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
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(Mag
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El S
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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.
33 – 170
31 – 130