Diseño y construcción de turbo-generador de baja entalpía con capacidad de 300 kw para aprovechamiento del recurso geotérmico nacional

Número de proyecto

P29

Título de proyecto

Diseño y construcción de turbo-generador de baja entalpía con capacidad de 300 kw para aprovechamiento del recurso geotérmico nacional

Tipo de proyecto

Estratégico

Línea de investigación

Desarrollos tecnológicos para explotación

Responsable de proyecto

Juan Felipe Soriano Peña

Institución

Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, UMSNH

Instituciones y/o empresas asociadas

GS Energía, S.A.P.I. de C.V.

Antecedentes y justificación

En el país existen capacidades de carácter científico-tecnológico para la materialización estos tipos de productos con los más altos estándares de calidad y eficiencia para el aprovechamiento geotérmico, sin embargo hace falta crear una sinergia sólida que consolide las fortalezas académicas e industriales para la colocación de nuevos productos de aprovechamiento energético como lo son las turbinas de baja entalpía.

Debido al auge de las fuentes de energía alternas, en especial la geotermia, se tiene la necesidad de diseñar un generador de energía eléctrica aprovechando las propiedades de la energía geotérmica, específicamente del pentano. México ocupa el tercer lugar mundial en producción en generación de energía geotérmica. [1]

El pentano es un compuesto químico líquido que debido a su bajo punto de ebullición, bajo costo y relativa seguridad de manejo, se ha implementado dentro de la industria de generación de energía, aprovechando a la energía geotérmica.

Detalle del ciclo del pentano para la generación de energía eléctrica

Ciclo del agua

  1. El agua caliente (a altas temperaturas) se extrae de la tierra y entra a una cámara de evaporación.
  2. El agua caliente (a menor temperatura) pasa a un pre-calentador.
  3. El fluido a temperatura ambiente, vuelve a la tierra.

Ciclo del pentano

  1. En estado líquido pasa a una cámara de pre-calentado, en donde se aumenta su emperatura a XX°C.
  2. Caliente, y en estado líquido aún, viaja hasta una cámara de evaporación, en donde el agua caliente extraída de la tierra se encarga de llevarlo hasta su punto de ebullición (36°C) y convertirlo en vapor.
  3. El vapor viaja hasta una turbina para movilizarla. La turbina su vez mueve un generador de energía eléctrica.
  4. El vapor de pentano pasa por un condensador, para regresarlo al estado líquido y volver a comenzar el ciclo.

Generación de energía geotérmica mundial

Gráfica de producción mundial de energía geotérmica

En el 2007 el periódico mexicano La Jornada, publicó un artículo en el que se menciona que México ocupa el tercer lugar en Generación de energía eléctrica mediante energía geotérmica.

Potencia geotérmica mundial instalada 2011

De acuerdo con la imagen anterior, según el Banco Interamericano de Desarrollo (BID) en colaboración con la empresa ENAL (Energías Alternas, Estudios y Proyectos), en el 2011, México ocupada el cuarto lugar mundial en la cantidad de potencia geotérmica instalada. [2]

Mercado empresarial

Ormat es una empresa Israelí con base en Nevada, EEUU. Es proveedor de tecnología para energías alternas y renovables. Es propietaria y maneja alrededor de 515 MW de energía geotérmica en el mundo con plantas de energía en Nevada, California, Hawái, Nicaragua, México, Guatemala, Kenya, Nueva Zelanda, Indonesia, entre otras.

Fuji Electric es una empresa japonesa, líder mundial en generación de energía geotérmica. Fuji Electric ha entrago más de 34,000 MW/545 unidades de turbinas de vapor y generadores eléctricos en todo el mundo.

Alstom es una compañía francesa que diseña, provee y presta servicios de sistemas para generación, transmisión y distribución de energía eléctrica. El área de Geotermia tiene sede en México, teniendo plantas de energía distribuidas en distintos países, tales como, México, El Salvador, Nueva Zelanda, Islandia, Filipinas, Estados Unidos e Indonesia.

