1 Guia de Informacion Para Planificadores

36
80.4.7

description

Guía de orientación OLADE

Transcript of 1 Guia de Informacion Para Planificadores

  • 80.4.7

  • OLADE ORGANIZACION LATINOAMERICANA

    DE ENERGIA

    ---

    BID BANCO INTERAMERICANO

    DE DESARROLLO

    GUIA DE INFORMACION PARA PLANIFICADORES

    (CRITERIOS DE PLANIFICACION DE PLANTA GEOTERMOELECTRICA) .

    Quito, Ecuador Septiembre, 1993

  • PRESENTACION

    Basado en los objetivos de: a) promover acciones para el aprovechamiento y defensa de los recursos naturales de los Paises Miembros y de la Regin en conjunto, y b) fomentar una poltica para la racional explotacin, transformacin y comercializacin de los recursos energticos, OLADE, ante la crisis ~el petrleo en la dcada de los 70's, inici en 1978 un programa de actividades encaminado a fomentar la investigacin y el aprovechamiento de la geotermia en los Paises Miembros, como un recurso alterno de las fuentes convencionales de energa.

    Para alcanzar tal fin, una de las primeras acciones de la Organizacin fue integrar una metodologa para la exploracin y explotacin geotrmica, adaptable a las condiciones y caractersticas de los paises de Amrica Latina y el Caribe.

    Contando con la colaboracin de diversas instituciones y expertos tanto de la Regin como de fuera de la misma, OLADE elabor en l978 la "Metodologa de Exploracin Geotrmica para las Fases de Reconocimiento y Prefacti.bilidad", en 1979 la "Metodologa .de la Exploracin Geotrmica para la Fase de Factibilidad", y en 1980 la "Metodologa de Exploracin y Explotacin Geotrmica para las Fases de Desarrollo y Explotacin". Esta ltima, posteriormente, una vez revisada, complementada y actualizada, dio lugar a la "Metodologa de la Explotacin Geotrmica" que la Organizacin edit el ao 1986.

    La disponibilidad de tales metodologas, permiti a los paises de la Regin orientar la investigacin y aprovechamiento de sus recursos con una herramienta til y de fcil aplicacin. Hait, Ecuador, Per, Repblica Dominicana, Grenada, Guatemala, Jamaica, Colombia y Panam, entre otros paises, realizaron con el apoyo de OLADE y sus metodologas, reconocimientos en sus territorios. Nicaragua, Panam, Ecuador-Colombia, Hait y Guatemala, tambin con la intervencin de la misma Organizacin, desarrollaron estudios de prefactibilidad en algunas zonas termales en las que observaron C9ndiciones favorables para llegar a constituirse en campos geotrmicos.

    La aplicacin de las metodologas de OLADE coadyuv a incrementar el conocimiento de los paises sobre sus recursos, al grado que para fines de la dcada de los 80's, 20 de los 26 Paises Miembros contaban ya con estudios de reconocimiento, 17 paises haban ejecutado estudios de prefactibilidad, 8 paises estudios de factibilidad y 4 se encontraban generando electricidad mediante la explotacin de algunos de sus campos geotrmicos. Sin embargo, el rpido desarrollo tecnolgico de la geotermia mostr la necesidad de actualizar las metodologas.

    Tomando en cuenta que en diversos foros de carcter internacional la comunidad geotrmica advirti la necesida~(~~=visar, modernizar e incluso complementar las metodologa$ :\:le'l!A~, esta Organizacin y-e~anco Interamericano de Oo;isa~;ollP \ (BID)

    ' '' ' ~ ,. e_ :

    i

  • decidieron mediante el Convenio de Cooper~in l:cnca ATN/SF-3603-RE, revisar los documentos existentes y elaborar seis nuevas guias para la exploracin y explotacin geotrmca. Tales guas, atendiendo los requerimientos de los grupos tcnicos de la Regin, seran para: Estudios de Reconocimiento, Estudios de Prefactbilidad, Exploracin de Factibilidad, Evaluacin del Potencial Energtico (en base a la informacin recopilada en las etapas de reconocimiento y prefactbldad) , Operacin y Mantenimiento de Campos y Plantas Geotrmcas, y Preparacin de Proyectos de Inversin en Plantas Geotrmcas. Sin embargo, durante la elaboracin de los documentos se decidi incluir una especialmente dirigida a los responsables de la planificacin energtica, la cual se denomin Gua de Informacin para Planificadores.

    La elaboracin de los nuevos documentos sobre geoterma, se llev a cabo mediante la intervencin de 7 consultores internacionales y 8 expertos de la Regin, con ampla experiencia en geovulcanologa, geoqumca, geofsica, perforacin, ingeniera de yacimientos, operacin y mantenimiento de campos y plantas geotrmcas,. e ingeniera y diseo de plantas.

    El esfuerzo de OLADE y el BID por contribuir en el desarrollo energtico de Amrica Latina y del Caribe, se presenta parcialmente en este documento que contiene la Gua de Informacin para Planificadores, con el objetivo de poner a la disposicin de los pases de la Regin un instrumento que les pe=rnita conocer aspectos particulares de la geotermia relacionados con la ejecucin de proyectos geotermoelctricos, que podran serles de utilidad en la planificacin energtica nacional.

