se llevó a cabo De 1990 a 1996 Principales beneficios aportados a la sociedad Tecnología mexicana para el estudio de pozos y yacimientos geotérmicos. Causas del éxito

• Vinculación con el sector productivo. Complejidad tecnológica La complejidad es alta ya que efectuar mediciones en tiempo real a profundidades de 3 km en ambientes de alta temperatura y fluidos agresivos es nada fácil. Nivel tecnológico relativo Es alto ya que para su tiempo pocas sondas tenían la presión de este desarrollo. 8.2.5 SITYAC (SImulador de Temperaturas de YACimiento) Descripción del logro SITYAC: SITYAC significa SImulador de Temperaturas de YACimiento y es un sistema computacional para estimar las temperaturas de yacimientos geotérmicos que emplea información obtenida durante los

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procesos de circulación del fluido de perforación y paros de circulación cuando se perfora un pozo geotérmico. La información básica requerida son los registros de temperatura tomados con el pozo lleno de fluidos (lodos) de perforación y en presencia de pérdidas de circulación. SITYAC contiene un código en Visual Fortran y una interfaz de usuario en Visual Basic. Sus partes principales son: 1. Un simulador en Visual Fortran para estimar las temperaturas de un

yacimiento mediante los métodos de (a) Horner, (b) Esfera y (c) por Simulación del período de circulación y paro en un pozo geotérmico en construcción con pérdidas de circulación.

2. Una interfaz de usuario del estado del arte desarrollada en Visual Basic que opera en ambiente Windows, desde la cual se opera al simulador. La interfaz es altamente amigable para facilitar el trabajo del usuario y posee una unidad de pre-procesamiento de datos y otra de post-procesamiento de resultados. Los programas en Fortran se usan en la interfaz de usuario como archivos **.DLL. Para el pre-procesamiento de datos, la interfaz permite alimentar los datos de cada método en forma de archivos tipo **.DAT o **.XLS o bien alimentar cada uno de los datos en forma interactiva, guiada por la propia interfaz. Para el análisis de resultados, la interfaz permite almacenar y guardar archivos de resultados especificados por el usuario y generar gráficas de resultados editables en línea.

Principales responsables Dr. Alfonso García Gutiérrez – Responsable Principal (Instituto de Investigaciones Eléctricas) Dr. Gilberto Espinosa Paredes – (Universidad Autónoma Metropolitana – Iztapalapa) M. C. Pedro Rafael Mendoza Escobar – (Instituto de Investigaciones Eléctricas)

Años(s) en que se llevó a cabo SITYAC se desarrolló entre mayo de 2001 y febrero de 2002. El seguimiento a la operación de SITYAC y la realización de cambios solicitados por el usuario se hizo entre febrero y junio de 2002, con lo cual se estima un tiempo de desarrollo de aproximadamente 2.5 a 3 años-investigador. Principales beneficios aportados a la sociedad El simulador SITYAC sirve para estimar la temperatura estabilizada o inicial de los yacimientos geotérmicos y petroleros. Esta temperatura constituye un parámetro de fundamental importancia la exploración y explotación de los recursos geotérmicos y de hidrocarburos, y se usa en

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particular para y para detectar zonas productivas de los pozos, evaluar las reservas de energía y fluidos, diseñar estrategias de explotación, calibración de registros eléctricos, diseñar lechadas cementantes y fluido de perforación, entre otras. SITYAC está instalado en el campo geotérmico de Cerro Prieto de la CFE y se ha convertido en una herramienta de uso cotidiano ya que es utilizado en el trabajo diario para estimación de temperaturas de yacimiento, apoyo a la perforación de pozos, entre otros. SITYAC se utiliza en relación con el aprovechamiento óptimo de la energía que se extrae del yacimiento y la generación de electricidad geotermoeléctrica en el campo geotérmico de Cerro Prieto, B.C., el cual contribuye de una manera importante a la satisfacción de la demanda eléctrica del sistema Baja California. Este campo es el más grande del mundo y de México y su capacidad instalada para generación de electricidad es de 720 MWe, equivalentes al 75% del total nacional que se tiene instalado a base de energía geotérmica. Causas del éxito

a) Desarrollo tecnológico

SITYAC es un desarrollo original en el ámbito internacional de vanguardia e innovativo.

