Geotermia roca seca

Geotermia Avanzada: La generación de electricidad con
recursos de roca seca caliente (RSC)
Dr. Eduardo Iglesias Rodríguez
Instituto de Investigaciones Eléctricas
Gerencia de Geotermia
V Congreso Anual de Asociaciones del Sector Energético y
XIII Congreso Anual de la AMEE
Acapulco, 22 de Junio de 2013
Introducción al campo
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En términos generales la energía
geotérmica es la energía térmica
existente en la corteza terrestre.
Fuentes de calor terrestre:
– Núcleo y manto, alta temperatura
– Decaimiento radioactivo de U, Th y K
en la corteza
Flujo térmico promedio 59 mW/m2;
Gradiente térmico promedio 30°C/km;
Existen zonas con grandes intrusiones
magmáticas en las que el flujo y el
gradiente son mayores.
En estas zonas, relativamente escasas, se
encuentran sistemas hidrotermales, de
alta permeabilidad, recursos geotérmicos
convencionales, que explotamos en la
actualidad.
LATIERRA
Corteza
Manto
Núcleo Externo
Núcleo Interno
Introducción al campo (cont.)
• Fuera de estas zonas, y también
en ellas, a profundidad existe
roca caliente de baja
permeabilidad, con poca o
ninguna agua; recursos
geotérmicos de roca seca
caliente.
• La distribución geográfica de
estos recursos es muchísimo más
amplia que la de los recursos
geotérmicos convencionales.
• En USA, Australia y otros países
se estimaron las temperaturas a
profundidades entre 3 y 10 km,
como base para estimar los
recursos de RSC.
100 ° C
150 ° C
200 ° C
250 ° C
300 ° C
Temperaturas estimadas a 10 km de
profundidad en Estados Unidos [Tester et al.
(2006), “The Future of Geothermal EnergyImpact of EGS on the US in the 21st Century”
ISBN 0-615-13438-6]
Sistemas Geotérmicos Mejorados (SGM)
• Diseñados para recuperar energía
térmica de los recursos de roca
seca caliente.
• Se crea* un sistema de fracturas
abiertas, interconectadas.
• Por un pozo se inyecta agua, que
se calentará circulando por las
fracturas.
• El agua caliente/vapor se produce
por otro(s) pozo(s), formando un
sistema cerrado.
• Se genera electricidad con plantas • *El sistema de fracturas se crea
estimulando fracturas
geotérmicas convencionales.
preexistentes.
Sistemas Geotérmicos Mejorados (SGM)
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•
•
Estos recursos son gigantescos:
estimación global.
Otro ejemplo: la fracción recuperable
en USA representa entre 2,800 y
56,000 veces la energía total
consumida allí en 2005.
Este es uno de los pocos recursos
renovables con potencial para
suministrar enormes cantidades de
energía a carga base, sin
almacenamiento, con un impacto
ambiental mínimo.
Se ha demostrado el concepto a
escala piloto y pequeña escala
comercial.
No se identifican barreras técnicas
infranqueables para el desarrollo
comercial de SGMs.
40000
35000
30000
25000
20000
15000
10000
<3 Km <5 Km
<10 Km
Promedio
5000
0
Mínimo
Máximo
• Potencial técnico global (Gwe)*
•
* M. A. Mongillo y C.J. Bromley, 2010,
GRC Transactions, Vol. 34, 103-111
Sistemas Geotérmicos Mejorados (SGM)
• Para 2020-25 se espera contar ,
en el mundo, con 50 plantas de
10 Mwe en promedio.
• Para 2050-60 se espera contar en
USA con una capacidad instalada
de SGMs de 100,000 Mwe.
• Los recursos geotérmicos
convencionales de México están
ampliamente distribuidos.
• Esto sugiere que los SGMs
prometen:
– abundante generación
eléctrica de base,
– en virtualmente cualquier
ubicación en México,
– con emisiones despreciables
de CO2,
– por milenios.
• Los SGM podrían llegar ser la
principal fuente de generación
eléctrica en México en ≈50 años.
Áreas de oportunidad para el desarrollo de la ciencia,
la tecnología y la innovación en México
• Estimación del potencial de los
SGM en México.
• Explorar y desarrollar al menos
un sitio de RSC.
• Instrumentación y pruebas.
• Sismicidad inducida.
• Exploración.
• Desarrollo de SW especializado.
• Perforación y terminación de
pozos.
• Estimulación del yacimiento.
• Incremento de la producción de
pozos.
• Interferencia térmica.
• Incremento de eficiencia de
plantas.
• Administración técnica del
yacimiento.
Actividades para aprovechar las áreas de
oportunidad
Estimación del potencial de los SGM en México.
• Proveería información indispensable para planear el desarrollo
energético del país en el mediano y largo plazo.
• Se utilizaría el protocolo sancionado por la International
Geothermal Association.
• Disciplinas involucradas: geología, geofísica, flujo de calor,
ingeniería de yacimientos geotérmicos, desarrollo de SW.
• Niveles nacional, estatal y regional.
Actividades para aprovechar las áreas de
oportunidad
Explorar y desarrollar al menos un sitio de RSC
• En México se conocen ya algunas áreas apropiadas para desarrollar SGMs.
• Hacerlo constituiría un detonante para la I&D científico y tecnológico de
México, un importante foco para dichas actividades y para el entrenamiento
científico, tecnológico y técnico de muchos jóvenes .
• Seleccionar un sitio con información que indique una buena probabilidad de
alta temperatura y relativamente poca profundidad de yacimiento.