    OLADE y el BID manifiestan su reconocimiento a la labor del Ing. Mauro Cozzni, quien tuvo la responsabilidad de la elaboracin del presente documento. Asimismo, agradecen a los seores Dr. Marcelo Lippmann, Dr. Jess Rivera y Dr. Paolo Lguori sus aportaciones a la gua.

    ii

  • l.

    2.

    3.

    4.

    5~

    6.

    rNDICE Pgina

    INTRODUCCION . . .

    EL RECURSO GEOTERMICO

    2.1 2.2 2.3

    2.4

    Yacimientos Geotrmicos Usos Potenciales . Etapas de Ejecucin de un Proyecto Geotrmico 2.3.1 Etapa I: Estudio de Reconocimiento 2.3.2 Etapa II: Estudios de Prefactibilidad 2.3.3 Etapa III: Estudio de Factibilidad 2.3.4 Etapa IV: Desarrollo del Proyecto . 2.3.5 Etapa V: Operacin y Mantenimiento Papel de la Energia Geotermoelctrica 2.4.1 Aspectos Tcnicos . 2.4.2 Aspectos Econmicos ....

    CARACTERISTICAS Y COSTOS TIPICOS DEL CAMPO

    1

    2

    2 4 5 6 7 7

    10 10 11 11 12

    13

    3.1 Potencial y Productividad 13 3. 1.1 Energia Almacenada y Potencial

    Explotable . . . . 13 3.1.2 Mtodos de Evaluacin 13 3.1.3 Categorizacin del Potencial 14 3.1.4 Productividad . . . . . . 15 3.1.5 Aspectos Econmicos . . . 15

    3.2 Caracteristicas de los Fluidos Producidos 15 3.3 Transporte y Desecho de Fluidos . . . 17 3.4 Aspectos Ambientales . . . . 17 3.5 Inversiones Tipicas . . . . . . . . 18 3.6 Gastos Tipicos de Operacin y Mantenimiento 20

    CARACTERISTICAS Y COSTOS TIPICOS DE LA CENTRAL

    4.1 Ciclos de Conversin Energtica 4.2 Tecnologia de los Equipos .. 4.3 Utilizacin Marginal del Calor 4.4 Inversiones y Gastos Tipicos

    CRITERIOS DE EVALUACION ECONOMICA

    5.1 Evaluacin Econmica y Financiera 5.2 Identificacin de los Beneficios 5.3 costos Tipicos de Centrales Alternas 5.4 Comparacin Econmica

    REFERENCIAS

    iii

    21

    21 22 24 24

    25

    25 26 27 27

    30

  • ILUSTRACIONES

    Tabla No. l.

    Tabla No.2

    Tabla No. 3

    Tabla No. 4

    Capacidad Instalada y Generacin Geotermoelctrica en el Mundo en 1990 . . . . . . . . .

    Costos Tipicos de Unidades Geotermoelctricas a Vapor

    Caracteristicas Tipicas de Centrales Trmicas Alternativas

    Comparacin Econmica entre Plantas Geotermoelctricas y Termoelctricas .

    iv

    l.

    25

    28

    29

  • ... -,''"sii.o, 1. INTRODUCCION \ 1'\0 !>li o..\wC.l.O."l ~" ,,

    Un recurso geotrmico est cons~i t!!id~_Eor __ unj almacenamiento de energia en el subsuelo, ~-_l_!,._;.9..F,EI~~!! __ c;:~lo:, con una cantidad y concentracin suf icie~ para JUStJ.f icar -su explotacin, en particular en la generacin de electricidad, con importantes retornos econmicos.

    La utilizacin de la energia geotrmica para la generacin elctrica empez en Italia a comienzo de este siglo, y se desarroll en otros paises especialmente a partir de los aos sesenta. Para 1990 la capacidad instalada en el mundo era de casi 6000 MWe, y la generacin mayor de 28205 GWhfao (Tabla No. 1). Actualmente, por lo que se refiere al rea latinoamericana, se puede sealar que existe un estudio para el incremento de la capacidad instalada en Nicaragua y proyectos en la fase de construccin en Mxico, El Salvador, Costa Rica y Guatemala.

    Tabla No. 1

    Capacidad Instalada y Generacin Geotermoelctrica en el Mundo en 1990

    Pais

    Estados Unidos Filipinas Mxico Italia Nueva Zelandia Japn Indonesia El Salvador Nicaragua Kenia. Islandia China Turquia

    capacidad Instalada en 1990

    (MW)

    2777 894 720 545 293 215 142

    95 70 45 45 21 20

    Unin Sovitica 11 Francia 4 Portugal 3 Taiwan 3 Grecia 2 Argentina 0.6 Tailandia 0.3

    (Modificada de Gutirrez, L. 1991)

    1

    Generacin GWhfao

    8000 6730 4660 3150 2000 1360

    750 370 410 350 260

    50 70 25 20 ? ? o ? o

    Geotermoelct. % del Total en el Pais

    0.3 23.7 4.4 1.6 6.9 0.2

    ? 17.1 37. o 13. o 5.8

  • El calor geotrmico tambin puede ser utilizado directamente en sistemas de calefaccin yjo procesos industriales. Existen importantes ejemplos de usos directos del calor en varios paises, incluso utilizando recursos con temperatu~elativamente bajas.

