LA GEOTERMIA, UNA FUENTE DE ENERGÍA LIMPIA CONSEJO

LA GEOTERMIA,
UNA FUENTE DE ENERGÍA LIMPIA
CONSEJO NACIONAL DE OPERACIÓN
Bogotá, Agosto 19 de 2015
CONTENIDO
Geotermia
Aprovechamiento de la geotermia
Usos directos de la geotermia
Generación de electricidad a partir de la geotermia
Beneficios de la generación de energía geotérmica
Etapas del Desarrollo Geotérmico
Estudios de geología
Estudios de geoquímica
Estudios de geofísica
Modelo geotérmico conceptual
Costos indicativos de generación de energía geotérmica
ISAGEN
Energía inteligente y
prosperidad para todos
3032 MW instalados
2732 MW hídricos
300 MW térmicos
16% de la energía del país
GEOTERMIA
Es una fuente de energía limpia, renovable y ambientalmente amigable,
proveniente del calor interno de la tierra.
Aprovechada en más de 90 países del
mundo.
Los recursos de baja temperatura
distribuidos en todo el mundo, no están
restringidos a áreas volcánicas y están
disponibles para varios aprovechamientos
directos, como spas, calentamientos, entre
otros.
Los recursos de alta temperatura pueden
ser aprovechados para generar energía
eléctrica. En el mundo se genera
aproximadamente
67
TWh/año
de
electricidad en 24 países. Landerello, fue la
primera planta geotérmica y en Italia se
genera desde 1906.
GEOTERMIA
“Calor interno de la tierra”
Campo Geotérmico: Es una definición geográfica, usualmente indica un área de
actividad geotérmica sobre la superficie de la tierra
Sistema Geotérmico: Se refiere a todas las partes que involucra el sistema
hidrológico, incluyendo zona de recarga, partes del sustrato y el sistema del
flujo de salida.
Reservorio Geotérmico: Indica las partes calientes y permeables de un sistema
geotérmico que puede ser directamente explotado.
Gradiente normal de temperatura en la
corteza terrestre equivale a 30 °C / km
Temperatura núcleo interno = 5000°C Aprox.
La corteza terrestre en promedio tiene un
espesor aproximado de 30 km.
Temperatura núcleo externo = 4000°C Aprox.
Fuente: http://www.geothermal-energy.org/what_is_geothermal_energy.html
GEOTERMIA
Se manifiesta en
forma de
fuentes
termales, y
fumarolas que
descargan agua
y vapor
Los lugares más
apropiados están
cerca
a
los
volcanes, en cuyo
interior existe alta
temperatura.
Es el calor contenido en el interior de la Tierra que puede ser
recuperado y aprovechado desde la superficie hasta 3km de
profundidad.
GEOTERMIA
Clasificación de los campos geotérmicos
Sistemas geotérmicos convencionales (CGS)
que corresponden a la mayor parte de la
generación de energía eléctrica a partir de la
geotermia en el mundo. Recurso de 2 a 3 km
de profundidad.
Fuente de calor: Volcanes activos.
Permeabilidad natural: fallas geológicas.
Disponibilidad de agua por ciclo
hidrológico natural.
Sistemas geotérmicos no convencionales
(UGS)
Plantas
experimentales
a
profundidades de 4 a 5 km.
EGS: Sistemas geotérmicos mejorados
HDR: Roca seca caliente (fracturamiento
hidráulico)
SGS: Sistemas geotérmicos supercríticos.
http://www.geothermal-energy.org/what_is_geothermal_energy.html
Fuente: Manual de geotermia, como planificar y financiar la generación de electricidad, Informe técnico 002, 2012, ESMAP.
APROVECHAMIENTO DE LA GEOTERMIA
PRODUCCIÓN ELÉCTRICA
(GWh/año)
USA
Filipinas
Indonesia
México
Italia
Islandia
Nueva Zelandia
Japón
Kenia
El Salvador
Costa Rica
Turquía
16.603
10.311
9.600
7.047
5.520
4.597
4.055
3.064
1.430
1.422
1.131
490
USOS DIRECTOS DEL CALOR
(GWh/año)
China
USA
Suecia
Turquía
Japón
Noruega
Islandia
Francia
Alemania
Holanda
Italia
Hungria
20.932
15.710
12.585
10.247
7.139
7.001
6.768
3.592
3.546
2.972
2.762
2.713
(Fuente: Bertani, 2010; Lund ofl., 2010)
USOS DIRECTOS DE LA GEOTERMIA
Fuente: Lund, J. Geo Heat Center, Oregon Institute of Technology.
GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD A PARTIR DE LA
GEOTERMIA
GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD A PARTIR DE LA
GEOTERMIA
•
Flash simple
•
Doble flash
•
Binaria
•
Turbinas
• Contrapresión
• Condensación
• Una o varias etapas
http://www.geothermal-energy.org/what_is_geothermal_energy.html
GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD A PARTIR DE LA
GEOTERMIA PLANTA GEOTÉRMICA BINARIA (BERLIN
EL SALVADOR)
ISAGEN 2014
Subestación
Sala de control y de
máquinas
Torre de
enfriamiento
Intercambiadores de
calor
GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD A PARTIR DE LA
GEOTERMIA
CAPA SELLO
PERMEABILIDAD
VAPOR Y AGUA CALIENTE
CALOR
GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD A PARTIR DE LA
GEOTERMIA
Características ideales del recurso geotérmico
Calor: Temperatura de recurso geotérmico mayor o
igual a 240°C y presión de cientos de veces la presión
atmosférica de orden de magnitud en el reservorio.
Permeabilidad: Transmisividad de media decena o
decenas de Darcy metros en el reservorio en
profundidad.
Cantidad de vapor: Flujo másico de quinientas a mil
toneladas por hora de vapor de composición química
clorurada alcalina.
Capa sello: Extensión de la capa sello de decenas de
kilómetros cuadrados.
GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD A PARTIR DE LA
GEOTERMIA
Calor: Este parámetro se puede medir con sondas durante las
pruebas de terminación de pozos geotérmicos exploratorios.
Durante la operación de un pozo geotérmico se mide la
temperatura y la presión del recurso geotérmico en la cabeza del
pozo, en el separador y en la central de generación.
Permeabilidad: La transmisividad se mide en las pruebas de
inyección de terminación de perforación de pozos geotérmicos.
Cantidad de vapor: Durante las pruebas de producción de pozos
exploratorios se puede estimar el flujo másico de vapor
separado del recurso geotérmico a presión atmosférica.
Durante la operación de la central geotérmica se puede medir el
flujo volumétrico de vapor a la entrada de la turbina y se puede
estimar el flujo másico con la energía generada.
Capa sello: La extensión de la capa sello se obtiene a partir del
estudio de magnetotelúrica, toda vez que está compuesta de
arcilla.
BENEFICIOS DE LA GENERACIÓN DE ENERGÍA GEOTERMICA
Estabilidad pues no le afectan los
climáticos que ocurren a su alrededor.
fenómenos
Promueve la utilización de un recurso renovable
con alto factor de planta diversificando la matriz
energética.
Evita las emisiones de gases de efecto invernadero
GEI reduciendo la dependencia del uso de
combustibles.
El recurso utilizado (vapor y agua) se reinyecta al
sistema geotérmico y es una tecnología de bajas
emisiones de carbono.
No implica el uso de grandes extensiones de
terreno.
BENEFICIOS DE LA GENERACIÓN DE ENERGÍA GEOTERMICA
Con un manejo adecuado, es una tecnología de
bajo impacto ambiental y mínimos costos
variables de producción de electricidad.
La tecnología para su exploración y explotación
es bien conocida, probada y confiable.
En El Salvador y Costa Rica se aprovecha para
generación de electricidad desde hace más de
30 años.
Las actividades de construcción y operación
generan beneficios para las comunidades en su
zona de influencia.
BENEFICIOS DE LA GENERACIÓN DE ENERGÍA GEOTERMICA
Fuente: IEA, 2011
ETAPAS DEL DESARROLLO GEOTÉRMICO
RECONOCIMIENTO
(1 AÑO)
Identificación y selección
de zonas potenciales
Análisis de
ambientales
restricciones
OPERACIÓN
COMERCIAL
Socialización y participación comunitaria
PREFACTIBILIDAD
(2.5 años)
Toma fotografías y restitución
Geología de detalle
Alteraciones hidrotermales
Geofísica (gravimetría,
magnetotelúrica, sísmica)
Geoquímica
Hidrogeología
Gradiente térmico
Modelo geotérmico conceptual
Selección de sitios de perforación
exploratoria
Diseño de pozos de perforación
exploratoria
Diseño de vías de acceso
EIA para exploración y uso
Obtención Licencia ambiental
FACTIBILIDAD
(1.5 años)
Perforaciones exploratorias (2 a
3 km).
Evaluación del yacimiento.
Análisis de viabilidad técnica
Análisis de viabilidad económica
Ejecución del PMA para la fase de
exploración.
