Aspectos relevantes del Capítulo 4:

Energía Geotérmica

Luis C.A. Gutiérrez NegrínAsociación Geotérmica Mexicana

Octubre de 2011

4.1 Energía geotérmica

- Definición- Origen del calor: Decaimiento radiactivo (52%) y calor residual de la formación del planeta (48%).- Energía calorífica del interior de la tierra: 12.6 x 1012 EJ.- Energía calorífica de la litósfera (~50 km de profundidad): 5.4 x 109 EJ.-- Flujo térmico anual: 1,388 EJ/año (~315 en continentes y 1073 en océanos).- Usos directos e indirectos

Producción mundial de energía primaria (TPES) en 2008: 492

EJ/año

T °C

180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30A

GU

A

CA

LIE

NTE

VA

PO

R

SATU

RA

DO

Acondicionamiento de espacios (calefacción)

Procesos de secado: de madera, alimentos, etc.

Acuacultura, bombas de calor (GHP)

Balneología

Generación de energía eléctrica con ciclo unitario

Ciclo binario, concentración de sales

Aprovechamiento de la energía geotérmica

Tipo Fluidos naturales Subtipo Temperatu

ra

Uso

Actual Potencial

Convectivo (Hidrotermal)

SíContinental A, I, B Eléctrico, usos

directos

Submarino A Ninguno Eléctrico

Conductivo No

Somero (<400 m) B Directos (y GHP)

Roca seca caliente (EGS) A, I Prototip

osEléctrico, directos

Cuerpos de magma A Ninguno Eléctrico,

directos

Sistemas acuíferos profundos

Sí

Acuíferos hidrostáticos

A, I, B Directos Eléctrico, directosGeopresurizad

os

Tipos de sistemas geotérmicos

Notas:Temperatura: A (alta): >180°C, I (intermedia): 180-100°C, B: Baja: <100°C.EGS: Sistemas geotérmicos mejorados (Enhanced or Engineered Geothermal Systems).GHP: Bombas de calor geotérmico (Geothermal Heat Pumps).

4.2 Potencial geotérmico

Potencial teórico: Límite físico superior de la energía recuperable.Potencial técnico: Producción de energía obtenible con completa implementación de tecnologías y prácticas demostradas, independientemente de costos, barreras o políticas públicas.Estimación del potencial técnico

Para generación de energía eléctrica- Estimación del potencial para recursos

hidrotermales (Stefansson, 2005)- Estimación del potencial para recursos de

roca seca caliente aprovechable con sistemas tipo EGS (estimación original del capítulo 4)

Para usos directos (Stefansson, 2005)

Formación de recursos hidrotermales

Vulcanismo

Fusión de la corteza oceánica

Probables yacimientos geotérmicos

Yacimientos hidrotermales

Potencial técnico para electricidad

Estimación de Stefansson (2005) para recursos de tipo hidrotermal

- Identificados: 50 a 200 GW (equivalentes a 1.4 - 5.7 EJ/año con FP de 90%.- Ocultos: 1000 a 2000 GW (equivalentes a 28.4 - 56.8 EJ/año con FP 90%).

Potencial técnico de recursos de roca seca caliente tipo EGS

Depth range (km)

Technically accessible stored heat from EGS Estimated technical potential (electric) for

EGS (EJ/yr)(106 EJ) Source

0–10 403 Rowley, 1982 1051.80–10 110.4 Tester et al., 2005 288.10–5 139.5 Interpolation between values from

Rowley (1982) and EPRI (1978) 364.2

0–5 55.9 Interpolation between values from Tester et al. (2005) and EPRI (1978) 145.9

0–3 34.1 EPRI, 1978 89.1

Trabajo de Tester et al. (2006)- Cálculo del calor almacenado bajo la superficie continental de EUA a menos de 10 km de profundidad (sin Alaska. Hawai y Yellowstone: 13.4 x 106 EJ.- Premisas: recuperación del 2%, pérdidas en conversión de energía térmica en eléctrica, vida útil de 30 años.- Capacidad eléctrica instalable: 1249 GW (equivalente a 35.4 EJ/año con FP de 90%).- Equivalencia aproximada para EUA: 1 x 106 EJ de calor almacenado ~ 2.61 EJ/año de energía eléctrica.

Potenciales técnicos globales

Estimación de Stefansson (2005) para recursos hidrotermales (menores de 130°C)

- Mínimo de 1000 GWt, máximos de 22,000 a 44,000 GWt (promedio superior: 33,000 GWt).- Asumiendo un FP promedio de 30%, se obtiene un mínimo de 9.5 EJ/año y un máximo de 312.2 EJ/año.

Cálculo del potencial técnico de usos directos (calor)

318

174

118 10

1109

421

146

312

0

200

400

600

800

1000

1200

Electricity (10 km depth)

Electricity (5 km depth)

Electricity (3 km depth)

Thermal (direct uses)

EJ/y

r (el

ectr

ic o

r the

rmal

) Estimación total del

potencial técnico de

los recursos geotérmico

s en el mundo

Máx.

Mín.

