Capítulo 1 - Observatorio de la Ingeniería Mexicana

Transcripción

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).
1
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.
2
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 QuijanoLeón, 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-GuanajuatoMichoacán” y presenta a la CFE un estudio sobre la factibilidad de
generar energía eléctrica en México mediante la geotermia.
3
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
4
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,
5
1000
853 863 858
800
650
953 958
735 745 748 753
700 705 720
540
600
400
150
200
3.5
205
75
2007
2003
2002
2001
2000
1994
1993
1992
1991
1990
1989
1988
1987
1986
1982
1979
1973
0
1959
Capacidad instalada (MW)
resultan en el total de 540 MW que se indica para ese año en la Figura
1.1.
Años
Fig. 1.1 Evolución de la capacidad geotermoeléctrica instalada en México.
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
6
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. 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.
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
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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.
8
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
9
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).
5.1%
2.7%1.9% 0.2%
Petróleo y gas
Hidroeléctrica
Carbón
22.2%
Nuclear
68.0%
Geotermia
Eólica
Fig. 1.2. Distribución de la capacidad eléctrica instalada en
México por tipo de tecnología y combustible empleado.
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.
10
Fig.1.3. Distribución de la generación de energía eléctrica en
México por tipo de tecnología y combustible empleado.
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
11
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.
Fig.1. 4. Aportación de Cerro Prieto a la generación eléctrica total en el
sistema de distribución Baja California.
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
12
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 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
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
13
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 CO 2 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
Centrales termoeléctricas a base
de:
NO x
SO 2
CO 2
H2S
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
0.00
0.00
135.07
2.20
nacional
Fuente: Elaboración propia con datos de la Comisión Federal de Electricidad.
14
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.
15
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).
CERRO PRIETO 720
MW
TRES VIRGENES 10
MW
CERRITOS
COLORADOS
75 MW
LOS HUMEROS 40
MW
LOS AZUFRES 188
MW
Fig. 2.1 Campos en explotación, evaluados y manifestaciones termales
16
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).
17
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
Los Azufres, Mich.
Los Azufres, Mich.
Los Azufres, Mich.
Los Azufres, Mich.
Los Humeros, Pue.
Cerritos
Colorados,
Jal.
Aguascalientes
Chiapas
Chihuahua
Coahuila
Durango
Guanajuato
Hidalgo
Jalisco
México
Michoacán
Morelos
Nuevo León
Querétaro
San Luis Potosí
Sinaloa
Tlaxcala
A
B
G
H
O
T
Capacidad
entrada
(MWt)
(°C)
77
0.007
72
2.703
60
0.004
110
0.460
75
0.174
Energía
(TJ/año)
Factor de
capacidad
0.179
69.511
0.105
13.191
4.946
0.801
0.815
0.793
0.909
0.901
B
48
4.481
132.296
0.936
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
43
36
39
32
53
41
42
38
35
45
45
38
32
37
73
35
14.414
29.288
2.274
1.640
2.063
14.466
10.772
12.010
4.363
7.721
14.466
9.874
17.259
7.054
0.337
0.293
257.205
738.640
52.813
27.699
28.688
350.195
285.695
293.214
106.575
204.775
350.195
230.034
408.956
151.474
6.522
6.925
0.566
0.800
0.736
0.536
0.441
0.768
0.841
0.774
0.775
0.841
0.768
0.739
0.751
0.681
0.614
0.749
18
Veracruz
Zacatecas
TOTAL (PROMEDIO)
B
B
65
37
(50.2)
2.987
78.481
5.532
133.549
164.642 3,931.863
0.833
0.766
(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
19
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
20
•
•
•
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
21
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.
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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
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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.
22
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.
23
3. Prospectiva de la geotermia en México
Rosa Ma. Barragán Reyes, Alfonso García Gutiérrez, Víctor M. Arellano G.
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 (CO 2 ). 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 CO 2 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 CO 2 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.
Claramente entonces, es conveniente reducir la dependencia que se
tiene de los combustibles fósiles. Esto es posible si se aprovechan más
24
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
25
industriales y
soluciones).
de
manufactura
(e.g.,
secado,
concentración
de
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.
