Estimación del potencial de generación eléctrica de los Sistemas Geotérmicos Mejorados (SGM) en México

Número de proyecto

P07

Título de proyecto

Estimación del potencial de generación eléctrica de los Sistemas Geotérmicos Mejorados (SGM) en México

Tipo de proyecto

Estratégico

Línea de investigación

Evaluación de los recursos geotérmicos nacionales

Responsable de proyecto

Eduardo Roberto Iglesias Rodríguez

Institución

Instituto Nacional de Electricidad y Energías Limpias, INEEL

Instituciones y/o empresas asociadas

GeoCónsul, S.A. de C.V.

Instituto de Geología, Universidad Nacional Autónoma de México, UNAM

Instituto de Geofísica, Universidad Nacional Autónoma de México, UNAM

Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, UMSNH

Southern Methodist University, SMU

Antecedentes y justificación

En términos generales la energía geotérmica es la energía térmica existente en la corteza terrestre. Las fuentes de calor son el núcleo y el manto terrestre (entre aproximadamente 6000 a 2000 °C respectivamente), así como el decaimiento radiactivo de U, Th y K en la corteza. Como resultado, el flujo térmico promedio en la superficie es de aproximadamente 59 mW/m2 y el gradiente térmico promedio aproximadamente 30 °C/km.

Existen zonas en la corteza con grandes intrusiones magmáticas en las que el flujo y el gradiente térmicos son significativamente mayores que los promedios mencionados. En estas zonas, relativamente escasas, se encuentran sistemas hidrotermales de alta permeabilidad, que son los recursos geotérmicos convencionales que explotamos en la actualidad (por ejemplo, en México los campos geotérmicos de Cerro Prieto, B.C., Los Azufres, Mich., Los Humeros, Pue. y Las Tres Vírgenes, B.C.S.). Fuera de estas zonas, y también en ellas, a profundidades típicamente mayores que 3 km existen formaciones rocosas de baja permeabilidad con temperaturas de interés para la generación eléctrica. A estos recursos se los denomina recursos de roca seca caliente (RSC). La distribución geográfica de estos recursos es enormemente más amplia que la de los recursos geotérmicos hidrotermales.

Fig. 1. Esquema de un SGM

Desde hace varias décadas se concibió y se fue perfeccionando la tecnología de los sistemas geotérmicos mejorados (SGM), denominados EGS por sus siglas en inglés, con el fin de recuperar estos recursos para la generación eléctrica. En la fig. 1 se muestra una representación de un SGM. El mismo consiste en un sistema de fracturas abiertas interconectadas a profundidad interceptado por al menos dos pozos. Por uno de ellos se inyecta agua que se calienta por contacto con la roca y se extrae por los pozos de producción. El agua caliente y el vapor recuperado en superficie se utilizan en una planta geotérmica convencional. El agua extraída se reinyecta en el yacimiento formando un ciclo cerrado.

Fig. 2. Adaptado de Mongillo y Bromley (2010)

Estos recursos son inmensos. Por ejemplo, recientemente se estimó el potencial técnico (definido hasta 6.5 km de profundidad y con las restricciones técnicas y legales existentes) global de los sistemas SGM (EGS por sus siglas en inglés). Los resultados se presentan en la fig. 2. Adicionalmente, en varios países, por ejemplo los Estados Unidos de América (Blackwell et al, 2007; Tester et al, 2006), Australia (Budd et al., 2010), Brasil (Hamza et al., 2010), se ha estimado potencial técnico de generación eléctrica a partir de sus recursos de RSC.

Estos resultados confirman que los recursos de SGM de dichos países son de enorme magnitud. Por ejemplo, la fracción recuperable en USA representa entre 2,800 y 56,000 veces la energía total consumida allí en 2005; y para 2050-60 se espera contar en USA con una capacidad instalada de SGMs de 100,000 MWe (Tester et al., 2006). El recurso EGS de Australia hasta 5 km de profundidad equivale a 26,000 años de la energía total consumida en dicho país durante 2004-2005 (Budd et al., 2010).

