Energía geotérmica

Pareciera que nuestro planeta se esmera bajo su propia naturaleza en tomarnos de la mano queriendo ser cómplice y enseñarnos que él también puede contribuir para salvarse del grave daño causado a consecuencia del cambio climático.

01/03/2018
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Por: Ing. Edgar Campos Cajero

Fuentes renovables, CO2, reciclaje, efecto invernadero, crecimiento demográfico, industrialización, hidrocarburos, energía eólica, geotermia, etc.; actualmente forman parte de los temas más importantes para quienes, preocupados, buscan alternativas a las existentes para la generación de energía tratando de frenar los efectos negativos que actualmente deterioran nuestro medio ambiente, donde día a día el verde de nuestro planeta se tiñe de gris o peor aún, comienza a desaparecer.

Y es justamente la geotermia a quien retomaremos para abundar en ella y saber: ¿qué es?, ¿de dónde proviene?, ¿tiene efectos negativos al medio ambiente?, y en México ¿qué tanto es utilizada para la generación de energía eléctrica?, ¿cuál es nuestra posición a nivel mundial con respecto a ello?, ¿cuál es el futuro de esta energía a corto, mediano o largo plazo?

¿Qué es y de dónde proviene la energía geotérmica?

Dentro de los procesos físicos del interior de la Tierra, se encuentran las corrientes de convención, que no es otra cosa, que el movimiento cíclico, lento y constante de los materiales –en estado semisólido- presentes en el manto, dicho movimiento se produce cuando estos materiales entran en contacto con el núcleo, se calientan y ascienden a la superficie; una vez que entran en contacto con la corteza, comienzan un proceso de enfriamiento, aumentando su densidad y provocando nuevamente un descenso hacia el núcleo para continuar de esta manera con su ciclo ‘sin fín’. A pesar de que el desplazamiento y la velocidad de las corrientes de convección son bastantes lentos, la cantidad de energía generada durante este proceso y percibida en forma de calor, es muy grande, debido a que dicha energía no sólo provienen de esa fuente, sino también de la desintegración de los isótopos radioactivos presentes en la corteza.

Antecedentes
El uso de la energía geotérmica para la generación de energía eléctrica data del año 1904, en la región de la Toscana, Italia, lugar donde se tiene constancia de la primera planta donde se generó electricidad. En México, fue en el año de 1959 en la región de Pathé, Hidalgo, cuando la Comisión Federal de Electricidad (CFE) comenzó con la instalación de la primera planta experimental cuya capacidad era de 3000 Kw/h, sin embargo, la unidad se desmanteló luego de 14 años debido a su baja capacidad, esto motivó al gobierno a continuar con la exploración y desarrollo de nuevos proyectos geotérmicos en distintas zonas del país. Actualmente, son 24 países los que ocupan la energía geotermoeléctrica, sumando una capacidad geotérmica instalada de 13,270 MW (IGA, 2017), entre ellos México.

¿La geotermia, es amigable con el medio ambiente?
A pesar de la velocidad a la que avanza el desarrollo científico y tecnológico, no hay manera de producir y transformar la energía a otras formas que sean utilizables por el hombre sin ocasionar algún impacto directo o indirecto al medio ambiente. La utilización de la energía geotérmica también tiene un efecto sobre él, sin embargo, es una de las fuentes de energía menos contaminante.

Una de las principales causas y que en la mayoría de los casos determina el grado de afectación al medio ambiente, es la magnitud con la que es explotada dicha energía.

Para lograr su aprovechamiento, como en la mayoría de las energías limpias, se llevan a cabo diferentes actividades en distintas etapas que convergen en la generación de energía eléctrica. Estas etapas están divididas en: exploración, construcción y operación, y en cada una de ellas se presentan distintas afectaciones al medio ambiente.

Uno de los efectos negativos durante la primera fase, es el ingreso de personas y maquinaria a zonas de reserva ecológica o protegidas, que sucede durante los recorridos, construcción de caminos, plataformas o campamentos.

Otro efecto perceptible sobre el ambiente es el de la perforación, ya sea de pozos para medir el gradiente térmico en la fase de estudio o de pozos de producción. La instalación de la maquinaria y su plataforma, requieren un área determinada tal, que durante estas operaciones modifican la morfología superficial.

