Capítulo 4: Energía geotérmica

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1 Capítulo 4: Energía geotérmica
Coordinating Lead Authors: Barry Goldstein (Australia) and Gerardo Hiriart (Mexico) Lead Authors: Ruggero Bertani (Italy), Christopher Bromley (New Zealand), Luis Gutiérrez‐Negrín (Mexico), Ernst Huenges (Germany), Hirofumi Muraoka (Japan), Arni Ragnarsson (Iceland), Jefferson Tester (USA), Vladimir Zui (Republic of Belarus) Contributing Authors: David Blackwell (USA), Trevor Demayo (USA/Canada), Garvin Heath (USA), Arthur Lee (USA), John W. Lund (USA), Mike Mongillo (New Zealand), David Newell (Indonesia/USA), Subir Sanyal (USA), Kenneth H. Williamson (USA), Doone Wyborne (Australia)

2 Contenido EXECUTIVE SUMMARY 4.1 Introduction 4.2 Resource Potential Global technical potential Regional technical potential Possible impact of climate change on resource potential 4.3 Technology and applications Exploration and drilling Reservoir engineering Power plants Enhanced Geothermal Systems (EGS) Direct use 4.4 Global and regional status of market and industry development Status of geothermal electricity from conventional geothermal resources Status of EGS Status of direct uses of geothermal resources Impact of policies

3 Contenido (2) 4.5 Environmental and social impacts Direct GHG emissions Life-cycle assessment Local environmental impacts Other gas and liquid emissions during operation Potential hazards of seismicity and others Land use Local social impacts 4.6 Prospects for technology improvement, innovation, and integration Improvements in exploration, drilling and assessment technologies Efficient production of geothermal power, heat and/or cooling Technological and process challenges in EGS Technology of submarine geothermal generation

4 Contenido (3) 4.7 Cost trends
4.7.1 Investment costs of geothermal-electric projects and factors that affect it 4.7.2 Geothermal-electric O&M costs 4.7.3 Geothermal-electric performance parameters 4.7.4 Levelized cost of geothermal electricity 4.7.5 Prospects for future costs trends 4.7.6 Costs of direct uses and geothermal heat pumps 4.8 Potential deployment 4.8.1 Near-term forecasts 4.8.2 Long-term deployment in the context of carbon mitigation 4.8.3 Conclusions regarding deployment REFERENCES

5 Principales tipos de yacimientos geotérmicos
Tipo EGS Hidrotermales

6 4.2 Potencial del recurso Potenciales técnicos geotérmicos totales para electricidad y usos directos

7 4.3 Tecnología y aplicaciones
Plantas a condensación Plantas de ciclo binario

8 Usos directos: calefacción
Calefacción doméstica, ciclo abierto Calefacción doméstica, ciclo cerrado

9 4.4 Situación del mercado geotérmico

10 4.5 Impactos ambientales y sociales
Emisiones de CO2 equivalentes en gramos por kWh generado con base en revisión bibliográfica de publicaciones sobre análisis de ciclo de vida que pasaron estándares de calidad

11 4.6 Perspectivas de mejoras tecnológicas
Mejoras en tecnologías de exploración, perforación y evaluación. Mejoras en la generación de electricidad y producción de calor. Retos tecnológicos y de proceso en EGS: Complementary research & share knowledge Education / training Standard geothermal resource & reserve definitions Improved HTHF hard rock drill equipment Predictive reservoir performance modelling Improved HTHF multiple zone isolation Predictive stress field characterization Reliable HTHF slim-hole submersible pumps Mitigate induced seismicity / subsidence Improve resilience of casings to HTHF corrosion Condensers for high ambient surface temperatures Optimum HTHF fracture stimulation methods Use of CO2 as a circulating fluid for heat exchangers HTHF logging tools and monitoring sensors Improve power plant design HTHF flow survey tools Technologies & methods to minimize water use HTHF fluid flow tracers Predict heat flow and reservoirs ahead of the bit Mitigation of formation damage, scale and corrosion Desarrollar tecnología para la generación a partir de recursos geotérmicos submarinos.