Los primeros esfuerzos por crear estos sistemas se hicieron en Fenton Hill, USA, en la década de los 70´s. Desde entonces se han desarrollado o se están desarrollando proyectos en: Estados Unidos Fenton Hill, Coso, Desert Peak, Glass Mountain, TheGeysers/Clear Lake, Newberry; Reino Unido Rosemanowes, Eden Project, Redruth; Japón: Hijiori y Ogachi; Francia Soultz, Le Mayet de Montagne; Suecia Fjallbacka; Alemania Falkenberg, Horstberg y Bad Urach; Australia: Cooper Basin, Hunter Valley y otros; Suiza: Basel y Geneva.

Se ha logrado La perforación de pozos profundos (4 a 6 km) en roca abrasiva y con alta temperatura (300 °C); la estimulación de grandes volúmenes de roca (más de 2 km3) para formar sistemas de fracturas abiertas interconectadas a profundidad; interceptando la roca estimulada se han perforado pozos y se ha creado yacimientos conectados; circulación de fluidos sin grandes pérdidas de presión; generación de electricidad con plantas pequeñas (< 3 MWe), algunas de ellas comerciales, como Bad Urach.

Algunos temas bajo investigación y desarrollo: estimulación efectiva del yacimiento que permita mantener una producción sustentable y económica; desarrollo de herramientas para predecir el comportamiento del yacimiento considerando la distribución de la red de fracturas, el campo de esfuerzos, la respuesta de la red a la presión hidráulica; disminución de costos de perforación; mejoras en la tecnología de conversión de energía, y un mejor entendimiento de la estructura de la roca fracturada, ayudarían a mejorar la competitividad de este recurso; sismicidad inducida.

Este es uno de los pocos recursos renovables, que tiene el potencial de suministrar enormes cantidades de energía eléctrica a carga base, sin almacenamiento y con un impacto ambiental mínimo. Estos sistemas han pasado de los primeros estudios en Fenton Hill a la demostración del concepto a escala piloto y a la operación de pequeñas plantas comerciales. Para el desarrollo comercial de estos sistemas no se identifican barreras técnicas infranqueables, ni enormes recursos económicos.

Justificación

Los recursos geotérmicos convencionales de México están ampliamente distribuidos, como se aprecia en la fig. 3 (Iglesias et al, 2010). Esto sugiere que los SGMs prometen abun-dante 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.

Dada la importancia y ventajosas características de estos inmensos recursos energéticos de la República Mexicana es necesario desarrollar una estrategia para aprovecharlos. El primer objetivo de dicha estrategia es conocer el recurso. Para ello es imprescindible estimar la magnitud y distribución espacial tridimensional del potencial de los SGMs en la misma. Este es el objetivo de la presente propuesta.

Los resultados de este proyecto estratégico proveerán una base imprescindible para el desarrollo de una estrategia nacional para la investigación, el desarrollo y la implementación de SGMs en México. Entender la magnitud, distribución y características del potencial de RSC y del de SGM provee información muy valiosa para investigación y desarrollo estratégico, políticas públicas y comercialización. Primero, el Gobierno Federal y las organizaciones internacionales interesadas no podrían tener en cuenta los recursos de SGM en sus futuros escenarios de energía si no se contara con estimaciones de la distribución y magnitud de su potencial. Segundo, las empresas interesadas en desarrollar o en invertir en tecnología SGM no contarían con información estandarizada por un protocolo internacionalmente reconocido para investigar valores relativos de potencial, potencial de geográfico de mercado, etc. Finalmente, la percepción pública del potencial de los SGMs será promovida e incrementada a través de la publicación de los resultados de este proyecto en Internet, vía Google Earth que es un programa gratis y universalmente accesible.