    -El empresario o la empresa elctrica responsable de la explotacin de este recurso, debe evaluar antes que nada la importancia econmica del mismo y comprender los problemas del desarrollo de un proyecto, desde la exploracin hasta su realizacin final.

    La presente guia est dirigida especialmente a los responsables de la evaluacin econmica y la planificacin estratgica y operativa de las empresas interesadas en la generacin elctrica, con el fin de darles a conocer los aspectos particulares de la geotermia, relacionados con:

    la naturaleza minera de este recurso energtico, sus modalidades e importancia de sus aplicaciones;

    para que la

    las etapas del desarrollo del proyecto, necesarias minimizar los riesgos y maximizar los resultados condicionan la planificacin, el financiamiento y realizacin final del proyecto;

    los aspectos tcnicos relativos al recurso y la problemtica de los equipos que condicionan los resultados tcnicos y econmicos del proyecto;

    los aspectos relativos al impacto ambiental;

    los elementos relativos a costos, beneficios y retornos econmicos de un proyecto geotrmico.

    2. EL RECURSO GEOTERMICO

    2.1 Yacimientos Geotrmicos

    La formacin de un sistema geotrmico de alta temperatura potencialmente explotable para fines de generac~on elctrica, est condicionada en general por la existencia de:

    una fuente de calor importante, representada por una cmara magmtica (activa o en fase de enfriamiento) relativamente somera (unos kilmetros de profundidad); razn por la cual la distribucin geogrfica de los recursos de alta temperatura (>200C) se limita esencialmente a zonas de volcanismo activo;

    conductos (zonas fracturadas) de circulacin profunda de fluidos, que permitan el transporte del calor endgeno hacia niveles relativamente profundos;

    2

  • un volumen de roca relativamente porosa y permeable, a una profundidad econmicamente accesible mediante pozos, que permita el almacenamiento de fluidos calientes en una cantidad comercialmente importante (yacimiento) ; y una roca esencialmente impermeable (capa sello) que sobreyace el yacimiento y que confina al acufero caliente; aunque se conocen sistemas geotrmicos donde el acufero no est confinado.

    La surgencia de fluidos que se han calentado a gran profundidad y su circulacin a nivel del yacimiento, es parte del proceso que origina un sistema geotrmico; proceso que se desarrolla durante largos perodos de tiempo, del orden de miles de aos, y contina en la actualidad. En efecto, la naturaleza de un campo geotrmico es esencialmente dinmica, con una continua circulacin e intercambio de masa (fluido) y calor. En su estado natural, sin el disturbio de la explotacin, rige un substancial equilibrio entre la recarga del sistema (de masa y energa) y la correspondiente descarga, que se evidencia en particular en las manifestaciones termales (fumarolas, manantiales calientes, etc.) que normalmente caracterizan las reas geotrmicas. su carcter dinmico es lo que diferencia un campo geotrmico de otros recursos energticos como el petrleo, el carbn y los minerales radioactivos.

    El yacimiento geotrmico es entonces la parte explotable de un sistema de circulacin ms amplio, y est constituido por una roca saturada de fluido caliente. La temperatura de un yacimiento geotrmico de alta entalpa corresponde normalmente a un rango entre 200C y 350C. Temperaturas ms bajas no excluyen una explotacin comercial del recurso, pero requieren en general de tecnologas particulares de conversin energtica (plantas de ciclo binario, inciso 4.1) o una utilizacin directa del calor. Con base en la naturaleza del fluido almacenado, se distinguen dos tipos de yacimientos geotrmicos, es decir:

    yacimientos de agua dominante, donde el fluido es esencialmente agua presurizada en estado liquido, con eventuales zonas localizadas de ebullicin yo pequeas cantidades de vapor;

    el fluido es eventualmente

    yacimientos de vapor dominante, donde esencialmente vapor, con agua liquida presente en el yacimiento como fase inmvil.

    El fluido geotrmico es el medio que permite el transporte de la energa hasta la superficie, a travs de pozos profundos de extraccin. El inters comercial de la explotacin de un recurso geotrmico, depende de la posibilidad de llevar a cabo este proceso de extraccin a un costo econmicamente atractivo.

    QYit'~"~~o. \{'('Mtc..o-Un almacenamiento de @! puede existir tambin en rocas secas calientes, que representan otro tipo de recurso geotrmico potencialmente--de inters. Sin embargo, la tecnologa de

    3

  • explotacin, basada en la circulacin artificial de fluidos con un esquema de "inyeccin de agua fra - calentamiento en las rocas - recuperacin del agua caliente", est todava en un estado experimental. Este tipo de recurso~se_fonsidera en esta gua.

    Cabe finalmente subrayar que en princ~p~o un campo geotrmico no se puede considerar un recurso tpicamente renovable; su formacin ha necesitado tiempos geolgicos y su explotacin intensa a un nivel que exceda netamente la recarga natural del sistema hidrotermal y que afecte la energa almacenada en el yacimiento, llevar a un deterioro de sus caractersticas termodinmicas, hasta provocar eventualmente el abandono definitivo de la explotacin por razones tcnicas (presiones insuficientes) yo econmicas (costos excesivos en la produccin del vapor). Una vez que se haya detenido la explotacin del sistema, ste se recargar lentamente en forma natural y podra alcanzar nuevamente condiciones favorables para su explotacin, sin embargo este proceso de recarga tomar varias dcadas).