Generación de energía en México

México es un país rico en recursos para la generación de energía eléctrica. Pero la mayoría de la energía eléctrica generada en el país se hace mediante los hidrocarburos. A continuación se presenta una gráfica para ejemplificar qué porcentaje de la energía eléctrica producida en México se produce con cada recurso.

 

De acuerdo con la gráfica anterior, del total de la energía eléctrica generada en el país, el 40.5% se produce con hidrocarburos, el 9.2% mediante tecnología hidráulica y solo el 3.0% con energía geotérmica.

Riqueza geotérmica en México

Al mayor parte del territorio mexicano (excepto la península d Yucatán) se caracteriza por la gran actividad tectónica y volcánica, que ha tenido lugar desde hace varios millones de años hasta el presente. Esta actividad tectonovolcánica, además de generar resultados catastróficos, también ha sido fuente de la riqueza mineral y geotérmica del país. La presencia de estos recursos se extiende por todo el territorio nacional, siendo abundante en la parte central del país. Los principales campos geotérmicos en México están distribuidos como se muestra en la imagen a continuación.

 

Hasta el 2011 México tenía instalados 886.6 MW en energía geotérmica ocupando así el cuarto lugar a nivel mundial [3]. Hasta esa fecha México contaba con 5 campos geotérmicos, 4 de ellos en funcionamiento.

Cerro Prieto: Ubicado en la región de Mexicali, Baja California Norte, es la planta geotérmica más grande de México y una de las más grandes en el mundo. Está compuesta por cinco centrales de 13 equipos en total, las cuales, juntas, tienen una capacidad instalada de 645 MW.

Tres Vírgenes: Las Tres Vírgenes en el norte de Baja California Sur, obtuvo su nombre por los tres volcanes en la zona en donde se encuentra. Tiene 2 equipos que agregan una capacidad instalada de 10 MW.

Los Azufres: Los Azufres en Michoacán, la parte central del cinturón volcánico, comenzó operaciones en 1982. Tienen 12 equipos que juntos agregan una capacidad instalada de 192 MW.

Los Humeros: Este campo geotérmico está situado en el lado este del cinturón volcánico, en el estado de Puebla. Inició operaciones en 1990 y en 2012 tuvo un incremento de producción en su segunda fase. Tiene 8 equipos que agregan una capacidad instalada de 40 MW.

Cerritos Colorados: Es el quinto campo geotérmico en México, ubicado en el Área Natural Protegida Bosque de La Primavera. Se encuentra inactivo, sin embargo tiene un potencial estimado de 75MW. Existen planes de su desarrollo para el 2014.

Otros campos geotérmicos: En México el 96% de la población tiene servicio de electricidad en sus hogares, mientras en el 4% aún no cuenta con energía eléctrica. Esto se debe a las zonas en las que habitan. Son zonas rurales de bajos recursos y con dificultad para acceder a ellas.

Objetivos y metas

Objetivo general:

  • Construir el primer turbo-generador prototipo con una capacidad de 300 kW de potencia, para aprovechamiento de recurso geotérmico de baja entalpía.

Objetivos específicos:

  • Realizar un estudio del estado actual de las tecnologías aplicadas en turbinas de baja entalpía.
  • Desarrollar el diseño conceptual del  primer Turbo-Generador mexicano de 300 kW.
  • Realizar la ingeniería básica y de detalle para la construcción de Turbo-Generador de 300 kW.
  • Fabricar y ensamblar el primer Turbo-Generador de 300 kW en México.
  • Realizar ensayos y mediciones operativas del Turbo-Generador en laboratorio.
  • Instalar y poner en funcionamiento el primer Turbo-Generador de 300 kW en planta geotermia.
  • Estudio de factibilidad para el desarrollo de un Turbo-Generador de 1MW de baja entalpía.

Número de proyecto

P29

Título de proyecto

Diseño y construcción de turbo-generador de baja entalpía con capacidad de 300 kw para aprovechamiento del recurso geotérmico nacional

Tipo de proyecto

Estratégico

Línea de investigación

Desarrollos tecnológicos para explotación

Responsable de proyecto

Juan Felipe Soriano Peña

Institución

Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, UMSNH

Instituciones y/o empresas asociadas

GS Energía, S.A.P.I. de C.V.