Durante la construcción, la instalación de tuberías que transportarán los fluidos geotérmicos y la construcción de la propia planta de generación, afectan la flora y fauna, así como la morfología del terreno.

En la operación, otro problema ambiental surge durante el funcionamiento de la planta, pues los fluidos (vapor o agua caliente) normalmente contienen gases como dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, amoniaco, metano y ligeras trazas de otros gases, que si se descargan sin previo tratamiento a la atmósfera son una fuente de contaminación. Las aguas de deshecho poseen una mayor temperatura que la del ambiente y por lo tanto deberán ser enfriadas correctamente para evitar una posible contaminación termal, así mismo, estos fluidos requieren de un tratamiento especial antes de ser inyectados nuevamente al yacimiento, ya que contienen algunos elementos químicos como boro, flúor o arsénico, que de no ser tratados correctamente, representaran una importante fuente de contaminación química para el agua subterránea y el suelo.

Sin embargo, son varias las razones comparativas por las que la geotermia se clasifica como una energía limpia, principalmente en comparación con aquellos originados de fuentes poco amigables con el ambiente. Por ejemplo, las emisiones de dióxido de carbono generadas por plantas convencionales podrían alcanzar hasta 1042 g/kWh, mientras que emisiones en campos geotérmicos oscilan entre 13 y 300 g/kWh. (Murphy & Niitsuma, 1999). Otra comparativa significativa, es en las instalaciones requeridas para su explotación, pues al no quemar combustibles fósiles, no contribuyen a la emisión de gases de efecto invernadero.

Considerando estos factores, la generación geotermoeléctrica mundial (alrededor de 9 mil 732 Mw) ha evitado la liberación de 16 millones de toneladas de dióxido de carbono, 32 mil toneladas de óxidos de nitrógeno, 78 mil toneladas de óxidos de azufre y 17 mil toneladas de partículas a la atmósfera, en comparación con una producción equivalente obtenida de plantas carboeléctricas, (Kagel y Gawell, 2005).

A partir de estos argumentos, podemos concluir que la energía geotérmica no queda exenta de provocar efectos negativos al medio ambiente, sin embargo, si estos se comparan con aquellos que resultan del uso de fuentes no renovables, dicho efecto podría ser considerado mínimo ayudando a mitigar el calentamiento global de la Tierra.
Se dice que la energía geotérmica es abundante y renovable, ya que el calor que se encuentra en el interior del planeta es inagotable. A diferencia de la energía eólica y solar, la energía geotérmica es constante e independiente, pues no depende de las estaciones del año y las condiciones climatológicas, por mencionar algunos factores que pudieran afectar el ambiente necesario para la generación de energía. Es por ello que la geotermia es considerada como energía renovable duradera puesto que no depende de ellos, además, el calor del planeta es ilimitado comparado con la estancia de los seres humanos en la Tierra, y por lo tanto, estará disponible por muchas generaciones. Este concepto de sustentabilidad energética, también está sujeto a los largos periodos en que han sido explotados los campos geotérmicos sin afectar sus reservas y potencial energético; Larderello, Italia alrededor de 100 años; Los Geiseres USA, 78 años y Cerro Prieto, México alrededor de 35 años, por mencionar algunos ejemplos.

La geotermia en México y el Mundo
La energía en México, como en cualquier país, es un bien necesario que forma parte de su desarrollo económico y social. En todas las regiones del mundo que cuentan con sectores industriales, comerciales y domésticos, se retoma con fuerza el tema del problema energético, derivado de lo poco sustentable y del alto impacto negativo de las fuentes tradicionales (de origen fósil) con el medio ambiente. Ante la problemática mundial, México no se ha mostrado indiferente y ha tomado la iniciativa de formar parte de aquellos países preocupados por el cambio climático.

En el año 2010, la capacidad instalada de energía termoeléctrica a nivel mundial alcanzó los 10,710 Mw entre 39 países, la cifra aumento en el 2015 alcanzando los 18,500 Mw. Los pronósticos más optimistas indican que la capacidad geotermoeléctrica podría alcanzar los 140 GWe para el año 2050, esto representaría un crecimiento de aproximadamente 14.5 veces la capacidad actual.