12 4.7 Tendencias en costos Tendencia general de costos de inversión
Rangos de costos totales de inversión internacionales a fines de 2009: Plantas a condensación: 1,780 a 3,560 USD/kW Plantas de ciclo binario: 2,130 a 5,200 USD/kW

13 Costo nivelado de generación
Utilizando el costo promedio de inversión para plantas a condensación (2,700 USD/kW) y de ciclo binario (3,650 USD/kW).

14 Forecast generation (2015)
4.8 Desarrollo potencial Pronóstico de desarrollo potencial a corto plazo (2015) REGION* Current capacity (2010) Forecast capacity (2015) Forecast generation (2015) Direct (GWth) Electric (GWe) Direct (TWhth/yr) Electric (TWhe/yr) OECD North America 13.9 4.1 27.5 6.5 72.3 43.1 Latin America 0.8 0.5 1.1 2.9 7.2 OECD Europe 20.4 1.6 32.8 2.1 86.1 Africa 0.1 0.2 2.2 0.6 5.8 3.8 Transition Economies 0.08 4.3 1.3 Middle East 2.4 2.8 7.3 Developing Asia 9.2 3.2 14.0 6.1 36.7 40.4 OECD Pacific 1.2 3.3 1.8 8.7 11.9 TOTAL 50.6 10.7 85.2 18.5 224.0 121.6 Crecimiento de acuerdo a reportes nacionales del WGC Factor de planta promedio mundial estimado en 2015: 75% para electricidad y 30% para usos directos.

15 Desarrollo a mediano y largo plazo
Year Use Capacity* (GW) Generation (TWh/yr) Generation (EJ/yr) Total (EJ/yr) 2020 Electricity 25.9 181.8 0.65 2.01 Direct 143.6 377.5 1.36 2030 51.0 380.0 1.37 5.23 407.8 1,071.7 3.86 2050 150.0 1,182.8 4.26 11.83 800.0 2,102.3 7.57

16 Principales conclusiones
La energía geotérmica tiene un importante potencial para proporcionar energía renovable, segura y de carga base a mediano y largo plazo, contribuyendo así a la reducción de emisiones de GEI y a la mitigación del cambio climático. El cambio climático no afectará mayormente el desarrollo y efectividad futura de la energía geotérmica. Los mayores niveles de desarrollo geotermoeléctrico dependen del desarrollo tecnológico y comercial de los sistemas tipo EGS, que no tienen limitaciones geográficas. Aún a un nivel demostrativo, lejos de su aplicación comercial. Los costos nivelados de generación de recursos geotérmicos hidrotermales y de usos directos son actualmente competitivos con los de sistemas basados en combustibles fósiles. Los sistemas EGS requieren apoyos y financiamiento público y privado de manera similar a otras fuentes renovables de energía. Bajo las más favorables condiciones de desarrollo, la geotermia podría suministrar el 3% de la energía eléctrica y el 5% de las necesidades de calor en el mundo hacia el año 2050.

17 Evaluación de la Energía Geotérmica en México
INFORME PREPARADO PARA LA CRE, CON EL APOYO DEL BID Evaluación de la Energía Geotérmica en México Dr. Gerardo Hiriart Le Bert Consultor del BID y Director General de ENAL

18 Particularidades de las tecnologías para generación con energías renovables
Eólica. (Intermitente, poco predecible, económica) Fácil de evaluar el potencial Muy poca integración nacional Costo de la inversión, predecible Solar. (Cíclica, predecible, cara) Minihidro. (Dependiente del riego, poco predecible) Alta integración nacional Costo de la inversión, predecible. Gestión complicada Geotérmica. (Permanente, despachable, económica) Difícil conocer a priori el potencial (alto riesgo) Costo de inversión en pozos incierta (alto riesgo)