    2.2 Usos ~otenciales

    El inters en un recurso geotrmico estriba en la energa trmica contenida en la roca y el fluido del subsuelo que se pueda explotar, principalmente a travs de su transformacin en energa elctrica y tal vez, en cantidades marginales, en usos directos o mediante la extraccin de minerales, en forma asociada al proyecto principal.

    El presente documento seala los aspectos ms rentables de un proyecto geotrmico, sin profundizar en la problemtica tcnica y econmica de usos directos del calor, marginales y asociados.

    a. conversin en Energa Elctrica

    Con base en la importancia del mercado de la energa elctrica, confirmada por las obras realizadas en el mundo, a continuacin se consideran de inters slo los proyectos geotrmicos dedicados principalmente a la generacin de electricidad.

    En varios paises la transformacin del calor geotrmico en energa elctrica, tiene la gran ventaja de que exista la demanda suficiente para aprovechar de inmediato el recurso y permitir la construccin de una central de electricidad cerca del mismo, enviando la energa a travs de un sistema de transmisin.

    Los elementos necesarios para el xito de los proyectos geotermoelctricos, son:

    la localizacin del recurso a profundidades tcnica y econmicamente accesibles ( de lSOc);

    (temperatura del

    mdeleonResaltado

  • potencial adecuado para alimentar unidades de suficiente capacidad para el sistema elctrico, esto es, en principio superior a los 15 MWe;

    bajo contenido de gases incondensables; y caracteristicas corrosivas e incrustantes del fluido compatibles con el proceso de produccin elctrica.

    b. Uso Directo del Calor

    Pueden existir posibilidades de usos directos del calor geotrmico para: calefaccin de edificios o invernaderos en zonas climticas fras; alimentacin de unidades refrigeradoras del tipo de absorcin para plantas frigorficas industriales o para produccin de aire acondicionado en centros urbanos; secado de productos agrcolas, pesqueros o mineros; procesos industriales en productos que utilizan calor; y para la calefaccin de piscinas y balnearios curativos.

    Cabe hacer notar que el costo de transporte y distribucin del calor es elevado y difcilmente se encuentran usuarios cerca de un campo geotrmico potencial. Adems, en Amrica Latina slo en regiones reducidas existen condiciones climticas frias favorables para grandes proyectos de calefaccin urbana y, por lo tanto, estos usos son en general modestos con respecto a la cantidad total de energia producible en un buen campo geotrmico y no justifican proyectos de exploracin minera para su utilizacin directa.

    Los vnculos tcnicos para el aprovechamiento directo del calor son menos restrictivos, y en particular son aceptables fluidos de baja entalpa (< 120C) que a veces son descargados en el proceso de produccin elctrica. Esta condicin permite identificar pequeos proyectos de usos directos de inters marginal, asociados a la produccin de energa elctrica.

    c. Extraccin de Minerales

    La extraccin de minerales y compuestos qumicos ha sido de inters histrico en Larderello para la produccin de boro, pero actualmente es casi inexistente. En Mxico se efectuaron estudios para el aprovechamiento de sales de potasio y litio, sin embargo esto no se ha llegado a concretar.

    2.3 Etapas de Ejecucin de un Proyecto Geotrmico El desarrollo de un proyecto geotrmico generalmente es estimulado por la expectativa de los beneficios ligados con el xito final, pero se tiene que proceder con prudencia, tanto para la parte minera como para la parte correspondiente a la seleccin de equipos, a fin_de minimizar los elevados riesgos de un fracaso minero parcial o total y para planificar racionalme~~s actividades. ,~'>-~;,,-,ce,,:>'

    f ',' ,'' ' - ( /

    mdeleonResaltado

    mdeleonResaltado

  • La prudencia aconseja un desarrollo por etapas, caracterizadas por un continuo progreso en la ad~icin de datos y experiencias los cuales permiten reducir los ~gos en la etapa siguiente, que involucra un aumento exponencial de las inversiones.

    Al trmino de cada etapa del proyecto es necesario llevar a cabo una evaluacin de los conocimientos y de los riesgos, con el fin de juzgar la conveniencia tcnico-econmica sobre la continuacin del mismo, la planificacin de la etapa sucesiva y el financiamiento de las obras planificadas.

    No es posible efectuar una planificacin inicial de todo el proyecto. La incertidumbre acerca del xito final crea dificultades a los planificadores del sistema elctrico, quienes tienen que garantizar con gran antelacin la fecha . de incorporacin de las centrales elctricas en el sistema. Esta planificacin es posible slo al trmino del Estudio de Factibilidad.

    El tiempo total de ejecuc~on de un proyecto tpico, hasta la terminacin de la primera central, es aproximadamente de 7 afios.

    Las metodologas y los objetivos de las etapas principales, as como los aspectos ms significativos de decisin relativa y de planificacin, se describen a continuacin.