Capacidad geotermoeléctrica mundial en 2010

PAÍS MW1. Estados Unidos 3,093.52. Filipinas 1,904.03. Indonesia 1,197.34. México 958.05. Italia 842.56. Nueva Zelanda 628.07. Islandia 574.68. Japón 536.09. El Salvador 204.410. Kenya 167.011. Costa Rica 165.512. Nicaragua 87.513. Rusia 81.914. Turquía 81.615. Papúa-Nueva Guinea (Isla Lihir) 56.016. Guatemala 52.017. Portugal (Islas Azores) 28.518. China (incluye Tibet) 24.219. Francia (Isla Guadalupe y Alsacia) 16.220. Etiopía 7.321. Alemania 6.622. Austria 1.423. Tailandia 0.3

24. Australia 0.1TOTAL 10,715.4

~0.2% de la capacidad eléctrica

mundial

4.4 Situación del mercado

Estados UnidosFilipinas

Indonesia

México

ItaliaIslandia

JapónNZ

América Central

Rusia

Caribe

África Oriental

Canadá

ChileTurquía

Hungría

ChinaIndia

Australia

Líderes del crecimiento mundial

a corto plazoMercados geotérmicos

emergentes con crecimiento potencial relevante

Recursos convencionales limitados, pero con actividad exploratoria en

recursos de baja temperatura y EGS

Capacidad geotermoeléctrica instalada

Tip

o d

e r

ecu

rso

geoté

rmic

o Hidr

oter

mal

es

de a

lta

tem

pera

tura

Hid

rote

rmal

es

de b

aja

tem

pera

tura

EGS

Alemania

Mercado geotermoeléctrico mundial

CFE

(M

éxic

o)

1,200

900

600

300

0

MW

EN

EL

Gre

en

E

nerg

yFi

rst

Gen

/PN

OC

/ED

CC

alp

ine

Orm

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a

(Mag

ma)

Terr

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erg

y

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Ele

ctri

c Po

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PLN

Nort

hern

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Ele

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c Po

wer

Mid

Am

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can

Tran

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E (

Cost

a R

ica)

Ken

Gen

Mig

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Riv

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LaG

eo (

El S

alv

ad

or)

Ch

evro

n

Principales compañías propietarias de plantas geotermoeléctricas en el mundo

Mercado de usos directos de la geotermia en el mundo en 2010

58%22%

8%

6%

2% 2%0%

1%Aplicación MWt

Bombas de calor33,760

Calefacción13,130

Balnearios 4,760

Invernaderos 3,620

Acuacultura 1,400

Usos industriales 1,300

Usos agrícolas 250

Otros 350

Total58,580

4.7 Cálculos de costosComponentes del costo de inversión

10-15%

20-25%

10-20%

40-81%

a) Exploración y confirmación b) Perforación de pozos

c) Instalaciones superficiales d) Planta

% éxito en perforación:20-25% en pozos de exploración50-60% en pozos de desarrollo

Rangos de costos de inversión

Plantas a condensación

Plantas de ciclo binario

Calefacción (edificios)

Calefacción (distritos)

Bombas de calor geotérmico

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Costo de inversión en USD/kW (eléctrico o térmico)

• Altos costos iniciales debido a la perforación de pozos.• En proyectos de expansión los costos de inversión pueden ser 10 a 15% menores.• Amplias variaciones regionales.

1,780 - 3,560

2,130 – 5,200

Cifras en dólares a precios de 2005

Elementos para el cálculo de costos nivelados de generación

Estimación de costos de O&M• O&M incluyen costos fijos y variables• Los pozos de reposición deben considerarse como costos de O&M• Promedio mundial: 152 a 187 USD/kW/año (dólares de 2005)• Casos especiales: NZ: 83 a 117 USD/kW/año (dólares de 2005)

Parámetros relevantes

• Tiempo de vida útil: 25 a 30 años (casos con más de 30 años)• Factor de planta: Promedio mundial en 2009: 74.5%. Plantas nuevas >90%.

1995 2000 2005 20080

20

40

60

80

100

63.570.5 71.2 74.5

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

60% 65% 70% 75% 80% 85% 90%

Leve

lized

Cos

t of E

nerg

y (U

Sce

nt/k

Wh)

Capacity Factor

Geothermal (condensing-flash), US$ 1800

Geothermal (condensing-flash), US$ 2700

Geothermal (condensing-flash), US$ 3600

Geothermal (binary cycle), US$ 2100

Geothermal (binary cycle), US$ 3650

Geothermal (binary cycle), US$ 5200

Global average in 2008

Costos nivelados de generación eléctrica (LCOE)

Tasas de descuento de 5, 7 y 10% anual, vida útil de 27.5 años, costo promedio de O&M.

Rango completo:- 3.1-13 USD¢/kWh (condensación)- 3.3-17 USD¢/kWh (ciclo binario)

Plantas a condensación

Calefacción (edificios)

Bombas de calor geotérmico

0 50 100 150 200 250 300

Costo nivelado de generación en USD/MWh(eléctrico o térmico)

Costos nivelados de generación eléctrica y térmica (LCOE y LCOH)

-No hay cálculos para proyectos tipo EGS, pero de acuerdo con los modelos van de un mínimo de 100 a un máximo de 370 USD/MWh.- El costo de generación es muy dependiente del factor de planta y el tiempo de vida útil.

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