Entre las distintas acciones que México ha llevado a cabo ante este panorama, está el interés de cambiar aquellas fuentes tradicionales para la generación de energía; a través de la exploración, explotación y uso de fuentes alternativas, renovables, limpias, no convencionales y con una notable disminución en su impacto ambiental, llevándose a cabo tanto por la Comisión Federal de Electricidad, como por distintas compañías privadas del sector eléctrico.

En el escenario actual*, México ocupa el cuarto lugar en el plano internacional en producción de energía geotérmica después de Estados Unidos, Filipinas e Indonesia, con una capacidad operativa de 926 Mw, suficiente como para satisfacer el consumo de un millón de hogares. (CRE, Comisión Reguladora de Energía).

La generación geotermoeléctrica producida en México alcanza ya los 926 Mw de capacidad instalada, aproximadamente el 3.07% del requerimiento total actual, que se obtienen a través de la explotación comercial de sus cuatro campos geotérmicos (CFE, 2017).

Estudios prospectivos indican que la capacidad instalada será incrementada a través de la construcción de dos nuevas plantas: Cerro Prieto V (100 MW) y Los Humeros II (25 MW; Gutiérrez-Negrín et al., 2010), (CFE, 2016). Por su alta viabilidad técnica y económica, el proyecto Cerritos Colorados con un potencial estimado de 75 MW, podrá sumarse a la capacidad instalada en el futuro. Este proyecto entraría en operación una vez que se logre un acuerdo entre autoridades y comunidades locales, sobre la naturaleza sustentable y ambiental del proyecto.

Datos reportados por CFE indican que la capacidad geotermoeléctrica actualmente instalada ha requerido la perforación de 556 pozos y produce 65.9 millones de toneladas de vapor al año.

En 2016, la capacidad instalada del Sistema Eléctrico Nacional fue de 73,510 Mw, 71.2% corresponde a centrales eléctricas convencionales (fuentes de energías poco sustentables) y 28.8% a centrales eléctricas con tecnologías limpias. La capacidad instalada se incrementó un 8.1% respecto al año 2016. La capacidad instalada de tecnologías limpias aumentó en 1,956 Mw, entre el año 2015 y 2016, equivalente a 10.2% de incremento. El correspondiente a geotermia, en 2015 y 2016 el incremento fue de 884 a 909 Mw.

Generación Geotermoeléctrica en México

Actualmente existen varios campos geotérmicos identificados en México, es decir, yacimientos geotérmicos que han sido estudiados, explorados y analizados desde el punto de vista de viabilidad; cinco de ellos se encuentran actualmente en operación. Cuatro operados por la nueva empresa productiva del estado, la Comisión Federal de Electricidad (CFE), y uno más por la compañía privada Grupo Dragón, SA de CV. Actualmente la CFE tiene identificado un campo adicional, denominado Cerritos Colorado, en Jalisco, sin embargo, es un campo que aún no está en operación. Los cuatro campos geotérmicos operados por la CFE son los siguientes:

Cerro Prieto, B.C.
Está considerado como el segundo campo geotérmico más grande del mundo, representa un total de 570 Mw de capacidad total, generada a través de cuatro unidades. Uno de sus principales proveedores de turbinas ha sido la empresa Toshiba y Mitsubishi Heavy Industries.

Los Azufres, Mich.

Es un campo volcánico cuyos fluidos están alojados en rocas andesíticas y riolitas, principalmente. Es el segundo más grande de México con una capacidad total instalada de 225 Mw. La CFE está construyendo una unidad adicional de 25 MW a condensación la cual deberá entrar a operación a finales de 2018.

Los Humeros, Pue.
Es el tercero en importancia dentro del país y el segundo de los campos localizado en la Provincia Fisiográfica de la Faja Neovolcánica. Tiene una capacidad total de 120.4 Mw con 8 unidades a contrapresión de 5 Mw cada una y tres unidades a condensación de 26.8 Mw, sin embargo, las ocho unidades de 5 MW solo se utilizan como respaldo cuando alguna de las unidades a condensación debe salir a mantenimiento, por lo cual la capacidad efectiva del campo es de 69 MW. La más reciente unidad de 26.6 Mw brutos entró en operación en marzo de este año.

