GEOTERMIA COMO ALTERNATIVA ENERGETICA EN MEXICO, ¿ES REALMENTE VIABLE? (Estudio realizado en el campo geotérmico de Los Humeros, Puebla México). Miguel Alejandro González González, [email protected]

-Resumen-

Se presenta el siguiente estudio con el fin de evaluar a la energía geotérmica desde el punto de vista energético, si es realmente una alternativa viable para el gobierno mexicano el construir este tipo de plantas (energía geotérmica) aplicando estudios de costos, incluyendo la inversión inicial, los costos asociados a la planta (Los Humeros) y determinar así el beneficio neto, además el costo de producción KW-$. A su vez se analizan las ventajas y desventajas de este tipo de energía, su impacto social, ambiental y que tanto contribuye a la generación de energía en el país. Otro punto importante de este estudio es el que una vez analizados las diferentes etapas de este proyecto, poder llegar a una conclusión si es viable el utilizar la energía geotérmica, y para que usos además del eléctrico puede ser útil este tipo de energía. -INTRODUCCIÓN¿Qué es la energía geotérmica? La energía geotérmica es aquella energía que puede ser obtenida por el hombre mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra. El calor del interior de la Tierra se debe a varios factores, entre los que cabe destacar el gradiente geotérmico, el calor radiogénico, etc. Geotérmico viene del griego geo, "Tierra", y thermos, "calor"; literalmente "calor de la Tierra".

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Fig. 1.- calor interno.

En los años 80 casi el total de la energía consumida en el mundo provenía de la quema de combustibles fósiles, considerando el mismo consumo perca pita de esos años y el aumento de la población, se estima que para el año 2025 se quemaran 14,000 millones de toneladas de carbón. Es decir, habrá un incremento del 40%. Ello producirá una aceleración del calentamiento global y además al elevarse la temperatura del planeta esto acelerara el deshielo de los casquetes polares e irremediablemente habrá un aumento en el nivel de los océanos, que puede llegar a ser catastrófico para el ser humano. En México al igual que en la mayoría de los países del mundo la economía está regida por que tanto petróleo produce el país, y la mayoría de las máquinas, los automóviles etc. Utilizan combustibles fósiles. El 51.87% de la energía eléctrica es producida por termoeléctricas, y estas ocupan combustible fósil. Los combustibles fósiles se agotan eso es una realidad, y además amenazan con causar una catástrofe ecológica a nivel mundial. La energía Nuclear es muy costosa y peligrosa. ¿Qué alternativas nos quedan? Actualmente se vive una crisis energética y esto ha obligado a especialistas de distintas partes del mundo a formular un replanteo sobre los mecanismos de generación de electricidad. A nivel mundial se han empezado a utilizar otras fuentes para la generación de energía llamadas energías alternativas. ¿Qué son las energías alternativas? Son fuentes de obtención de energía sin destrucción del medio ambiente, renovables que han sido investigadas y desarrolladas en las últimas décadas, algunas de ellas son, eólica, solar, biomasa y la energía geotérmica de la cual se hablara a fondo en este trabajo.

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Fig. 2.- energías alternativas.

FENÓMENOS QUE PUEDEN INDICAR ÁREAS GEOTERMICAS: 1) VOLCANISMO RECIENTE. 2) ZONAS DE ALTERACIÓN HIDROTERMAL. 3) EMANACIONES DE VAPOR CALIENTE O GASES. 4) FUENTES TERMALES Y MINERALES. 5) DETERMINADAS MINERALIZACIONES Y DEPOSITO DE SALES. 6) ANOMALIA TÉRMICA.