    2.3.1 Etapa I: Estudio de Reconocimiento

    Incluye la primera parte de la exploracin minera, a fin de identificar las reas donde existen los mayores indicios del posible recurso geotrmico. Los objetivos y la metodologa del estudio estn descritos en la Guia para Estudios de Reconocimiento Geotrmico (OLADE/BID, 1993). Los estudios a nivel regional y 1 o de reas especficas, incluyen: geologa, hidrogeologa, geoqumica y geofsica, y la identificacin de la demanda de energa que pudiese ser satisfecha en base al posible recurso geotrmico.

    Los resultados deben identificar y clasificar las reas de inters geotrmico, estableciendo las prioridades y el nivel de probabilidad de xito para una exploracin ms detallada. Deben ser enfocados los aspectos ambientales y la eventual utilizacin tcnico-econmica del posible recurso.

    Tomando en cuenta la probabilidad de xito, se definir un plan para la siguiente etapa de prefactibilidad y la estimacin de su costo.

    El tiempo necesario para el estudio de reconocimiento es de aproximadamente un afio y el nivel de inversiones es relativamente moderado, alrededor de US$ 500 mil dlares.

    6

  • 2.3.2 Etapa II: Estudios de Prefactibilidad

    La exploracin iniciada con el reconocimiento, contina con estu-dios geocientficos de mayor detalle concentrados en el rea identificada como la ms prometedora, o en dos o ms reas alternativas, y eventualmente con la perforacin de pozos de gradiente o de propsito mltiple. Su objetivo es estimar con mayor detalle la existencia del yacimiento geotrmico, circunscribir el rea en la que se podra encontrar, determinar tentativamente las caractersticas y el posible potencial del recurso y, finalmente, planificar las sucesivas perforaciones exploratorias profundas previstas para la etapa de factibilidad. Detalles sobre los objetivos y la metodologa a seguir en una investigacin de este tipo, estn descritos en la Guia para Estudios de Prefactibilidad Geotrmica (OLADE/BID, 1993). La prefactibilidad incluye estudios geolgicos y vulcanolgicos para la definicin del modelo geolgico preliminar del sistema geotrmico; geoquimicos, con anlisis qumicos e isotpicos de los fluidos (aguas y gases) calientes y fros aflorantes en la superficie y la geotermometra de l.9s mismos, para la definicin de un modelo de flujo y una interpretacin de las posibles temperaturas en el subsuelo; hidrogeolgicos para la definicin del modelo del sistema de circulacin del agua subterrnea; y geofsicos para precisar la posicin del posible yacimiento. La integracin de toda esta informacin permitir elaborar el modelo geotrmico preliminar del rea de inters.

    En la fase final del estudio de prefactibilidad, antes de la perforacin exploratoria profunda de factibilidad, en algunos casos ser aconsejable la ejecucin de pozos someros de gradiente para ampliar la informacin del subsuelo y disminuir el riesgo econmico de una exploracin profunda. La perforacin de pozos de gradiente a veces proporciona informacin adicional que refuerza o rectifica la hiptesis de la presencia de una anomala geotrmica de importancia en el subsuelo.

    En otros casos, para obtener informacin que permita confirmar o modificar el modelo conceptual preliminar del sistema geotrmico, se podr tomar la decisin de perforar pozos exploratorios a mayor profundidad, de dimetro reducido, que tienen la ventaja de determinar las condiciones reales del subsuelo a mayor profundidad que la de los pozos de gradiente.

    El tiempo necesario para el estudio, sin incluir perforaciones, es de aproximadamente un ao y el nivel de inversiones es, en condiciones normales, de aproximadamente US$ 1 milln de dlares.

    2.3.3 Etapa III: Estudio de Factibilidad

    Esta etapa incluye las perforaciones exploratorias profundas (tentativamente de 3 a 6) hasta disponer de 3 4 pozos productores y por lo menos un pozo de inyeccin. Esta etapa es fundamental, porque los resultados y la informacin que se obtienen con la perforacin deben contener alguna certidumbre con

    7

  • respecto a la existencia del recurso, y en base a sta enfocar el proyecto de explotacin. Los objetivos y las metodologias del estudio estn descritos en la Guia para Estudios de Factibilidad Geotrmica (OLADE/BID, 1993). El tiempo necesario para el estudio es aproXImadamente de dos aos y el nivel de inversin se incrementa bastante en relacin al nmero de pozos profundos a perforarse (US$ 10 a 15 millones de dlares). El estudio se puede ingenieria del campo, econmica.

    subdividir en las siguientes partes: ingenieria de la central y factibilidad

    a. Ingeniera del Campo

    Se ocupa de la ejecucin de las perforaciones exploratorias, de la recoleccin e interpretacin de los datos obtenidos, de las actividades y estudios relativos al yacimiento, de la planificacin del desarrollo del campo y del manejo de los fluidos. Incluye: perforacin y terminacin de los pozos; estudios geolgicos, geoquimicos y geoffsicos de superficie y de pozo; mediciones estticas y dinmicas en los pozos; pruebas de produccin; refinamiento del modelo conceptual del campo con integracin de los datos recolectados y evaluados; preparacin del modelo matemtico del yacimiento y simulacin de su estado natural; estudio del quimismo de los fluidos y eventual ejecucin de pruebas de incrustacin y corrosin; evaluacin del recurso y formulacin de la estrategia de produccin/inyeccin mediante modelos matemticos.