19 Revisión de estudios y evaluaciones anteriores
Autor Año Capacidad instalada en esa fecha (MW) Principales premisas y bases de la estimación Total (MW) Alonso, H. 1975 75 Se asumió un potencial de 500 MW en Cerro Prieto, 100 MW en diversas zonas estudiadas y 75 MW en cada una de las zonas descubiertas hasta esa fecha. 4,000 Mercado, S. 1976 Método volumétrico con base en características geoquímicas de las manifestaciones conocidas en esa fecha. 13,110 1985 170 Estimación geológica. Estimó Reservas probadas 1340 MW, probables MW y posibles de 6000 MW. 11,940 Mercado y otros Método volumétrico estimando recursos de temperaturas intermedias ( °C) en dos zonas del país: centro (3600 km2 y 2 km de espesor) y sur (2000 km2 y 1.5 km de espesor). 45,815 Iglesias y Torres 2009 958 Estimación calor almacenado a 3 km método volumétrico y Montecarlo para el 21% de las 1310 manifestaciones reportadas (1993) de temperatura baja a intermedia en 20 estados. 77-86 (EJ térmicos) Ordaz y otros 2011 Método volumétrico sobre localidades de baja a alta temperatura. Reservas probadas: 186 MW, probables: MW, posibles: 7423 MW. 9,686

20 Potencial estimado en MW Modelo de descompresión
Zona geotérmica Estado Potencial estimado en MW Modelo volumétrico* Modelo de descompresión Valor probable Rango (90%) 1. La Soledad Jalisco 52 10 – 94 51 2. Las Planillas 70 26 – 113 83 3. Pathé Hidalgo 33 6 – 61 49 4. Araró Michoacán 21 5 – 37 32 5. Acoculco Puebla 107 38 – 177 48 6. Ixtlán de los Hervores 17 0 – 23 15 7. Los Negritos 24 3 – 44 20 8. Volcán Ceboruco Nayarit 74 34 – 113 50 9. Graben de Compostela 105 35 – 175 110 10. San Antonio El Bravo (Ojinaga) Chihuahua 27 10 – 43 36 11. Maguarichic 1 0.2 – 1.7 12. Puruándiro 10 3 – 17 12 13. Volcán Tacaná Chiapas 60 21 – 99 14. El Orito-Los Borbollones 11 1 – 21 9 15. Santa Cruz de Atistique 2 – 22 13 16. Volcán Chichonal 46 9 – 84 45 17. Hervores de la Vega 20 – 71 18. Los Hervores-El Molote 12 – 59 19. San Bartolomé de los Baños Guanajuato 7 3 – 12 20. Santiago Papasquiaro Durango 4 1 – 7 Total 762 701

21 Zonas Geotérmicas Analizadas en este Informe

22 Potencial de EGS en EEUU y México
En estados Unidos se tiene evaluado un potencial de más de MWe de EGS Se trabaja en medición de flujo de calor terrestre En México tiene un gran potencial; Existen muy pocos estudios y mediciones de flujo de calor del suelo Se requiere cuantificar y detectar zonas con buen potencial Acoculco, Pue, Buen Laboratorio

23 Potencial estimado para México en Roca seca Caliente con tecnología EGS
Potencial geotermoeléctrico de México con recursos de roca seca caliente, susceptible de ser desarrollado con tecnologías de sistemas geotérmicos mejorados (EGS), es del orden de los 24,700 MW para una profundidad máxima de 3000 metros. Este potencial técnico resulta ser 25 veces superior a la capacidad geotermoeléctrica instalada actual en el país, y alrededor del 48% de la capacidad eléctrica total instalada en México para el servicio público.

24 Sitios con potencial para geotermia submarina

25 Potencial de Geotermia Submarina en México
Como conclusión muy preliminar y conservadora, se estima que el potencial geotermoeléctrico con recursos hidrotermales submarino en el Golfo de California y en la plataforma continental de México es del orden de 1200 MW. Este potencial debe considerarse como una estimación muy preliminar, que requiere ser medido y estudiado con más detalle.