CAUSAS QUE PUEDEN GENERAR UN CAMPO GEOTÉRMICO:

1) INTRUSIÓN MAGMATICA

2) COLISIÓN DE PLACAS

A)

ELEMENTOS QUÍMICOS

B)

ELEMENTOS RADIOACTIVOS

C)

MECÁNICOS

E)

SEPARACIÓN

F)

SUBSTRACCIÓN

G)

OBDUCCIÓN

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-ANTECEDENTESUtilizada por primera vez en Larderello, Italia, en 1904, esta fuente de energía tiene un importante potencial para su desarrollo en numerosos países. Actualmente utilizada en más de 20 países en todo el planeta aporta ya unos 13 mil MW de potencia, lo que representa el 8% de la capacidad instalada mundialmente. En el continente americano la primera planta de energía geotérmica fue la de Pathé en el estado de Hidalgo en México en 1959. Esta planta producía 3500 kilovatios, pero tuvo que ser abandonada ya que el vapor no era suficiente. DSC02236 GEOTERMIA EN EL MUNDO:

Estados Unidos Filipinas México

2,228 MW de Capacidad 1,1908 MW de Capacidad 853 MW de Capacidad

USOS:

Más energía Eléctrica Balnearios Calefacción Invernaderos Secado de Madera Deshidratación de frutas y legumbres

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VENTAJAS:

Produce muy pocas emanaciones de gases. El bióxido de carbono emitido por una geotermoelectrica representa la quinta parte que emite una termoeléctrica. No produce óxidos de nitrógeno No consumen agua para enfriamiento.

DESVENTAJAS:

1.

En ciertos casos emisión de ácido sulfhídrico que se detecta por su olor a huevo podrido, pero que en grandes cantidades no se percibe y es letal.

2. En ciertos casos, emisión de CO2, con aumento de efecto invernadero; es inferior al que se emitiría para obtener la misma energía por combustión. 3. Contaminación de aguas próximas con sustancias como arsénico, amoníaco, etc. 4. Contaminación térmica. 5. Deterioro del paisaje. 6. No se puede transportar (como energía primaria). 7. No está disponible más que en determinados lugares.

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EL CASO MEXICANO: En México se comenzó la producción geotérmica industrial (75 MW) en abril de 1973, es decir, hace más de 30 años generando en Cerro Prieto sin mayores problemas. Lo que inicialmente se desarrolló como una fuente alternativa de Energía para diversificar la

oferta de fuentes primarias, en la actualidad se ha transformado en una fuente de energía económica, que incluso compite con centrales de ciclo combinado a los precios de mercado de nuestro gas natural. México tiene actualmente una potencia neta instalada de 720 MW en Cerro Prieto, 193 MW en Los Azufres, 30 MW en Los Humeros y 10 MW en Tres Vírgenes. Aunque la energía geotérmica generada en México representa sólo el 3% del total nacional, cada campo tiene su particularidad. Por ejemplo, Cerro Prieto con sus 720 MW es el sostén básico de la generación en el sistema aislado del noroeste del país, frontera con California, donde hasta hace poco su aporte era del 75% de ese sistema. Los Azufres, en el altiplano mexicano a 2.800 m sobre el nivel del mar y a 200 km de la capital, Genera casi 200 MW con la gran ventaja para el sistema central que no consume agua de enfriamiento ni emite gases de combustión. Los Húmeros con 30 MW es el yacimiento con más alta temperatura del país (400° C).

Fig. 3.- energías alternativas en México.

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“La energía Geotérmica le ahorra a México 10 millones de barriles de petrolero al año”. OBJETIVO Si tomamos como alternativa de la geotermia, para la generación de electricidad, podríamos elaborar un esquema que incluya las inversiones y los costos asociados a la operación de cada planta para determinar en el tiempo el beneficio neto, que puede identificarse en base a las siguientes ecuaciones:

a) Planta térmica

n

Ii $ ! 1(G $ C ) # VR " CTt

.... 1

Donde:

Ii = Inversión Inicial. G = Gastos de operación y mantenimiento. n = Años de 1 a 20 ó a 30. C = Gastos por combustible. CTt = Costo total de la Planta Térmica VR = Valor de Rescate.

b) Planta Geotérmica ( incluyendo exploración):

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n * ' PI $ ( I + P # ! G (1 # p)% # VR " CT g 1 ) &

.... 2

Donde:

PI = Inversión inicial I = Inversión para exploración. G = Gastos de operación y mantenimiento. P = Probabilidad de éxito. CTg = Costo total de la Planta Geotérmica. VR = Valor de rescate.

