Breve introduccion a la energia geotermica y datos del potencial Mexicano

1. ENERGÍA GEOTÉRMICA INTRODUCCION /
CASO MEXICO
Sostenibilidad y Estrategias de Eficiencia
Dr. Martin H. Bremer
GABRIELA DOMÍNGUEZ | CÉSAR PÉREZ | DIEGO CÁCERES

2. CONTENIDO
1. Introducción
– Definición y usos
– Efectos ambientales
– Tipos (Baja, media y alta entalpía)
2. Perspectivas económicas y penetración actual y futura:
– Instalaciones actuales y expectativa de crecimiento
– Precios a corto, mediano y largo plazo
– Competitividad vs fósiles y nuclear
3. Requerimientos para mayor competitividad
– Ventajas y desventajas (limitantes) de la tecnología
– Avances tecnológicos clave
4. Reforma energética
– Estatus de geotermia en el país
– Cambios en legislación
– Estadísticas de subastas
– Ventajas y desventajas de la geotermia en subastas (levelized cost)
2

3. Marco de Referencia
• Evolución en energías renovables:
Inversión con crecimiento continuo
desde 2004 ($2.9 trillones)
• Retos y amenazas: 2017 fue el
segundo año más caliente registrado y
altas tasas de concentración de CO2
• Geotermia
• En 2017 se tuvo una adición global de
700 MW
• Financiamiento disminuyó 36%
• Indonesia y Holanda fueron líderes en
implementación de proyectos con 3 cada
uno
• La planta más grande del 2017 fue en
Indonesia: Supreme Energy Muara
Laboh Geothermal Plant Phase I (80 MW
y costo de $600 millones USD)
3

4. Definición y usos
• El aprovechamiento del calor interno
de la tierra contenido en rocas y
fluidos cercanos a la superficie
• Flujo medio de calor es .087 W/m2 ,
para un sistema geotermal debe ser
superior
• Calor producido por creación tierra y
decaimiento de isótopos U238, U235,
TH232, K40
• Gradiente geotérmico mundial
promedio 25-30°C/km, en áreas de
fajas geotérmicas el 90% tiene
gradientes de 40°C/km y 10% de
80°C/km.
4

5. Definición y usos
• Calor:
– Calentamiento municipal
– Albercas y spas
– Calentamiento de
invernaderos
– Acuacultura
– Secado de comidas
y madera
– Industrial
• Electricidad
5

6. Definición y usos
Temperatura°C
Recursos de baja y mediana entalpías, se pueden aprovechar para ciertas actividades económicas que
requieran de fuentes de calor correspondientes al rango de temperaturas de la fuente geotermal.
6

7. Tipos de geotermia
Muy baja entalpía
– Profundidades 100 – 150 m
– Temperatura < 30 °C
– Fluido caloportador (agua – anticongelante)
– El fluido con una pequeña adición de temperatura
– Utilizada en:
• sistemas de alta eficiencia energética
• sistemas de climatización de baja temperatura (climatización y
agua caliente sanitaria)
– Inversión en instalación alto en comparación a sistemas
convencionales de climatización
– Costo operativo 5 veces menor
Baja entalpía
– Profundidades > 150 m
– Temperatura 30 - 90 °C
– Fluido caloportador (agua – anticongelante)
– El fluido NO requiere adición de temperatura
– Utilizada en:
• sistemas de alta eficiencia energética
• sistemas de climatización de baja temperatura (climatización y
agua caliente sanitaria)
– Inversión en instalación alto en comparación a sistemas
convencionales de climatización
– Costo operativo 5 veces menor
7

8. Geotermia de baja entalpía
• Tipo de captación geotérmica
Más económica
A profundidad de 10 – 20 m la
temperatura es constante 10-
15°C
Circuito cerrado agua glicol
A profundidad de 1.5 m
Colector de polietileno
Circuito cerrado
Solución agua glicol
Dos tomas de agua; una
produce y otra inyecta a una
fuente de agua subterránea.
Importante conocer la calidad
de agua para evitar: corrosión,
erosión, etc.
8

9. Geotermia media y alta
entalpía
Media entalpía
– Profundidades >400 m
– Temperatura 100 – 150 °C
– Fluido in situ agua con baja presión
– Se requiere de un fluido intermedio para producir electricidad
– Inversión alta
– Costo operativo medio
Alta entalpía
– Profundidades >400 m
– Temperatura > 150 °C
– Fluido in situ agua con alta presión (vapor)
– No requiere de un fluido intermedio para producir electricidad
– Inversión muy alta
– Costo operativo medio
9