b) Originalidad

La metodología empleada en los métodos de la Esfera y de la Simulación de los Procesos de Circulación y Paro, contenidos en SITYAC, así como la Interfaz de usuario son desarrollos originales de vanguardia internacional de los autores y del IIE.

c) Vinculación con la industria

A petición de CFE, se estudiaron exitosamente varios pozos de las cuatro áreas del campo geotérmico de Cerro Prieto, B.C. Posteriormente, el sistema se usó para estudiar algunos pozos del campo geotérmico de Los Humeros Puebla. Complejidad tecnológica alta

a) Método de Horner

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El método de Horner se ha empleado tradicionalmente para estimación de temperaturas de yacimiento con base en registros de temperatura tomados en un pozo en perforación. El método es de tipo conductivo y no aplica cuando existen pérdidas de circulación. Además, requiere del tiempo de circulación, el cual es un parámetro que es incierto. b) Método de la esfera

El método de la Esfera es un desarrollo original, de los autores y del propio Instituto. Este método también es de tipo conductivo pero elimina algunas de las deficiencias del método clásico de Horner. Este método si puede usarse en pozos con perdidas parciales o totales de circulación

Cada una de estas regiones es descrita mediante una ecuación

, y elimina la necesidad del tiempo de circulación que requiere el método anterior. Este método ya se usa en diversos campos geotérmicos nacionales y en países como Japón. c) Método de simulación

Este método también constituye un desarrollo original y es altamente complejo. El método consiste en simular el proceso combinado de circulación de fluidos de perforación y el subsecuente paro de circulación en un pozo geotérmico en proceso de perforación con presencia de pérdidas de circulación. Este proceso combinado es totalmente de tipo transitorio. Para la modelación del pozo, el modelo matemático consiste de 5 ecuaciones diferenciales parciales al estado transitorio que describen la transferencia de masa y calor, y un balance de energía, el cual considera los procesos dinámicos de transferencia de calor y masa en un pozo geotérmico en construcción, el cual es dividido en 5 regiones de flujo: (1) El tubo de perforación con circulación descendente de lodo; (2) La pared del tubo de perforación con flujo de calor bidimensional; (3) El espacio anular formado por el tubo de perforación y la pared interna del pozo, constituida por intervalos de tubería cementada y/o el propio agujero del pozo; (4) La interfaz del pozo con la formación por donde se intercambia calor entre el fluido en el anulo y la formación circundante y por donde se pierde el fluido de perforación hacia la roca; y (5) La formación rocosa circundante, considerada como un medio poroso homogéneo bidimensional, hacia donde fluye el lodo de perforación que se pierde durante la circulación.

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diferencial parcial (EDP) para describir conservación de masa y energía, excepto para la región 4, la cual es descrita por un balance de calor de tipo algebraico. Este modelo es complementado por un conjunto de condiciones de frontera e iniciales y por ecuaciones constitutivas acerca de los coeficientes de transferencia de calor, factores de fricción, entre otras. Las propiedades termofísicas y de transporte de los fluidos de perforación, cementos, tubería y rocas fuero implementadas vía correlaciones empíricas o desde bases de datos. Así, el modelo matemático es un conjunto de cinco ecuaciones diferenciales parciales. La solución de las ecuaciones para las regiones 1, 2 y 3 se hizo mediante diferencias finitas implícitas, se empleó el algoritmo de Thomas, mientras que la transferencia de calor en la formación circundante se resuelve mediante el algoritmo de direcciones alternantes (ADI Scheme). Una característica única es la simulación de las pérdidas de circulación (perdidas del fluido de perforación hacia la formación) en cualquier profundidad de la parte profunda y descubierta del pozo, y su efecto es tomado en cuenta como convección térmica en el medio poroso. La solución incluye el campo de temperaturas dentro y fuera del pozo como función de las coordenadas radiales y axiales como función del tiempo, tanto para el proceso de circulación de fluidos como para el pozo estático. d) Estimación de temperaturas de yacimiento por el simulación - Problema Inverso