De las

ecuaciones 1 y 2 obtendremos por diferencias el beneficio neto

correspondiente a una u otra planta de acuerdo al signo de la ecuación que podemos representarla con la ecuación 3.

B " (CTt # CT g )

….3

Donde :

B = Beneficio neto.

Haciendo una gráfica esquemática de la representación de las anteriores ecuaciones y en base a la experiencia captada en los diferentes países, en cuanto

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se refiere a los estudios de inversión correspondientes, se obtiene el esquema de la Figura 4.

Fig. 4.-Gráfica que representa la comparación de Gastos entre las plantas térmicas convencionales y las plantas geotérmicas.

En términos de costo de Kwh. generado, la experiencia nos dice que para un campo X los primeros Kwh. generados asociados a las primeras instalaciones representarán un costo a nivel equivalente de las plantas tomadas como alternativa. Sin embargo, la adición de nuevas plantas, o sea el incremento de la capacidad instalada por la adición de nuevos pozos productores, implica, necesariamente, una disminución progresiva en los costos de generación. Lo anterior puede quedar representado en forma esquemática de acuerdo a la Figura 5:

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Fig. 5.-Gráfica que muestra la disminución progresiva en los costos de generación.

Con el estudio una vez hecho, ver que tan factible es el utilizar la energía geotérmica, y si es conveniente aplicarla a una ciudad, en este caso a la ciudad de Querétaro. Tomando en cuenta también los siguientes factores: Inversión inicial. Costos de producción $ por KW. Producción anual. Dependencia con los costos de otros energéticos. GEOTERMIA COMO ALTERNATIVA ENERGETICA EN MEXICO, ¿ES REALMENTE VIABLE?!

Impacto Social. Impacto Ambiental. JUSTIFICACION: En los años 80 casi el total de la energia consumida en el mundo provenía de la quema de combustibles fósiles, considerando el mismo consumo perca pita de esos años y el aumento de la población, se estima que para el año 2025 se quemaran 14,000 millones de toneladas de carbón. Es decir, habrá un incremento del 40%. Ello producirá una aceleración del calentamiento global y además al elevarse la temperatura del planeta esto acelerara el deshielo de los casquetes polares e irremediablemente habrá un aumento en el nivel de los océanos, que puede llegar a ser catastrófico para el ser humano. En México al igual que en la mayoría de los países del mundo la economía está regida por que tanto petróleo produce el país, y la mayoría de las maquinas, los automóviles etc. Utilizan combustibles fósiles. El 51.87% de la energía eléctrica es producida por termoeléctricas, y estas ocupan combustible fósil. Los combustibles fósiles se agotan eso es una realidad, y además amenazan con causar una catástrofe ecológica a nivel mundial. La energía Nuclear es muy costosa y peligrosa. ¿Qué alternativas nos quedan? Actualmente se vive una crisis energética y esto ha obligado a especialistas de distintas partes del mundo a formular un replanteo sobre los mecanismos de generación de electricidad. A nivel mundial se han empezado a utilizar otras fuentes para la generación de energía llamadas energías alternativas. ¿Qué son las energías alternativas? Son fuentes de obtención de energía sin destrucción del medio ambiente, renovables que han sido investigadas y desarrolladas en las últimas décadas, algunas de ellas son, eólica, solar, biomasa y la energía geotérmica de la cual se hablara a fondo en este trabajo. El resultado, es que la utilización de la energía Geotérmica se incrementará en un futuro próximo y probablemente para la década que viene.