• Completar la exploración detallada mediante sondeos magnetotelúricos,
magnéticos, y de gravedad; utilizar relevamientos de flujo de calor superficial y
sísmica pasiva o activa.
• Desarrollar modelos 3D conceptuales y numéricos del prospecto. Estimar su
potencial.
• Seleccionar sitios de perforación. Perforar. Estimular. Efectuar pruebas de flujo.
Instalar planta. Generar electricidad.
Actividades para aprovechar las áreas de
oportunidad
Instrumentación y pruebas
•
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•
•
Desarrollar sistemas para efectuar
registros de presión, temperatura,
velocidad de flujo y rayos gama en
pozos de alta temperatura.
Diseñar e implementar pruebas con
trazadores adecuadas para
caracterizar yacimientos de RSC.
Diseñar e implementar tomografía
sísmica utilizando instrumentación
dentro de al menos dos pozos.
Diseñar herramientas adecuadas
para uso a altas temperaturas, para
visualizar las fracturas que
interceptan los pozos.
Sismicidad inducida
•
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•
Implementar sistemas para
monitorear la sismicidad inducida
por la estimulación del yacimiento
y por la inyección de agua fría
durante el funcionamiento del
SGM.
Utilizar estos datos para
caracterizar el sistema de fracturas
y su propagación.
Investigar los parámetros
geológicos, estructurales y de
inyección de fluido que pueden
inducir sismos capaces de dañar
instalaciones en la superficie o
afectar a la población.
Actividades para aprovechar las áreas de
oportunidad
• Exploración
• Desarrollar tecnología para
efectuar levantamientos de flujo
de calor en superficie (sin
perforar pozos de gradiente).
• Desarrollar capacidad para
efectuar e interpretar
relevamientos de MT 3D.
• Investigar la polarización de
ondas sísmicas por redes de
fracturas (para detectar las a
profundidad y caracterizarlas).
• Etc.
• Desarrollo de SW especializado
• Para visualizar e interpretar
superposiciones de datos 3D de
diferentes disciplinas (geología,
geología estructural, gravedad,
magnetismo, resistividad, flujo de
calor, temperatura, etc.).
• Para visualizar e interpretar flujo
de calor medido en superficie
(problema inverso).
• Para simular numéricamente
yacimientos de SGM, incluyendo
propagación de fracturas.
• Etc.
Actividades para aprovechar las áreas de
oportunidad
• Perforación y terminación de
pozos
• Desarrollar barrenas con mayor
duración y más rápida
penetración.
• Concebir y desarrollar métodos
“revolucionarios” de perforación
que incrementen
sustancialmente la velocidad de
penetración.
• Desarrollar métodos innovativos
de ademado de los pozos.
• Desarrollar mejores técnicas de
cementación de tuberías para
operaciones a alta temperatura.
• Otras
• Estimulación del yacimiento.
• Incremento de la producción de
pozos.
• Interferencia térmica.
• Incremento de eficiencia de
plantas.
• Administración técnica del
yacimiento.
Estrategias para la formación acelerada de
recursos humanos
• Explorar y desarrollar al menos
un SGM en México, que servirá(n)
como foco para actividades
científicas, tecnológicas y de
innovación del campo.
• Organizar diplomados en este
campo en Institutos de
Investigación y Universidades del
país.
• Promover las áreas de
oportunidad y actividades
relacionadas en Institutos de
Investigación y Universidades del
país relacionados con las mismas.
• Incluir en las carreras
universitarias relacionadas (e.g.,
ingeniería en energía, geología,
geofísica, ingeniería petrolera,
etc.) el tema de los SGMs.
• Conceder becas a investigadores
y estudiantes para obtener
conocimientos relacionados con
el campo en instituciones
extranjeras líderes en SGMs.
Sumario y Conclusiones
• Las características geológicas y estructurales del país, así como la
amplísima distribución de sus recursos geotérmico convencionales,
indican que México cuenta con un enorme potencial para generar
electricidad a partir de recursos de roca seca caliente.
• Para aprovechar estos recursos existe el concepto de SGM, desarrollado
en USA, Japón, Reino Unido, Francia, Alemania y Australia durante casi 40
años.
• Con este concepto actualmente se puede:
1. Perforar pozos hasta profundidades con temperaturas adecuadas para
generar electricidad;
2. Fracturar grandes volúmenes de roca > 2.5 km3;
3. Perforar el sistema de fracturas estimulado;
4. Inyectar agua fría en el sistema y recuperar agua caliente y vapor en
pozos de producción;
5. Generar electricidad a precios competitivos en algunas áreas.
Sumario y Conclusiones (cont.)
• En México los SGM prometen abundante generación eléctrica de carga
base, virtualmente en cualquier ubicación, prácticamente sin emisiones
que perjudiquen al medio ambiente, probablemente por milenios.
• Los SGM podrían llegar ser la principal fuente de generación eléctrica en
México en ≈50 años.
• Existe un número de áreas de oportunidad, destacándose la estimación
del potencial de los SGM en México, la posibilidad de iniciar el desarrollo
de más de un sistema en el corto plazo, desarrollo de instrumentación y
diseño de pruebas para caracterizar los yacimientos, investigación y
desarrollo en relación la sismicidad inducida por la estimulación y la
inyección de agua fría, investigación y desarrollo de tecnología de
exploración, desarrollo de SW especializado, y avances en perforación y
terminación de pozos.
• Se propusieron varias estrategias para la formación acelerada de recursos
humanos.