Las Tres Vírgenes, B.C.S.
Es la más pequeña con 10 MW de capacidad constituida por dos unidades a condensación de 5 Mw cada una. La CFE tiene en programa instalar una unidad de ciclo binario de 2 MW para aprovechar la abundante salmuera que producen los pozos de este campo.

Adicionalmente, el campo geotérmico de Cerritos Colorados, Jal., no cuenta con plantas en operación pero sí con pozos perforados que han demostrado la existencia de recurso geotérmico que la CFE estima podrá generar un mínimo de 75 MW.

Por su parte, el Grupo Dragón instaló en el año 2015 el campo geotérmico Domo San Pedro, Nayarit, con una unidad a condensación de 25.5 MW de capacidad. Este fue el primer campo geotérmico de propiedad y operación privada en México, desarrollado al amparo del antiguo marco regulatorio previo a la entrada en vigor de la reforma energética, en general, y de la Ley de Energía Geotérmica (LEG), en particular.

A finales de marzo del año actual, la Secretaria de Energía (SENER) ha otorgado un total de 18 permisos de exploración para otras tantas zonas geotérmicas del país. De ellas, 13 fueron otorgadas a la CFE, y las demás a compañías y desarrolladores privados, entre las cuales está el Grupo Dragón, RG y Grupo ENAL.

Adicionalmente, la misma SENER entregó a la CFE permisos de exploración en las siguientes áreas geotérmicas: Volcán Chichonal en Chiapas; Acoculco en Puebla; Araró-Simirao, Los Negritos, Lago de Cuitzeo e Ixtlán de los Hervores en Michoacán; La Soledad, San Marcos y Planillas en Jalisco; Cerritos y Calderón-Cucapáh en Baja California; El Molote en Nayarit y San Bartolomé de Los Baños en Guanajuato. (CFE, 2017).

¿Cuál es el futuro de la energía geotérmica a corto, mediano o largo plazo?
México, a pesar de ser uno de los países que durante décadas basó el crecimiento de su red eléctrica nacional en fuentes no renovables, también es sin duda, un país pionero en el uso de energías limpias, especialmente en geotermia, sin embargo, aún se requiere de mayor esfuerzo para optimizar el aprovechamiento de este recurso. Hablando de proyecciones futuras, en nuestro país, existe un plan de desarrollo para el sistema eléctrico nacional, en donde se considera que para el año 2030, el 35% de la generación de energía eléctrica, provenga de fuentes limpias, renovables y sustentables.

Los cambios actuales en términos de ley, deberán favorecer al aumento en la generación de energía eléctrica a partir de estas fuentes limpias y sustentables, pues en cada una de esas modificaciones constitucionales se ha logrado avanzar principalmente, en una mayor participación de la inversión público-privada, cuyo objetivo está enfocado en dicho crecimiento energético y mejor calidad de vida.

La geotermia es considerada como una de las fuentes de energía en proceso de impulso y crecimiento para la generación de energía eléctrica, hablando sobre su futuro, a corto plazo se vislumbra un mejor aprovechamiento en aquellos países pioneros en la explotación de dicha energía, teniendo alcance a la tecnología, recursos, así como la experiencia en sus procesos para lograr su mayor aprovechamiento. A mediano-largo plazo, se requiere estudiar y desarrollar tecnología que tenga un mayor grado de confiabilidad para comenzar a explotar los sistemas hidrotermales donde actualmente no es posible su aprovechamiento, lo cual multiplicará los recursos disponibles y la capacidad instalada geotermoeléctrica, así como el incremento en sus distintos usos directos. Es innegable que en el sector público y privado aún se percibe cierta incertidumbre para la inversión en estos campos, pues a pesar de sus numerosas ventajas, existe un riesgo económico donde con la posibilidad de no obtener éxito. Es por ello, que el implementar nuevas técnicas, equipos y capacitación de personal es vital para que en el futuro la generación de energía sea una extensión dentro de los procesos naturales en nuestro planeta.

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