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La historia reciente de los sistemas de producción de electricidad instalados en campos geotérmicos (Tabla 1), indica que la utilización geotérmica se duplica casi cada 8 años. Año!

Italia!

N.!Zelanda!

USA!

México!

Japón!

Islandia!

Rusia!

Otros!

Total!

1913!

¼!

!

!

!

!

!

!

!

¼!

1914!

8!

!

!

!

!

!

!

!

8!

1936!

56!

!

!

!

!

!

!

!

56!

1939!

140!

!

!

!

!

!

!

!

140!

1940!

250!

!

!

!

!

!

!

!

250!

1944!

10!

!

!

!

!

!

!

!

10!

1956!

260!

69!

!

!

!

!

!

!

329!

1960!

300!

!

12!

!

!

!

!

!

381!

1961!

320!

181!

!

!

!

!

!

!

501!

1963!

320!

!

26!

!

!

!

!

!

527!

1965!

340!

!

54!

!

!

!

!

!

575!

1966!

!

!

!

!

20!

!

!

!

545!

1967!

!

!

!

3.5!

33!

!

5.7!

!

617!

1968!

!

!

82!

!

!

!

!

!

645!

1969!

!

!

!

!

!

3.4!

!

!

648!

1971!

391!

!

192!

!

!

!

!

!

810!

1972!

!

!

302!

!

!

!

!

!

919!

1973!

!

!

412!

78.5!

!

!

!

!

1104!

1974!

!

!

!

!

!

!

!

!

1104!

1975!

!

231!

522!

!

58!

!

!

!

1289!

1976!

!

!

632!

!

!

63.4!

!

110!

1569!

1977!

!

!

742!

153.5!

158!

!

!

170!

1915!

1978!

!

!

852!

!

!

!

!

!

2025!

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1979!

!

!

962!

!

!

!

!

!

2135!

1980!

!

281!

1072!

183!

!

!

!

!

2325!

Origen

(1,12)

(2,10)

(3,11)

(4,5)

(6)

(7)

(8)

(9)

Tabla 1 Alcance mundial de plantas de fuerza geotérmica con capacidad instalada acumulativa en megawatts. (1) Villa, 1975

(5) B. Molina, 1970

(9) Berman,1975

(2) Smith, 1970

(6) Axtell, 1975

(10) Scholes, 1970

(3) Lengquist, 1975

(7) Ragnars,1970

(11) MacCabe, 1975

La energía térmica producida en grandes volúmenes cerca de un depósito geotérmico debe costar como una quinta parte de lo que cuesta la de combustibles fósiles. La electricidad se produce actualmente de Energía Geotérmica a un costo de 25 % a 30% menos que la de Carbón, Aceite o Plantas Nucleares.

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AREA DE ESTUDIO Los Humeros El campo geotérmico, se encuentra en la porción del este del estado de Puebla y al oeste del estado de Veracruz. Se encuentra a 19 ° 35'-19 ° 45 'W de longitud y 97 ° 24'-97 ° 30 'N de latitud. La superficie ahora en la explotación es de 16 km2 y tiene una elevación alrededor de 2800 m.

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Fig. 6.- localización campo geotérmico los Humeros.

“Los Húmeros con 30 MW es el yacimiento con más alta temperatura del país (400° C)”. ESTUDIOS DE PREFACTIBILIDAD Para evaluar los costos de estudio de Prefactibilidad, se deberán considerar dos casos extremos;

1) La utilización únicamente de personal local, y 2) El uso de consultores solamente.

Costos!de!operación,!vehículos!y!gastos!de!viaje!son!considerados!como!fijos!en!ambos!casos.!

a)

Personal local

20,000 a 30,000 US$

b)

Consultores

50,000 a 70,000 US$

Estudio de Factibilidad 6 .