10. Geotermia alta entalpía
• Hidrotermal
– Área de intrusión magmática en la corteza terrestre
– Sistemas hidrotermales de alta permeabilidad cercano
– Profundidades someras
– Ubicaciones escasas
– Ej. (Cerro Prieto, Los Azufres, Los Humeros, Las Tres Vírgenes)
• Recurso de roca caliente (RSC)
– Profundidades de > 3 km
– Rocas de baja permeabilidad
– Mayor distribución geográfica
• Sistemas geotérmicos mejorados (SGM o EGS)
– Dos o más pozos (> 3 km) conectados por una red de fracturas abiertas.
– Sistema de pozos de inyección de agua y pozos productores de vapor
– Vapor aprovechado en superficie para generación eléctrica
– Vapor condensado en superficie es reinyectado, sistema cerrado
– Ej. Bad Urach 4 – 6 km, temp 300°C, estimulación de roca 2 km3, generación < 3 Mwe
Esquema de un SGM
10

11. Instalaciones actuales y
expectativas de crecimiento
• Países con campos de alta
entalpía (potencial eléctrico):
• Europa: Islandia, Italia, Grecia
• Asia: Filipinas, Indonesia, Japón,
China, Turquía, Rusia
• Oceanía: Nueva Zelanda,
Australia
• África: Kenia, Etiopía, Uganda,
Zambia, Tanzania
• América: USA, México,
Guatemala, El Salvador,
Nicaragua, Costa Rica,
Colombia, Perú, Chile, Bolivia,
Guadalupe
11

12. Instalaciones actuales y
expectativas de crecimiento
• Distribución en zonas con alto flujo de calor e
hidrología adecuada
12

13. Instalaciones actuales y
expectativas de crecimiento
• En capacidad instalada MW
13

14. Instalaciones actuales y
expectativas de crecimiento
14

15. Costos estimados vs otras
tecnologías
15

16. Costos estimados vs otras
tecnologías
16

17. Costos calentamiento
residencial
17

18. Exploración geotérmica
Fases e inversiones
Etapas de exploración
Disciplinas involucradas
1.Geología e hidrología
–ubicación
–tamaño
2.Geoquímica
–temperatura esperada
–tipo fluidos
–fuente de recarga
–edad fluidos
3.Geofísica
–formaciones geológicas
–conductividad eléctrica
–Densidad
–susceptibilidad magnética
4.Perforación
–confirmación de recursos
18

19. Precios a corto mediano y
largo plazo
• Los costos de capital varían debido a:
– Tamaño de la planta (tecnología y número de fases)
– Temperatura y presión del recurso
– Localización geográfica
– Profundidad y permeabilidad del depósito
– Química del fluido
• Los costos de desarrollo se ven afectados por
precios de combustibles, cemento y acero
19

20. Evolución de precios
• Costos variables en diferentes países y por
proyecto ej.
• Indonesia 2017, CAPEX .48-7.5 $/MW
• Costa Rica 2017, CAPEX 4.18 $/MW
• EU 2018 2.5 - 5 $/ MW dependiendo de tamaño
• IEA Flash 2008 2-4 $/MW vs 2015 1.4-5.7 $/MW
• Conclusión: no es sujeta a economías de escala,
función de parámetros previamente mencionados
y factores geopolíticos
20

21. Desarrollo tecnológico
Nuevas tecnologías vs costos
• Actualmente:
– Se perforan campos de baja temperatura a gran profundidad debido a limitantes de
infraestructura
• La perforación es el costo determinante en los sistemas geotermales
(CAPEX) y además incluye riesgos
• El costo de operación está principalmente asociado a bombeo,
considerando que el campo geotérmico no está limitado
• La potencia máxima para calentamiento geotérmico se selecciona de
tal manera que el último usuario (más alejado), no caiga debajo de un
mínimo (16°C) durante la vida del sistema de calentamiento municipal
21

22. Requerimientos para
mayor competitividad
• En próximos 10 años:
– Establecer metas nacionales de mediano
plazo para tecnologías maduras
– Establecer metas nacionales de largo
plazo para tecnologías avanzadas
– Esto incrementará la confianza de
inversionistas
– Se requieren incentivos para calor
geotermal quitar gradualmente conforme
sea competitivo
– Acelerar el proceso de obtención de
permisos para desarrollo geotermal (Ej.
Indonesia facilita)
– Al menos se necesitan desarrollar 50 de
EGS en los próximos 10 años para ser
competitivos 22

