INSTITUTO DE INVESTIGACIONES ELÉCTRICAS TECNOLOGÍA GEOTERMOELÉCTRICA Presentación para el CENTRO TEPOZTLÁN Víctor L. Urquidi A. C. Julio, 2009 Dr. David

INSTITUTO DE INSTITUTO DE

INVESTIGACIONES INVESTIGACIONES

ELÉCTRICASELÉCTRICAS

TECNOLOGÍA GEOTERMOELÉCTRICATECNOLOGÍA GEOTERMOELÉCTRICA

Presentación para el

CENTRO TEPOZTLÁN

Víctor L. Urquidi A. C.

Julio, 2009Dr. David Nieva Gómez



ELÉCTRICAS ELÉCTRICAS

CONTENIDO:

•Naturaleza de la energía geotérmica

•Clasificación de recursos geotérmicos

•Generación de electricidad con recursos geotérmicos

•Capacidad geotermoeléctrica instalada en el mundo

•Virtudes de la tecnología geotermoeléctrica

•Obstáculos para una utilización más amplia

•Perspectiva en México y en el mundo

TECNOLOGÍA GEOTERMOELÉCTRICATECNOLOGÍA GEOTERMOELÉCTRICA




ESTRUCTURA DE LA TIERRAESTRUCTURA DE LA TIERRA

LATIERRA

Corteza

Manto

Núcleo Interno

Núcleo Externo




DISTRIBUCIÓN DE TEMPERATURA EN EL INTERIORDISTRIBUCIÓN DE TEMPERATURA EN EL INTERIOR

TEMPERATURAS EN LA TIERRA

Temperatura [oC]

Profundidad [km]

TEMPERATURAS EN LA TIERRA

Temperatura [oC]

Profundidad [km]

El calor fluye hacia las capas externas. La temperatura en la superficie es la que conocemos debido a que la corteza es un excelente aislante térmico. El transporte de calor a través del manto es tanto conductivo como convectivo.

Además del flujo de calor inducido por el gradiente térmico, los isótopos radioactivos concentrados en la corteza (principalmente 40K, 232Th, 235U y 238U) generan alrededor de 4.7x1020 calorías por año.




TECTÓNICA DE PLACASTECTÓNICA DE PLACAS

PLACA DENORTEAMERICA

PLACAFARALLON PLACA DEL

CARIBE

PLACA DECOCOS

PLACA DELPACIFICO

PLACAAFRICANA

PLACADE

NAZCA

PLACA DEAMERICADEL SUR

PLACA EUROASIATICA

PACIFICO

PLACAINDO-AUSTRALIANA

PLACAANTARTICA

PLACAANTARTICA

MEAGER MT.YELLOWSTONE

THE GEYSERS

CERRO PRIETO PATHE

NAMAFJALL

LARDERELLOMT. AMIATA

AFYON

OLKARIA

KAWAHKAMODJANG

TENGWUPUGA

PLACAMAR DE

FILIPINAS

MATSUKAWA

KAWERAUROTORUA

BROADLANDSWAIRAKEI

180°

60°

40°

0°

40°

60°

120° 60° 0° 60° 120° 180°

OTAKE

DELPLACA

SWARTSENG

PLACAESCOCIA

VOLCAN

PLACA DEARABIA

EL TATIO

LOS HUMEROS

PARATUNKA

PAUZHETSKA

LOS AZUFRES




PROCESOS TECTÓNICOSPROCESOS TECTÓNICOS

MantoCorrientes

convectivas

Intrusión magmática

Superficieoceánica

Zonavolcánica

Placacontinental

MantoCorrientes

convectivas

Intrusión magmática

Superficieoceánica

Zonavolcánica

Placacontinental

Diagramadel movimiento de las placas oceánicas y continentales




PROCESOS TECTÓNICOSPROCESOS TECTÓNICOS




GRADIENTE TÉRMICO RADIALGRADIENTE TÉRMICO RADIAL

Como resultado de los procesos tectónicos, el gradiente térmico en la corteza varía enormemente entre un sitio y otro.

El gradiente “normal” es de aproximadamente 30oC/km, pero en algunos sitios puede llegar a ser de 800oC/km.




HidrotermalesHidrotermales

Roca seca calienteRoca seca caliente

GeopresurizadosGeopresurizados

MarinosMarinos

MagmáticosMagmáticos

SISTEMAS GEOTÉRMICOS CLASIFICADOS SOBRESISTEMAS GEOTÉRMICOS CLASIFICADOS SOBRELA BASE DE FACTORES GEOLÓGICOS E HIDROLÓGICOSLA BASE DE FACTORES GEOLÓGICOS E HIDROLÓGICOS




SISTEMAS HIDROTERMALESSISTEMAS HIDROTERMALES

Magma en proceso de enfriamiento

Roca permeable

Roca impermeable

Inicio de la ebullición

Fumarola100 OC

10 OC en superficie

Magma en proceso de enfriamiento

Roca permeable

Roca impermeable

Inicio de la ebullición

Fumarola100 OC

10 OC en superficie

Se encuentran formados por:

Una fuente de calor,

Agua (líquido y/o vapor)

La roca en donde se almacena el fluido.