DESARROLLO
(3 años)
Perforación de pozos de
producción
Perforación de pozos de
reinyección
Construcción de líneas de
conducción
Construcción de la central de
generación y conexión al STN
Alistamiento y pruebas
Ejecución
del
PMA
construcción y operación.
para
ESTUDIOS DE GEOLOGÍA
Cartografía Geológica
Mapas, fotografías aéreas, imágenes de satélite
Mapeo unidades –litología (macro – micro)
Análisis químico de rocas
Mapeo y análisis de alteraciones hidrotermales
Mapeo de fumarolas, fuentes termales, suelos calientes.
Volumen de los productos volcánicos
Actividad volcánica – Dataciones
Amenaza volcánica
Geología Estructural
Mapeo de fallas, fisuras, diques, diaclasas
Cinemática de fallas
Edad de las fallas y fisuras
Vulcanología
Mapeo de cráteres y fisuras
Edad de cráteres y fisuras
Tipo de productos expulsados
Modelo Geológico
Ambiente e historia tectónica
Historia volcánica
Localización y tipos de fuentes de calor
Estructura permeable
Riesgo geológico
ESTUDIOS DE GEOQUÍMICA
Mapeo de manifestaciones termales.
Obtener temperatura del reservorio
Composición química de los fluidos
Modelos de flujo
Modelo geoquímico conceptual
Evaluación de la potencial corrosión del fluido
Evaluación de incrustaciones potenciales
Evaluación de las zonas activas de ascenso de fluido
(upflow)
Muestreo y análisis de manantiales termales, fumarolas
y pozos para análisis químicos, isotópicos.
Muestreo y análisis de fluidos (geo-termometros y
composición química del recurso geotérmico)
Fuente: LAGEO, Curso corto de geotermia, 2015.
ESTUDIOS DE GEOFÍSICA
El objetivo es medir diferentes atributos físicos de la
corteza terrestre desde la superficie.
Delimitar el recurso geotérmico
Contorno del campo de producción
Localizar acuíferos, estructuras.
Localizar zonas de alteración hidrotermal
Evaluar las propiedades generales del sistema
geotérmico
Los principales métodos geofísicos empleados en
geotermia son:
Métodos termales - Temperatura del suelo y flujo
de calor.
Transiente electromagnético (Fuente controlada)
TDEM Profundidad de 0 a 300 m.
Magnetotelúrica (MT, AMT) (Fuente natural) Prof.
MT: 100 m – 30 km
Prof. AMT: 0 – 300 m
Métodos magnéticos – Roca magnetizada
Métodos sísmicos (velocidad del sonido,
sismicidad, estructuras geológicas)
El método geofísico más aplicado en geotermia es la
magnetotelúrica.
Fuente: LAGEO, Curso corto de geotermia, 2015.
ESTUDIOS DE GEOFÍSICA
Magnetotelúrica (MT-AMT)
Fuente: LAGEO, Curso corto de geotermia, 2015.
APORTE POR DISCIPLINA AL MODELO
GEOTÉRMICO CONCEPTUAL
Elementos
Geología
Geoquímica
Geofísica
Fuente de calor
X
X
Capa sello
X
X
Zona de Salida “Outflow”
Reservorio
X
X
X
X
X
X
Zona de ascenso
Zona de recarga
X
X
Patrón de circulación de
fluidos
X
X
Objetivos de perforación
X
X
X
MODELO GEOTÉRMICO CONCEPTUAL
Un modelo geotérmico conceptual comprende y sintetiza la siguiente
información:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Tamaño del sistema (área, profundidad, límites)
Naturaleza de la Fuente de calor
Localización / intensidad del flujo de calor
Localización / zonas de recarga
Patrón de flujo en el sistema (natural + estado de producción)
Condiciones termodinámicas iniciales (Modelos T y P)
Localización del recurso geotérmico
Localización of principales estructuras permeables(fallas, capas,
etc.)
9. Localización los límites internos, Ej. barreras de flujo
10.Delinear la roca sello del sistema
11.División en subsistemas, o reservorios separados
MODELO GEOTÉRMICO CONCEPTUAL
COMPONENTES:
CAPA SELLO, CALOR, PERMEABILIDAD, CANTIDAD Y QUÍMICA DEL VAPOR
Fuente: LaGeo
COSTOS INDICATIVOS DE GENERACIÓN DE
ELECTRICIDAD A PARTIR DE LA GEOTERMIA
Fuente: Manual de geotermia, como planificar y financiar la generación de electricidad, Informe técnico 002, 2012, ESMAP.
Gracias