23. Incentivos y Retos para
aprovechamiento térmico
23

24. Ventajas y desventajas
VENTAJAS:
• Renovable: la tasa de aprovechamiento puede balancearse para que exista
recuperación del recurso
• Carga base: pueden trabajar continuamente
• Baja huella: Son compactas, la tierra usado por GWh es de 404 m2, vs carbón 3642 m2,
viento 1335 m2 o solar concentradora 3237 m2
• Limpia: emisiones de ciclo de vida en nuevas plantas son de 50 g CO2eq/kWhe, 4 veces
menos que PV, y 6-20 veces menos que GN
DESVENTAJAS:
• Alto costo capital
• Localización del recurso determinada por geología (muchas son áreas remotas)
• Económicamente viable únicamente cuando las temperaturas altas son encontradas a
poca profundidad
• Ruido
• Ciclo abierto puede emitir compuestos contaminantes al manto freático
24

25. Efectos ambientales
• Reducción de CO2 vs
fuentes convencionales
(baseload)
• Disturbios superficiales
• Ruido
• Efectos termales
• Contaminación química
• H2S, As, B, F, Hg, Fe
• Zn, Cd, Mn, Pb, Al
• Subsidencia
• Sismos
25

26. Tipos de plantas
geotérmicas
26

27. Avances tecnológicos clave
• Mayores recursos de R&D para EGS, ya que más de la mitad de
geotermia esperada para 2050 vendrá de ellos
• Se requiere una mayor velocidad para análisis del recurso
• Se requieren técnicas más competitivas de perforación
• Se requieren tecnologías avanzadas para aplicaciones supercríticas
• Se requiere avance en tecnología para fractura hidráulica
• Tener bases de datos generales
• Desarrollar metodología para identificación de roca caliente y recursos
avanzados
• Desarrollar modelos y herramientas subterráneos para id de sitios
• Mejorar la instrumentación para pozos y monitoreo
• Desarrollar sistemas de simulación estandar
27

28. Avances emergentes
Iceland Deep Drilling Project
Objetivo: Estudiar la viabilidad económica de extraer energía y químicos de sistemas termales en
condiciones supercríticas.
Pozo de 15,000 ft, temperatura 400 – 600 °C, <220 bar.
Costo del pozo 5 km 8-9 MM USD
Costo de sistema de producción 6 MM USD
Costo del sistema total 14-16 MM USD
Experiencias:
❏ Pozo IDDP-1, profundidad 2.1 km, temp vapor 452°C, presión 140 bar, Cap 36 MWe
❏ Pozo IDDP-2, profundidad 4.6 km, temp fondo 535°C,tiempo de perforación 168 días, pérdida
de circulación perforación a ciegas, agujero descubierto final 6”, tubería de estimulación 3 ½”,
problemas mecánicos de la TR y corrosión de la tubería de estimulación resultaron en pérdida
parcial del pozo, se consideran hacer pruebas de producción 2018-2019.
California´s Geysers Geothermal Complex
Mayor producción mundial. Capacidad instalada 725 MW
28

29. Avances Emergentes
Hidrotermal submarina
Se considera que sin perforar y utilizando las ventilas
existentes, con una eficiencia de 4% de
transformación (aprovechando el 10% del calor
emitido por la ventila y 40% de eficiencia global) se
podrían producir por cada 1 MW térmico, 40 kW
eléctricos.
Teóricamente, ventilas de 1m de larga y 10 cm de
ancho, con emisión de agua de caliente a 250°C, con
una velocidad de 1 m/s, la potencia térmica de esta
ventila será de 100 MW térmica por metro, es decir 4
MW eléctricos por metro lineal.
En Mexico para la Fosa de Wagner (Golfo de
California) de 10 km y asumiendo se aprovecharía el
1% de la energía térmica fluyente, se podría generar
100 MW eléctricos; en la Fosa de Guaymas se
produciría 500 Mwe. De forma preliminar y
conservadora se estima un potencial de 1,200 MWe
en la plataforma mexicana.