26
Discontinuidad
de Mohorovicic
30km Corteza
Discontinuidad
de Gutenberg
2900 km
Manto
Discontinuidad
de Lehmann
2200 km
Núcleo Líquido
1200 km
Núcleo Interno
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).
27
Diagrama de placas oceánicas y continentales
180°
PLACA DE
NORTEAMERICA
60°
40°
PLACA
FARALLON
0°
SWARTSENG
LOS AZUFRES
PATHE
LOS HUMEROS
PUGA
PL. DE ARABIA
PLACA
AFRICANA
PLACA
DE
NAZCA
MATSUKAWA
AFYON
TENGWU OTAKE
PLACA
PLACA
MAR DE
FILIPINAS DEL
PACIFICO
OLKARIA
KAWAH
KAMODJANG
EL TATIO
PLACA
INDO-AUSTRALIANA
PLACA DE
AMERICA
DEL SUR
KAWERAU
ROTORUA
BROADLANDS
WAIRAKEI
40°
60°
PARATUNKA
PAUZHETSKA
PLACA DE
COCOS
PLACA DEL
PACIFICO
180°
NAMAFJALL
LARDERELLO
MT. AMIATA
PLACA DEL
CARIBE
THE GEYSERS
120°
60°
PLACA EUROASIATICA
MEAGER MT.
YELLOWSTONE
CERRO PRIETO
0°
60°
120°
PLACA
ANTARTICA
PLACA
ANTARTICA
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
28
Diagrama del movimiento de las placas oceánicas y continentales
Superficie
oceánica
Zona
volcánica
Intrusión
magmática
Placa
continental
Manto
Corrientes
convectivas
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.
29
(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).
30
Fumarola
100 OC
10 OC en superficie
Inicio de la
ebullición
Roca impermeable
Roca permeable
Magma en proceso de enfriamiento
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
31
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. 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.
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
32
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
33
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
34
Diagrama de una planta de separación vapor
Sistema de
conversión
Vapor
Sistema de
enfriamiento
Separador
Condensador
Líquido
Fluido
geotérmico
Fluido
reinyectado
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
35
condensa y se recalienta en otro ciclo (Figura 3.7). Existen unidades de
1 a 25 MWe.
Diagrama de una planta de ciclo binario
Sistema de
conversión
Sistema de
enfriamiento
Evaporador
Condensador
Fluido
geotérmico
Fluido
reinyectado
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 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.
Pronósticos energéticos de la Agencia Internacional de Energía (IEA,
2006) en cuanto a la producción de electricidad mundial con base en
36
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
1982a
1990b
1995b
2000b
2005b
2007c
(Mwe)
(MWe)
(MWe)
(MWe)
(MWe)
(MWe)
2010c
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
2544.0
2687.0
Etiopía
ND
0
0
7.0
7.3
Filipinas
501.0
891.0
1,227.0
1931.0
1969.7
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
202.0
283.2
286.0
437.0
435.0
471.6
Nicaragua
30.0
35.0
70.0
70.0
77.0
87.4
143
Papúa
ND
0
0
0
39.0
56.0
56
Nueva
Zelanda
2,774.
6
2,816.7
37
2,228.
0
8.52
1,909.
0
2817
7
1991
590
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
6,866.8
7974.1
9064.1
9732.0
10,993
5,831.
7
Tabla 1. Evolución de la capacidad eléctrica instalada; ND= No existe
información disponible; a Mercado et al. (1982), b IGA Webpage (2008);
Bertani, (2007)
c
Costos de generación
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
Costo unitario (USD/kWh)
planta
(MW)
Recurso de alta
Recurso
calidad T > 250 °C
mediana
de
calidad
Recurso de baja
calidad T < 150 °C
T=150≤ 250 °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
0.025-0.05
0.04-0.06
No adecuado
Grande (<30)
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.
38
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
Turbo Gas y Ciclo
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
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
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
0.47
0.64
0.52
0.49
0.49
0.55
0.49
Combinado
(carbón y combustóleo)
Hidroeléctrica
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.
39
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
Costo directo de capital (USD/kW de capacidad
instalada)
planta
(MW)
Recurso de alta
Recurso
calidad T > 250 °C
mediana
de
calidad
Recurso de baja
calidad T < 150 °C
T=150≤ 250 °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.