    Los resultados deben incluir: la definicin del potencial probado, probable y posible del yacimiento; la definicin de la productividad o inyectividad tipicas de los pozos en las condiciones iniciales de explotacin y la previsin de su evolucin durante la explotacin; la determinacin de las caractersticas energticas, quimicas y fisicas de los fluidos; la planificacin de los pozos a perforarse para la implementacin del proyecto y la definicin del esquema de conduccin y desecho de los fluidos; y la estimacin de los costos probables de inversin para el desarrollo del campo y el mantenimiento de la produccin, con nfasis en el riesgo de variacin de estos costos.

    b. Ingeniera de la central

    Se ocupa del proyecto de los equipos de transformacin de la energia geotrmica en energia elctrica, e involucra: el estudio y optimizacin del proceso de transformacin basado en la productividad uel campo, en las caracteristicas de los fluidos geotrmicos y en la estrategia de produccin/ inyeccin y el diseo de los equipos basado en tecnologias constructivas modernas y en el respeto de los objetivos econmicos y de las consideraciones ambientales del proyecto.

    8

  • El proyecto debe ser definido en estrecha colaboracin con los expertos de planificacin del sistema elctrico, en particular en lo que se refiere a:

    la eleccin de la potencia, que tiene que ser coherente tanto con el potencial probado del campo como con la planificacin general del desarrollo del sistema de generacin

    la fecha de terminacin del proyecto, que debe permitir la ejecucin ordenada de las obras, con mnimos intereses durante la construccin, pero garantizar tambin la puesta en servicio dentro de los plazos fijados por las exigencias del sistema elctrico y

    los parmetros econmicos a adoptar para la optimizacin de los equipos, que deben ser coherentes con el valor de la energa elctrica.

    Los resultados deben incluir: la eleccin del tipo de proceso de produccin de energa elctrica (vapor con simple o doble flasheo, ciclo binario) y de las modalidades de separacin del vapor, con seleccin de los parmetros del proceso y optimizacin tcnico-econmica del conjunto campo-central la estrategia de implementacin de unidades, iniciando eventualmente con la instalacin inmediata de unidades de boca pozo a descarga libre (3 a 5 MW) y un desarrollo por etapas con grupos modulares de potencia reducida (15 a 30 MW), o la instalacin rpida de unidades de gran potencia (30 a 55 MW) la seleccin de la potencia, de la flexibilidad de operac~on y de las caractersticas de los equipos principales y de los sistemas auxiliares la localizacin de la central y el arreglo del sistema de acarreo y de los equipos de la central y la mitigacin del impacto ambiental.

    c. Factibilidad Econmica

    Debe justificar las grandes inversiones de la ejecuc~on del proyecto frente a los beneficios de la generacin elctrica. La factibilidad econmica puede ser examinada solamente en caso de que se haya demostrado su factibilidad tcnica y posiblemente elaborado el diseo bsico, es decir cuando se haya:

    individualizado el tipo y tecnologa de la utilizacin;

    comprobado la capacidad del campo para alimentar la central

    realizado el diseo bsico del sistema de extraccin del fluido y de la central de utilizacin; y

    demostrado la compatibilidad ambiental del proyecto.

    ~~~~ .'~~~'::~''"~~)\ ; '!:

  • No es aceptable que permanezcan riesgos de incumplimientos tcnicos graves, y slo pueden perman.lilcer las incertidumbres sobre el monto total de los costos y los benef~os del proyecto, que deben estar contenidos dentro de mrgenes de variacin donde todava se mantiene una rentabilidad aceptabie.

    2.3.4 Etapa IV: Desarrollo del Proyecto

    La construccin del proyecto debe seguir las estrategias y los criterios tcnicos y econmicos definidos en el estudio de factibilidad. Los objetivos y las metodologas de esta etapa estn descritos en la Guia para el Desarrollo de Proyectos Geotrmicos (OLADE/BID, 1993). Generalmente el desarrollo es llevado a cabo por fases, siguiendo las estrategias recomendadas en el estudio de factibilidad, realizando:

    la perforacin de pozos de produccin y de inyeccin, y la eventual instalacin inmediata de unidades de boca pozo a descarga libre (de 3 a 5 MW), y el desarrollo del campo por etapas, con grupos modulares de potencia reducida (de 15 a 30. MW) o unidades de gran potencia (de 30 a 55 MW).

    El tiempo necesario para la perforacin de pozos y la construccin de la central es aproximadamente de tres aos. El nivel de inversin es muy grande y depende del nmero de pozos profundos a perforarse y de la potencia de la central (aproximadamente de 2000 US$/kW, es decir, alrededor de US$ 100 millones de dlares para una central de 50 MW) . Durante la perforacin de los pozos y la construccin de las obras, se deben recolectar los nuevos datos disponibles y actualizar continuamente los estudios de ingeniera de yacimientos y el proyecto. Los eventuales incrementos sucesivos o modificaciones de las obras, deben ser justificados por medio de estudios de factibilidad especficos.