Un sistema hidrotermal tiene elementos que facilitan la extracción de calor: Un sistema hidrotermal tiene elementos que facilitan la extracción de calor: roca caliente, suministro natural de agua y permeabilidadroca caliente, suministro natural de agua y permeabilidad..




HidrotermalesHidrotermales

Roca seca calienteRoca seca caliente

GeopresurizadosGeopresurizados

MarinosMarinos

MagmáticosMagmáticos

SISTEMAS GEOTÉRMICOS CLASIFICADOS SOBRESISTEMAS GEOTÉRMICOS CLASIFICADOS SOBRELA BASE DE FACTORES GEOLÓGICOS E HIDROLÓGICOSLA BASE DE FACTORES GEOLÓGICOS E HIDROLÓGICOS




SISTEMAS HIDROTERMALES CLASIFICADOS SOBRESISTEMAS HIDROTERMALES CLASIFICADOS SOBRELA BASE DE TEMPERATURALA BASE DE TEMPERATURA

Alta temperatura (220 oC – 320 oC)Alta temperatura (220 oC – 320 oC)

Temperatura media (100 oC – 220 oC)Temperatura media (100 oC – 220 oC)

Baja temperatura (50 oC – 120 oC)Baja temperatura (50 oC – 120 oC)




UTILIZACIÓN DE SISTEMAS HIDROTERMALESUTILIZACIÓN DE SISTEMAS HIDROTERMALESDE ALTA TEMPERATURADE ALTA TEMPERATURA

• Generación de electricidad mediante la separación directa del vapor y su paso por un turbogenerador

•Generación de electricidad mediante el paso de los fluidos remanentes a través de un sistema de ciclo orgánico Rankine

•Acondicionamiento térmico de espacios comerciales y habitacionales con los fluidos remanentes

•Usos directos del calor remanente en procesos agrícolas e industriales




UTILIZACIÓN DE SISTEMAS HIDROTERMALESUTILIZACIÓN DE SISTEMAS HIDROTERMALESDE TEMPERATURA MEDIADE TEMPERATURA MEDIA

•Generación de electricidad mediante el paso del agua caliente a través de un sistema de ciclo orgánico Rankine

•Acondicionamiento térmico de espacios comerciales y habitacionales con los fluidos remanentes

•Usos directos del calor remanente en procesos agrícolas e industriales




CAPACIDAD GEOTERMOELÉCTRICA INSTALADACAPACIDAD GEOTERMOELÉCTRICA INSTALADAEN EL MUNDOEN EL MUNDO




VENTAJAS DE LA TECNOLOGÍA GEOTERMOELÉCTRICAVENTAJAS DE LA TECNOLOGÍA GEOTERMOELÉCTRICA

Confiable y continua

Flexible; puede se utilizada como generación base o para seguimiento de carga

Baja emisión de CO2

Costos competitivos




FACTORES DE PLANTA PROMEDIOFACTORES DE PLANTA PROMEDIO

TecnologíaTecnología Factor de plantaFactor de planta Ref.Ref.

CarbónCarbón 0.750.75 11

Otros combustibles Otros combustibles fósilesfósiles

0.550.55 11

GeotermiaGeotermia 0.850.85 11

HidroeléctricaHidroeléctrica 0.400.40 11

NuclearNuclear 0.900.90 11

EólicaEólica 0.18 – 0.450.18 – 0.45 22

FACTORES DE PLANTAFACTORES DE PLANTA

References:1. Calculado de capacidad instalada y energía generada (Jan-Sep, 2008). Datos de CFE.2. NEA&IEA (2005), “Projected costs of Generating Electricity: Update 2005”

IANAS Workshop, Buenos Aires, República Argentina, 30-31 Octubre 2008.




VENTAJAS DE LA TECNOLOGÍA GEOTERMOELÉCTRICAVENTAJAS DE LA TECNOLOGÍA GEOTERMOELÉCTRICAFACTORES DE PLANTAFACTORES DE PLANTA




COSTOS DE GENERACIÓN NIVELADOSCOSTOS DE GENERACIÓN NIVELADOSCOSTOS DE GENERACIÓN NIVELADOSCOSTOS DE GENERACIÓN NIVELADOS

VENTAJAS DE LA TECNOLOGÍA GEOTERMOELÉCTRICAVENTAJAS DE LA TECNOLOGÍA GEOTERMOELÉCTRICACOSTOS NIVELADOSCOSTOS NIVELADOS

TecnologíaTecnología Costo (cEUA/KWh)Costo (cEUA/KWh) Ref.Ref.CarbónCarbón (2.5) 3.5 - 6.0 (6.8)(2.5) 3.5 - 6.0 (6.8) 11