Fig. 3. Localización de manifestaciones geotérmicas superficiales y campos geotérmicos de México

Referencias

  • Blackwell D.D., Negraru P.T. y Richards M.C., 2007, “Assessment of the enhanced geothermal system resources base of the United States”. Natural Resources Research. DOI: 10.1007/s1 1053-007-9028-7.
  • Beardsmore G. R., Rybach L., Blackwell D.D., Baron C., 2010, “A Protocol for Estimating and 12 Mapping Global EGS Potential”, GRC Transactions, vol. 34, 301-312.
  • Budd A.R., Barnicoat A.C., Ayling B.F., Gerner E., Meixner T.J. Kirby A.L., 2010, “Australian Government´s Support for Geothermal Development”, Proc. World Geothermal Congress 2010, 7 pp., International Geothermal Association, New Zealand.
  • Hamza V.M., Cardoso R.R., Vieira F.P. y Guimaraes S.N.P., 2010, “Atlas nacional 2010 –IBGE – Mapas Geotermais”, Laboratorio de Geotermia, Coordinacao de Geofísica do Observatorio Nacional.
  • Iglesias E.R., Torres R.J., Martínez-Estrella J.I. y Reyes-Picasso N., 2010, “Summary of the 2010 Assessment of Medium- to Low-Temperature Mexican Geothermal Resources”, GRC Transactions, vol. 34, 1155-1159.
  • Mongillo M.A. and Bromley C.J., 2010, “The International Energy Agency Geothermal Implementing Agreement International Cooperation for Sustainable Geothermal Development”. GRC Transactions, vol. 34, 103-111.
  • Tester J.W., Anderson B.J., Batchelor A.S., Blackwell D.D., Di Pippo R., Drake E.M., Garnish J., Livesay B., Moore M.C., Nichols K., Petty S., Toksoz M.N. y Veatcj Jr. R. W., 2006, “The Future of Geothermal Energy – Impact of Enhanced Geothermal Systems (EGS) on the United States in the 21st Century”, 372 pp. Massachusetts Institute of Technology, USA, http://geothermal.inel.gov

Objetivos y metas

  • Estimar el potencial de generación eléctrica de los SGM en México.
  • Presentarlo en un sistema de información geográfica accesible en Internet.
  • Modelar la temperatura, el flujo térmico y la energía térmica hasta 10 km de profundidad en todo el territorio nacional.
  • Estimar el Potencial Teórico (energía térmica disponible hasta 10 km de profundidad) en todo el territorio nacional.
  • Estimar el Potencial Técnico (entre 3.5 y 6.5 km de profundidad y con las restricciones técnicas y legales existentes) expresado en MWe, de los SGMs en todo el territorio nacional.
  • Definir el nivel de confianza del Potencial Técnico estimado, en los términos propuestos por el protocolo internacionalmente aceptado “A Protocol for Estimating and Mapping Global EGS Potential”, Beardsmore et al., 2010.
  • Presentar los resultados en un portal apropiado, probablemente del CEMIE-Geo, en los formatos recomendados por el protocolo mencionado en el punto precedente.
  • Actualizar la información de base y las estimaciones en el sistema de información geográfica en una segunda etapa del proyecto.
  • Publicar la información actualizada en el portal.

Número de proyecto

P07

Título de proyecto

Estimación del potencial de generación eléctrica de los Sistemas Geotérmicos Mejorados (SGM) en México

Tipo de proyecto

Estratégico

Línea de investigación

Evaluación de los recursos geotérmicos nacionales

Responsable de proyecto

Abel Felipe Hernández Ochoa

Institución

Instituto Nacional de Electricidad y Energías Limpias, INEEL

Instituciones y/o empresas asociadas

GeoCónsul, S.A. de C.V.

Instituto de Geología, Universidad Nacional Autónoma de México, UNAM

Instituto de Geofísica, Universidad Nacional Autónoma de México, UNAM

Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, UMSNH

Southern Methodist University, SMU