    2.3.5 Etapa V: Operacin y Mantenimiento

    La operacin y el mantenimiento del sistema campo-central deben permitir la mxima eficiencia de los equipos y la continuidad de la produccin de energa; ver la Gua para Operacin y Mantenimiento de Campos y Plantas Geotrmicas (OLADE/BID, 1993). La evolucin del yacimiento y la produccin de los pozos deben ser monitoreadas continuamente para poder detectar variaciones significativas y actualizar y calibrar el modelo matemtico del campo. La correcta aplicacin del modelo es un instrumento indispensable para interpretar los cambios y problemas observados en el comportamiento del yacimiento, con el fin de predecir su

    10

  • evolucin futura y tomar una decisin sobre los programas de perforacin de reposicin y, eventualmente, sobre una ampliacin de la capacidad instalada.

    2.4 Papel de la Energa Geotermoelctrica

    2.4.1 Aspectos Tcnicos

    La energa elctrica de origen geotrmico se cnecta en la red elctrica local, que por lo general est interconectada a las principales redes nacionales de distribucin y a veces con las redes de los pases vecinos, que forman grandes mercados de energa elctrica.

    La planificacin del desarrollo de un sistema geotrmico dado, debe formar parte del plan de expansin de la generacin del sistema elctrico, que debe cubrir la demanda que normalmente

    .acompaa el desarrollo econmico del pas. La generac~on geotrmica debe resultar tcnicamente compatible y coordinada con la generacin de otras centrales del sistema, para alimentar al mismo con confiabilidad y bajo costo. Para lograr este objetivo, la programacin de las actividades de desarrollo del campo y de construccin de las centrales debe evitar riesgos tcnicos y prever controles en la ejecucin, para eliminar atrasos, lo cual solamente es posible despus del estudio de factibilidad.

    La generacin tpica de una central geotrmica es continua, es decir, sin modular la carga o parar la unidad, por lo que su operacin es de base. Esto es una consecuencia de la conveniencia de no modificar frecuentemente el rgimen de produccin de los pozos (operacin en condiciones estacionarias) y del costo elevado del sistema campo-central, que es rentable solamente con una utilizacin de la central alta y continua

    Sin embargo, tambin pueden existir situaciones especificas que difieren de la precedente, tales como:

    Pequeos sistemas aislados donde la potencia geotrmica puede tener un papel global, siendo la generacin de base, modulante y de pico. En este caso, el proyecto y la

    operac~on del sistema campo-central deben ser cuidadosamente optimizados.

    El exceso de generacin durante la estacin de lluvias, cuando la disponibilidad temporal de energa hidrulica satisface la demanda.

    El exceso de capacidad de los equipos de la central por efecto del agotamiento parcial del yacimiento. Donde la reduccin de la generacin en periodos de mayor disponibiligad de energa de otras centrales, puede permitir una recuperacin de la capacidad del yacimiento,

    11

    mdeleonResaltado

    mdeleonResaltado

    mdeleonResaltado

  • 2.4.2

    a utilizarse en periodos criticas J)ara el sistema de generacin.

    Aspectos Econmicos

    De acuerdo a lo , anterior, el proyecto de una central geotermoelctrica tiene que integrarse al sistema de generacin elctrica del pas y ser econmicamente competitivo con centrales no geotrmicas, de manera de poder substituirlas en el plan de expansin a largo plazo en el sistema de generacin.

    En consecuencia, el beneficio de la generacin geotrmica est representado por el ahorro de los costos, a saber por los "costos evitados" por la no necesidad de construccin y operacin. de otras centrales alternativas.

    La central geotrmica substituye en general a una central alimentada con combustible fsiles, que requJ.ere inversiones inferiores pero incluye entre los gravmenes variables el costo del combustible. En el inciso No. 5 se suministrarn los valores significativos de comparacin; cabe sealar que el beneficio generado por la inversin en el campo geotrmico, que representa cerca del 50% del total, es la eliminacin del costo del combustible utilizado en la central termoelctrica.

    La importancia econmica de este beneficio est respaldada por el costo del combustible cotizado en moneda extranjera (siendo importado o exportable) y por el riesgo que ste tiene a las crisis de disponibilidad y a los incrementos de precio que superen la inflacin. Este aspecto debe estimular sobre todo las inversiones para las etapas iniciales, cuando el xito del proyecto no est probado por el estudio de factibilidad.

    La justificacin econmica del proyecto debe demostrar que su incorporacin en el plan de expansin constituye la solucin de costo mnimo para satisfacer la demanda de energa del sistema elctrico. En caso de que el proyecto constituya slo una parte de un programa ms amplio destinado a cubrir una demanda determinada, debe demostrarse que el programa global representa la solucin ptima.

    La demostracin de la ventaja de una central geotermoelctrica econmica, deber incluir un anlisis que compare los valores monetarios de los beneficios con los de los costos del proyecto y que calcule los parmetros economtricos ms significativos. Deber, adems, incluir anlisis de sensibilidad y probabilsticos oportunos, para evaluar los efectos de posibles resultados y costos distintos a los previstos y esperados.

    Un parmetro de comparacin econmica muy significativo, es el costo promedio de generacin de las centrales alternativas, definido como la razn entre los costos totales actualizados y la energa total actualizada, denominado costo Marginal de Largo Plazo ( CMLP) .