GasGas 4.0 - 5.5 (6.4)4.0 - 5.5 (6.4) 11

Gas, ciclo combinadoGas, ciclo combinado 5.0 - 5.35.0 - 5.3 22

Geotermia (EUA)Geotermia (EUA) 4.24.2 11

Geotermia (México)Geotermia (México) 4.5 - 4.84.5 - 4.8 22

Geotermia (Nueva Zealanda)Geotermia (Nueva Zealanda) 3.7 - 5.2 (8.1)3.7 - 5.2 (8.1) 33

HidroeléctricaHidroeléctrica 6.5 - 10 (24)6.5 - 10 (24) 11

NuclearNuclear 3.0 - 5.0 (6.8)3.0 - 5.0 (6.8) 11

CombustóleoCombustóleo 6.3 - 106.3 - 10 22

SolarSolar 20 - 75 (190)20 - 75 (190) 11

EoloeléctricaEoloeléctrica 4.5 - 10 (14)4.5 - 10 (14) 11

Referencias:Referencias:1.- NEA&IEA (2005) “Projected costs of Generating Electricity: Update 2005”2.- CFE (2005) “Costos y parámetros de referencia para la formulación de proyectos de inversión”3.- Barnett, P. (2007) “Cost of Geothermal Power in New Zealand: 2007 Update”, New Zealand Geothermal Workshop, November 2007

Referencias:Referencias:1.- NEA&IEA (2005) “Projected costs of Generating Electricity: Update 2005”2.- CFE (2005) “Costos y parámetros de referencia para la formulación de proyectos de inversión”3.- Barnett, P. (2007) “Cost of Geothermal Power in New Zealand: 2007 Update”, New Zealand Geothermal Workshop, November 2007




TECNOLOGÍA GEOTERMOELÉCTRICATECNOLOGÍA GEOTERMOELÉCTRICABarreras para una mayor utilizaciónBarreras para una mayor utilización

Incertidumbre en la fase exploratoriaIncertidumbre en la fase exploratoria

Intensivo en capitalIntensivo en capital

Tecnología “exótica”Tecnología “exótica”




LA GRAN PROMESA:LA GRAN PROMESA:YACIMIENTOS ARTIFICIALES YACIMIENTOS ARTIFICIALES

RECURSOS DE ROCA SECA CALIENTE

Sistemas rocosos con alto contenido calorífico pero con poca o ninguna agua.

Son sistemas muy abundantes. Se estima que el contenido energético de estos sistemas en los 10 km superficiales de la corteza, es superior a 500 veces la energía de todos los sistemas de petróleo y gas conocidos a la fecha.




LA GRAN PROMESA:LA GRAN PROMESA:YACIMIENTOS ARTIFICIALES YACIMIENTOS ARTIFICIALES

Tecnología incipiente: Yacimientos artificiales en roca seca caliente

Generación de electricidad con el calor extraídode la roca mediante la circulación de agua a travésde una zona fracturada de manera artificial.

Resultados de un estudio liderado por MIT:

Calor almacenado en el subsuelo (EUA): 13x106 EJCalor recuperable: 2 x 105 EJPosible capacidad instalada para 2050: 100 GWeApoyo requerido para I&D: 800 a 1,000 M$ a lo largo de 15 años.




PROYECCIONES AL AÑO 2050PROYECCIONES AL AÑO 2050

CAPACIDAD INSTALADA EN EL MUNDO (2050)

Exclusivamente con recursos hidrotermales:

Mínimo: 25 GWePosible: 70 GWe

Exclusivamente con recursos de roca seca caliente:

Mínimo: 70 GWePosible: 400 GWe

Con otros recursos:

No estimado




RECURSOS GEOTÉRMICOS EN LA REPÚBLICA MEXICANARECURSOS GEOTÉRMICOS EN LA REPÚBLICA MEXICANA

CERRO PRIETO CERRO PRIETO 720 MW720 MW

LOS LOS AZUFRES 195 AZUFRES 195

MWMW

LOS HUMEROS LOS HUMEROS 35 MW35 MW

TRES TRES VIRGENES 10 VIRGENES 10

MWMW

LA LA PRIMAVERA 75 PRIMAVERA 75

MWMW




PROYECCIONES PARA MÉXICOPROYECCIONES PARA MÉXICO

En MéxicoEn México 20052005 20302030 20502050 20702070

Hidrotermal Alta Temp. Hidrotermal Alta Temp. (MW)(MW)

958958 26002600 35003500 57005700

Hidrotermal Media Temp. Hidrotermal Media Temp. (MW)(MW)

33 200-1000200-1000 50005000 70007000

Roca seca (MW)Roca seca (MW) 00 500-1000500-1000 50005000 3000030000

Marinos (MW)Marinos (MW) 00 100100 20002000 40004000

Geopresurizados (MW)Geopresurizados (MW) 00 100100 10001000 20002000

Magmáticos (MW)Magmáticos (MW) 00 ?? ?? ??

Total Total ≈ ≈ 1,0001,000 3,000 – 4,8003,000 – 4,800 16,50016,500 ≈ ≈ 50,00050,000



ELÉCTRICASELÉCTRICAS

POR SU ATENCIÓN GRACIAS !

Dr. David Nieva Gómez

Julio 2009

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