40
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).
41
200
180
160
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.
140
SECADO DE PRODUCTOS AGRÍCOLAS A ALTAS VELOCIDADES, ENLATADO DE ALIMENTOS.
EXTRACCIÓN DE SALES POR EVAPORACIÓN , EVAPORACIÓN EN LA REFINACIÓN DE AZÚCAR.
120
AGUA DULCE POR DESTILACIÓN.
CONCENTRACIÓN DE SOLUCIÓN SALINA MEDIANTE EVAPORACIÓN DE EFECTO MÚLTIPLE.
SECADO Y CURADO DE PLANCHAS DE HORMIGÓN LIGERO.
o
100
C
SECADO DE MATERIALES ORGÁNICOS, ALGAS, HIERBA, HORTALIZAS, ETC.
LAVADO Y SECADO DE LANA.
SECADO DE PESCADO, OPERACIONES INTENSAS DE DESCONGELAMIENTO.
80
CALEFACCIÓN AMBIENTAL.
REFRIGERACIÓN (LÍMITE DE TEMPERATURA INFERIOR.
60
ZOOTECNIA.
INVERNADEROS MEDIANTE COMBINACIÓN DE CALEFACCIÓN AMBIENTAL Y DE FOCO.
CULTIVO DE SETAS.
40
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.
42
País
Alemania
Argelia
Argentina
Australia
Austria
Brasil
Bulgaria
Canadá
China
Croacia
Dinamarca
Eslovaquia
EUA
Finlandia
Francia
Georgia
Holanda
Hungría
India
Islandia
Italia
Japón
Jordania
MEXICO
Noruega
Nueva
Zelanda
Polonia
Rep. Checa
Rumania
Rusia
Suecia
Suiza
Turquía
Otros (29
países)
TOTAL
Uso de la energía
Cap. Inst.
(MWt)
(TJ/año)
(GWh/año)
Factor de
capacidad
504.6
152.3
149.9
109.5
352.0
360.1
109.6
461.0
3,687.0
114.0
330.0
187.7
7817.4
260.0
308.0
250.0
253.5
297.2
203.0
1,844.0
606.6
822.4
153.3
164.7
600.0
308.1
2,909.8
2,417.0
609.1
2,968.0
2,229.9
6,622.4
1,671.5
2,546.0
45,373.0
681.7
4,400.0
3,304.0
31,239.0
1,950.0
5,195.7
6,307.0
685.0
7,939.8
1,606.3
24,500.0
7,554.0
10,301.1
1,540.0
1,931.0
3,085.0
7,086.0
808.3
671.4
169.2
824.5
619.5
1,839.7
464.3
707.3
12,604.6
189.4
1,223.3
842.8
8,678.2
541.7
1,443.4
1,752.1
190.3
2,205.7
446.2
6,806.1
2,0987.5
2,861.6
427.8
536.7
857.0
1,968.5
0.18
0.50
0.13
0.86
0.20
0.58
0.48
0.18
0.39
0.19
0.42
0.51
0.13
0.24
0.53
0.80
0.09
0.36
0.25
0.42
0.39
0.40
0.32
0.37
0.16
0.73
170.9
204.5
145.1
308.2
3,840.0
581.6
1,495.0
838.3
1,220.0
2,841.0
6,143.5
36,000.0
4,229.3
24,839.9
232.9
338.9
789.2
1,706.7
10,000.8
1,174.9
6,900.5
0.16
0.19
0.62
0.63
0.30
0.23
0.53
719.8
10,877.0
3.021.8
-
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
43
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 CO 2 , H 2 S, SO 2 y CH 4 ) 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
CO 2 en el mundo se deben a la producción de electricidad por medios
convencionales. Como es conocido, el incremento de CO 2 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 CO 2 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 CO 2 ; 4.71 de SO 2 , 1.95 de NO x , 0 de H 2 S y 1.01 de
partículas; la geotermia produce: como máximo 40 de CO 2 , 0.16 de
SO 2 , 0 de NO x , 0.08 de H 2 S y 0 de partículas. El H 2 S 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 H 2 S 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
44
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
45
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 CO 2
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.