Fase I.- (Personal + Análisis de laboratorio). Local

80,000 a 100,000 US$

Consultores

200,000 a 280,000 US$

Fase II.- (Personal + Contratistas geofísicos) Local

210,000 a 310,000 US$

Consultores

240,000 a 350,000 US$

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

6

El área de estudio varía entre 1,500 a 2,000 km2. GEOTERMIA COMO ALTERNATIVA ENERGETICA EN MEXICO, ¿ES REALMENTE VIABLE?!

Fase III.- (Personal + Contratistas perforadores)

Local – personal

20,000 a 30,000 US$

Contratista

200,000 a 300,000 US$

Consultores – personal

50,000 a 90,000 US$

Contratista

Gastos operación

200,000 a 300,000 US$

de (incluyendo

vehículos, equipo de campo y mano de obra local) 100,000 a 200,000 US$

Total del costo estimativo del estudio de factibilidad:

Local

720,000 a 940,000 US$

Consultores

790,000 a 1,220,000 US$

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IMPACTO AMBIENTAL: Como toda planta de energía, esta causará algún tipo de impacto ambiental, en el terreno en el cual deberá ser construida, a diferencia de otro tipo de plantas, este tipo de plantas utiliza menor cantidad de metros cuadrados para su construcción, Las instalaciones geotérmicas no necesitan intervenir ríos o talar bosques, y no hay instalaciones mineras, túneles, piscinas de desecho ni fugas de combustible.

LIMITANTES: Desgraciadamente no se pudieron obtener muchas cifras en cuanto a inversión de la planta geotérmica de los Humeros ya que es considerada esta información como confidencial, por lo tanto solo se presentan algunas cifras aproximadas con los datos que proporciono CFE. CONCLUSIONES: La energía geotérmica tiene varias ventajas: el flujo de producción de energía es constante a lo largo del año ya que no depende de variaciones estaciónales como lluvias, caudales de ríos, etc. Es un complemento ideal para las plantas hidroeléctricas. El presente estudio, presenta las ventajas y las desventajas de la energía geotérmica, a su vez, proporciona datos de índole económica, como los costos de producción y los costos que implica el construir una planta geotérmica, estos datos son de gran utilidad, principalmente para el gobierno de alguna ciudad que pudiera estar interesado en construir una planta de este tipo, y así evaluar el costo que esta conlleva además de las ventajas, desventajas que estas presentan desde diferentes puntos de vista como lo es el social, el ambiental, el económico, así como el potencial de generación de una planta geotérmica, siempre y cuando sea similar en infraestructura al campo geotérmico de los humeros ya que este estudio está basado principalmente en esta planta geotérmica. La energía Geotérmica es realmente viable por sus múltiples ventajas: •

Genera suficiente electricidad para suministrar energía a los hogares.

•

No necesita grandes extensiones de terreno para la construcción de una planta geotérmica.

•

No necesita estanques de desagüe de aguas negras.

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•

El costo de construcción de una planta geotérmica es mas elevado que el de una planta térmica, pero esto se ve compensado a través del tiempo ya que en costos de producción y mantenimiento es menor el costo en una planta geotérmica.

•

Además de su uso para generar electricidad, tiene distintos usos tales como secado de madera, deshidratación de frutas y carne, y para calefacción en el hogar o la industria.

•

El deterioro del paisaje es mínimo.

! Bibliografia:!! Arellano,! V.,A.García,R.M.Barragán! G.! and! I.! Torres,! 1998.! Desarrollo! de! un! modelo! básico! actualizado!del!yacimiento!geotérmico!Los!Humeros,!Pue.!Instituto!de!Investigaciones!Eléctricas,!! http://www.sener.gob.mx/,!http://geothermal.id.doe.gov/!www.cfe.gob.mx.! Agradecimientos:!! Ing.!Arturo!Rodríguez!Salazar,!Residencia!de!los!Humeros!CFE,!Dr.!Gerardo!Carrasco!Núñez.!! ! !

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