30. Avances políticos clave
• Varios países han emitido metas respecto a la geotermia:
-Argelia 15 MW al 2030 -Kenia, 5 GW al 2030
-Armenia 50 MW al 2020, 100 MW al 2025 -Portugal 29 MW al 2020
-China, (Taipei, 200 MW al 2030) -Santa Lucia – 50% de renovables (incluye geotermia) al 2030
-Corea, 2046 GWh/año al 2030 -San Vicente y Granadinas - 50% de electricidad de geotermia
-España 50 MW al 2020 -Solomon (Islas), 20-40 MW
-Etiopía 1 GW al 2030 -Tailandia 1 MW al 2021
-Filipinas – 1.5 GW agregados al 2030 -Turquía 1 GW al 2023
-Granada – hasta dijo que va construir 15 MW corto plazo -Uganda 45 WM al 2017
-Indonesia 12.6 GW al 2025 -Vanuatu quiere 8 MW de geotermia al 2030
-Italia 6759 GWh/año al 2020
30

31. Crecimiento mundial
esperado
31

32. Estatus de geotermia en el país:
Potencial mexicano
baja y media entalpía
32

33. Potencial mexicano
baja y media entalpía
Parámetros considerados para la evaluación
Área
probable A2= 2.688 km2 (radio 925m);
min = 0.5 * A2; max = 1.5 * A2
Temperatura
T1 =max estadística (36 – 208°C);
T2 promedio; T3 max total
Profundidad
límite = 3 km, probable = 1.5 km;
min = 0.5 km; máx = 2 km
Espesor
h1 = 1,000 m; h2 = 1,500 m; h3 = 2,500 m
Temperatura referencia
Temperatura superficial promedio anual historial largo
plazo
Nota: El autor considera media entalpía T<200°C
33

34. Potencial mexicano
baja y media entalpía
Nota: El autor considera media entalpia T<200°C
Muestra
Total manifestaciones nacionales 2,376
Total manifestaciones estudiadas 1,637
Corresponden a 927 sistema independientes
Distribución de muestras por temperatura
149 – 208 °C 5%
100 – 149 °C 40%
62 - 100 °C 50%
32 – 62 °C 5%
34

35. Potencial mexicano
hidrotermal
Christian Arturo Ordaz Méndez et all, CFE, 2011 México,
Potencial geotérmico de la República Mexicana.
La Gerencia de Proyectos Geotérmicos (GPG) realizó
una evaluación de 1,380 manifestaciones en el territorio
Mexicano para cuantificar el potencial de generación
eléctrica MWe por tipo de reservas considerando la
probabilidad de éxito:
Probadas 90%
Probable 50%
Posible 10%
35

36. Marco normativo
mexicano sobre geotermia
o• Marco Normativo (2014)
– Ley de la Industria Eléctrica (LIE)
– Ley de Energía Geotérmica (LEG)
– Reglamento de la LEG
• “Regular el reconocimiento, la exploración y la
explotación de recursos geotérmicos para el
aprovechamiento de la energía térmica del
subsuelo dentro de los límites del territorio
nacional”
36

37. Clasificación de Unidad de
Central Eléctrica
37

38. Evolución de la capacidad y
generación de energía geotérmica,
2006-2016
38

39. Capacidad y generación de centrales
geotérmicas por región de control
2016
39

40. Capacidad adicional por situación de
proyecto de centrales
geotérmicas, 2017-2031
40

41. Capacidad adicional por modalidad de
generación geotérmica
41

42. Evolución de las adiciones de capacidad,
capacidad a instalar y
generación geotérmica 2017-2031
42

43. Inversión en 2da Subasta
de Largo Plazo
43

44. Central geotérmica Azufres III Fase
II Unidad 18
• En 2016 se adjudicó el primer proyecto geotérmico de las Subastas de Largo
Plazo.
• El proyecto consiste en el diseño, construcción, equipamiento, instalación,
operación y mantenimiento de la central geotérmica Azufres III Fase II Unidad
18 con una capacidad total de 25 MW en el estado de Michoacán
Licitante: CFE
Potencia: 25 MW
Energía/CEL: 198,764 MWh y CEL
Plazo: 15 años (Energía y Potencia)
20 años (CEL)
Precio: $44.54 USD/MWh
COD: 01/07/2018
44

45. ¡Gracias !
RECUERDEN: BLUE LAGOON FUE UN ACCIDENTE OCASIONADO POR LA
DISPOSICIÓN SUPERFICIAL FINAL DE AGUA EN UN CAMPO GEOTÉRMICO
45

46. Referencias
Centro Mexicano de Innovación en Energía Geotérmica (2018) Recuperado de:
http://www.cemiegeo.org/index.php/geotermia-en-mexico (Abril-23-2018)
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6sechash%3Dc31b58f9+&cd=1&hl=es-419&ct=clnk&gl=mx&client=firefox-b-ab (Abril-23-2018)
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47. Referencias
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energy.org/what_is_geothermal_energy.html (Abril-23-2018)
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48