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
46
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
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48
4. La investigación, el desarrollo tecnológico y la innovación
en la geotermia
A. García-Gutiérrez, V. M. Arellano-Gómez, R. M. BarragánReyes
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.
49
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
50
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
51
•
•
•
•
Comprensión mejorada de mecanismos de flujo
Trazadores químicos
Fracturamiento hidráulico, químico y con explosivos y
caracterización
Modelos numéricos avanzados para simulación de yacimientos
su
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
52
•
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
53
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,
54
•
•
•
•
•
•
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
Alemania
Australia
Estados
Unidos
Francia
India
Japón
Reino
Unido
Suecia
Suiza
Algunos de sus principales avances
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).
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).
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).
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 Central – lista para explotarse; Himalaya - a futuro; Explotación
prevista hacia 2010 a un Costo estimado - 5 US cents/kWh
Ogachi - Pruebas en pozos 1981-1983; Pozos OGC1 y OGC2 a 1000m 19901995, 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).
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).
Fjallbacka – Trabajos de 1985 a 1993, No se sabe de mas actividades
(Tester et al., 2007).
Basel – Planta piloto de cogeneración de 3MWe y 20 MWt: Fenómenos de
Sísmica frecuente (Tester et al., 2007; Fridelifsson et al., 2008).
55
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.
56
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.
57
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,
58
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.
59
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
60
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, ICPMS, 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
61
•
•
•
•
•
Laboratorio
Laboratorio
Laboratorio
Laboratorio
Laboratorio
de
de
de
de
de
Fluorescencia De Rayos-X
Interacción Agua-Roca
Preparación de Muestras Geológicas (Pmg).
Petrografía
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.
62
El Departamento de Vulcanología estudia el origen del
evolución, los procesos físicos y químicos que ocurren
ascenso, y como éstos influyen en la naturaleza de las
Sabemos que el vulcanismo está directamente asociado con
geotérmicos.
magma, su
durante su
erupciones.
los sistemas
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
63
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
64
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66
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 6.5MWe).
67
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
68
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
69
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
70
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
71
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
72
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)
73
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
74
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
(Avanzado)–Kiushu, Japón.
entrenamiento
en
energía
geotérmica
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.
75
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
76
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
77
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.
78
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, mayoagosto 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.
79
6. La articulación industria – IES – centros de investigación;
acciones efectivas de articulación
V.M. Arellano Gómez, G. Izquierdo M.
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.
80
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
81
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.
82
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.
83
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.
84
7. Las firmas de ingeniería y las firmas de consultoría en la
geotermia
V.M. Arellano Gómez
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
85
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
86
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 PathéCaldera 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.
87
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.
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.
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
88
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
89
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
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
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
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
90
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.
91
8. Casos de éxito
Víctor M. Arellano G.(1), Alfonso García Gutiérrez,(1) Luís C. A. GutiérrezNegrín(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
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
92
(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.
93
8.2.2 ANAPPRES: Primer sistema experto auxiliar en la caracterización
de sistemas geotérmicos en el mundo.
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.
94
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.
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.
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)
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
95
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.
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.
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
96
subsuelo, por un lado, y la ingeniería de diseño, que permite especificar
la maquinaria óptima para convertir la energía geotérmica en energía
eléctrica aprovechable.
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.
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.
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.
97
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 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
Tecnología mexicana para el estudio de
geotérmicos.
pozos
y
yacimientos
Causas del éxito
• Apoyo con recursos y tiempo para el desarrollo de tecnología.
• Vinculación con el sector productivo.
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.
Es alto ya que para su tiempo pocas sondas tenían la presión de este
desarrollo.
8.2.5 SITYAC (SImulador de Temperaturas de YACimiento)
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
98
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 preprocesamiento 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.
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.
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
99
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
100
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, 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.
Cada una de estas regiones es descrita mediante una ecuación
101
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
102
inicial hasta lograr
temperaturas.
un
buen
ajuste
entre
ambos
conjuntos
de
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
103
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
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.
104

Capítulo 1 - Observatorio de la Ingeniería Mexicana

Transcripción

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