26 Muchas gracias por su atención

27 Tipos de recursos geotérmicos
4.1 Introducción Tipos de recursos geotérmicos Type In-situ fluids Subtype Temperature Range Utilization Current Future Convective systems (hydrothermal) Yes Continental H, I & L Power, direct use Submarine H None Power Conductive systems No Shallow (<400 m) L Direct use (GHP) Hot rock (EGS) H, I Proto- types Power, direct use Magma bodies Deep aquifer systems Hydrostatic aquifers Direct use Geo-pressured Rangos de Temperatura: H (Alta): >180°C, I (Intermedia): °C, L (Baja): Ambiental-100°C. GHP: Bombas de calor geotérmico, EGS: Sistemas geotérmicos mejorados.

28 Potencial técnico por regiones
Electric technical potential in EJ/yr at depths to: Technical potentials (EJ/yr) for direct uses 3 km 5 km 10 km Lower Upper OECD North America 25.6 31.8 38.0 91.9 69.3 241.9 2.1 68.1 Latin America 15.5 19.3 23.0 55.7 42.0 146.5 1.3 41.3 OECD Europe 6.0 7.5 8.9 21.6 16.3 56.8 0.5 16.0 Africa 16.8 20.8 24.8 60.0 45.3 158.0 1.4 44.5 Transition Economies 19.5 24.3 29.0 70.0 52.8 184.4 1.6 51.9 Middle East 3.7 4.6 5.5 13.4 10.1 35.2 0.3 9.9 Developing Asia 22.9 28.5 34.2 82.4 62.1 216.9 1.8 61.0 OECD Pacific 7.3 9.1 10.8 26.2 19.7 68.9 0.6 19.4 Total 117.5 145.9 174.3 421.0 317.5 1108.6 9.5 312.2

29 Evolución del mercado Tasa de crecimiento anual promedio de la capacidad geotermoeléctrica instalada en el mundo y de la capacidad de usos directos de la geotermia, incluyendo a las bombas de calor geotérmico, en los últimos 40 años. Year Electric capacity Direct uses capacity MWe % MWth 1970 720 ― N.A. 1975 1,180 10.4 1,300 1980 2,110 12.3 1,950 8.5 1985 4,764 17.7 7,072 29.4 1990 5,834 4.1 8,064 2.7 1995 6,833 3.2 8,664 1.4 2000 7,972 3.1 15,200 11.9 2005 8,933 2.3 27,825 12.9 2010* 10,715 3.7 50,583 12.7 Total annual average: 7.0 11.0 * Fines de 2009. % se refiere al porcentaje de crecimiento anual en el periodo considerado.

30 Impactos ambientales locales
Otras emisiones líquidas y gaseosas durante la operación: H2S, boro, arsénico. Riesgo sísmico y subsidencia. Uso del terreno: Type of power plant Land Use m2/MWe m2/GWh/yr 110-MWe geothermal flash plants (excluding wells) 1,260 160 56-MWe geothermal flash plant (including wells, pipes, etc.) 7,460 900 49-MWe geothermal FC-RC plant (excluding wells) 2,290 290 20-MWe geothermal binary plant (excluding wells) 1,415 170 Impactos sociales locales Creación de empleos, electrificación de zonas aisladas (Maguarichic, México).

31 Investment cost USD2005/kWth LCOH in USD2005/GJ at discount rates of
Costos nivelados de proyectos EGS Costos nivelados de generación obtenidos con modelos del MIT para recursos EGS de alto grado: 10 a 17.5 USDȼ por kWh. Costos nivelados de generación obtenidos con modelos europeos: 30 a 37 USDȼ por kWh. Costos de usos directos Heat application Investment cost USD2005/kWth LCOH in USD2005/GJ at discount rates of 3% 7% 10% Space heating (buildings) 1,600–3,940 20–50 24–65 28–77 Space heating (districts) 570–1,570 12–24 14–31 15–38 Greenhouses 500–1,000 7.7–13 8.6–14 9.3–16 Uncovered aquaculture ponds 50–100 8.5–11 8.6–12 GHP (residential and commercial) 940–3,750 14–42 17–56 19–68 Reducción de costos hacia 2020: 7%