La temperatura de yacimiento buscada corresponde a encontrar la condición inicial del problema matemático planteado arriba. Esto constituye un problema de optimización el cual se resuelve mediante la formulación del problema inverso correspondiente, la cual es compleja por su naturaleza. Para obtener la temperatura de yacimiento se utilizan como datos los registros de temperatura medidos en el pozo a diferentes tiempos y profundidades cuando el pozo esta estático, es decir, después de un período de circulación. Estas temperaturas son reproducidas numéricamente y corresponden a las temperaturas calculadas para la región 1 o 2 del modelo matemático descrito arriba. Para obtener las temperaturas simuladas dentro del pozo, se parte de una temperatura o condición inicial supuesta y se simulan los procesos de circulación y paro. Dichas temperaturas se ajustan a las temperaturas medidas y si el ajuste no es satisfactorio, se supone una nueva condición

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inicial hasta lograr un buen ajuste entre ambos conjuntos de temperaturas. Para resolver el problema de optimización del ajuste, se define una función objetivo basada en una formulación de mínimos cuadrados no lineales y en la diferencia entre ambos conjuntos de temperaturas como función de cada uno de los tiempos y profundidades done fueron medidas las temperaturas en el pozo. En la práctica, la función objetivo es minimizada sujeta a tres variables independientes: la temperatura inicial supuesta, las pérdidas de circulación y la porosidad de la pared del pozo. Estas variables son cambiadas en cada iteración al emplear el algoritmo de Levenberg – Marquardt hasta obtener el mínimo de la función objetivo. La temperatura inicial que permita el mejor ajuste entre temperaturas medidas y situadas se toma como la temperatura de yacimiento. e) Interfaz de usuario de SITYAC y plataforma de desarrollo

La interfaz de usuario fue diseñada para facilitar el trabajo del usuario en el pre- y pos-procesamiento de datos y resultados por cualquiera de los tres métodos disponibles. Los dos primeros métodos son relativamente sencillos en comparación con el método de simulación. En este último caso, el problema es altamente complejo por su naturaleza transitoria y requiere de una gran cantidad de información del pozo, los materiales que lo componen, los registros de temperatura y las propiedades de cada caso. Para ello, la interfaz de usuario de SITYAC permite al usuario de una manera sencilla alimentar los datos en forma interactiva, llenar las ventanas correspondientes paso a paso, o al leer los datos desde un archivo pre-existente. De esta manera el usuario puede correr un caso con relativa sencillez. Una vez corrido un caso, el usuario puede analizar tablas de resultados o desplegar, tanto los datos de las temperaturas medicas como las simuladas en una misma gráfica, la cual es editable y se le puede cambiar el color, espesor de una línea o seleccionar los símbolos que desee para representare los datos, o puede realizar impresiones desde la interfaz. La interfaz fue diseñada en Visual Basic y opera en ambiente Windows, lo cual da una gran estabilidad de operación a SITYAC. Los programas en

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Fortran de cada método son incorporados como archivos de tipo **:DLL. El sistema se instala y se opera como cualquier otro sistema del estado del arte.

Nivel tecnológico relativo alto Empresas internacionales líderes en el campo 1) Instituto de Investigaciones Eléctricas, México 2) Geothermal Energy Research and Development, Co. Ltd. Y New

Energy and Industrial Technology Development Organization, Japón 3) Sandia National Laboratories, EUA Tendencias tecnológicas La estimación de la temperatura verdadera, imperturbada o inicial de las formaciones es un problema que no sido resuelto completamente. Actualmente los esfuerzos de investigación y desarrollo se basan en la simular los procesos de perforación de pozos y circulación del fluido de perforación con pérdidas del fluido hacia la formación, y el paro subsecuente de la perforación, ya que estos procesos son los que generan la mayor cantidad de información para validación de resultados. Por ello, las tendencias actuales consisten en desarrollar modelos cada vez más complejos para simular estos procesos, y se involucran 4 o 5 educaciones diferenciales parciales al estado transitorio. En el pozo, el flujo es a través de una tubería central de perforación y el anulo circundante por donde el fluido de perforación arrastra los recortes de perforación hacia la superficie. En la formación, el flujo es en un medio poroso o fracturado. El planteamiento de este tipo de problemas involucra el planteamiento de problemas inversos, por lo que la solución involucra algoritmos complejos de optimización e inversión matemática. Tradicionalmente se ha usado el algoritmo de Levenberg-Marquardt, el cual se basa en mínimos cuadrados no lineales y recientemente en el Instituto de Investigaciones Eléctricas se empezaron a usar exitosamente metodologías de otras disciplinas para resolver el problema inverso, tales como la inteligencia artificial y el control proporcional integral.

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