    12

    mdeleonResaltado

    mdeleonResaltado

    mdeleonResaltado

    mdeleonNota adhesivaEl beneficio generado por las inversiones en el campo geotrmico es al eliminacin del combustible usado en la central termoelctrica

    mdeleonResaltado

    mdeleonResaltado

    mdeleonResaltado

    mdeleonNota adhesivaSolucin de costo mnimo?

    mdeleonResaltado

    mdeleonNota adhesivaParmetros economtricos:

    mdeleonResaltado

    mdeleonResaltado

    mdeleonResaltado

    mdeleonResaltado

    mdeleonNota adhesivaImportante

  • 3. CARACTERISTICAS Y COSTOS TIPICOS DEL CAMPO

    3.1 Potencial y Productividad

    3.1.1 Energa ALmacenada y Potencial Explotable

    La cantidad de energa trmica almacenada en un yacimiento geotrmico es una funcin de su volumen, de su temperatura y del estado termodinmico del fluido contenido en las rocas.

    El potencial explotable es inferior a la energa total del yacimiento y se obtiene introduciendo el concepto de "factor de recuperacin", que representa la fraccin de la energa total almacenada que puede ser recuperada/explotada efectivamente, quedando disponible en la superficie para su conversin en energa elctrica.

    En efecto, la mayor parte de la energa almacenada en el yacimiento est contenida en la roca misma, ms que en el fluido. La recuperacin de esta energa no puede, entonces, ser total, estando limitada por la disponibilidad de fluido almacenado en el mismo yacimiento o del que se drena de zonas aledaas como resultado de la explotacin del sistema, y por la capacidad de la roca en transferir su calor al fluido.

    El valor del factor de recuperacin involucra limites tanto fsico-tcnicos (la cantidad de energa tcnicamente extraible) como econmicos (la cantidad de energa extraible dentro de un costo limite determinado). La aplicacin de factores apropiados de conversin energtica (funciones del tipo de ciclo adoptado) a la energa disponible en la superficie, lleva finalmente a la definicin del potencial del campo en trminos de capacidad elctrica instalable.

    Mtodos de Evaluacin

    La determinacin del potencial de un campo, con base en el conocimiento de sus caractersticas geomtricas (volumen), fsicas {presin y temperatura) e hidrulicas (almacenaje y permeabilidad) y en la evaluacin de un valor razonable del factor de recuperacin, representa una de las tareas principales de la ingeniera de yacimientos, en particular en las etapas iniciales del proyecto geotrmico.

    En la evaluacin del potencial se distinguen bsicamente dos diferentes enfoques, manifestados por los:

    mtodos volumtricos. con los cuales se estiman las cantidades de calor y de fluido almacenados en el yacimiento, _que a travs de la aplicacin de un va~-:: emprico de recuperacin suministra un valor del pote;t __ . ;.~.~t~;~ explotableiy ..J.2;_ 1 .' ... .. _:~.~\

    ":

    13 ..

    ,- __ (

  • mtodos de simulacin basados en la aplicacin de modelos matemticos para el anlisis de~ comportamiento termo-fluidodinmico del yacimiento bajo -explotacin. La simulacin permite estudiar la futura evolucin del yacimiento, en particular de su presin y de la entalpia de los fluidos producidos, y determinar la posibilidad de mantener la extraccin requerida durante un cierto periodo de tiempo (deis a 30 aos).

    Con la simulacin el factor de recuperacin no es definido "a priori", sino que es esencialmente el resultado de la simulacin misma. En este sentido, este enfoque es ms refinado que el mtodo volumtrico, aunque tiene tambin limitaciones, en particular en las condiciones iniciales de un campo, por tenerse un conocimiento todavia incompleto del yacimiento. Los datos de entrada incompletos llevan a un grado de incertidumbre enlos resultados de la simulacin, y para evitar el riesgo de una sobrestimacin se tienen que adoptar hiptesis prudenciales-conservadoras para los parmetros del yacimiento todavia desconocidos, y eventualmente aplicar un factor reductivo a la capacidad simulada.

    3.1.3 Categorizacin del Potencial

    En cada etapa de un proyecto geotrmico, cabe subrayar la diferencia importante entre:

    Potencial probado. que representa la capacidad energtica seguramente disponible con base a factores tecnolgicos y econmicos y a los conocimientos de la parte del recurso ya comprobada por pozos profundos, con garantia de produccin del vapor necesario a lo largo de toda la vida til de la central. El fracaso del riesgo minero debe ser absolutamente marginal, quedando nicamente una posible incertidumbre sobre el nivel de costo de la explotacin.

    Potencial probable/posible, que representa la probable/ posible capacidad energtica disponible en el futuro, correspondiente a la totalidad del recurso siempre y cuando se tomen en cuenta factores tecnolgicos y econmicos. Se estima con base a hiptesis sobre la extensin y la naturaleza del campo todavia no confirmadas por la exploracin directa.

    Es evidente que antes de iniciar la etapa de factibilidad de un proyecto, se tendrn nicamente estimaciones sobre un potencial posible; slo el xito de las perforaciones profundas de la etapa de factibilida~ permiten definir un potencial probado, que puede ser substancialmente inferior al potencial real del recurso. Sin embargo, para evitar riesgos de sobreequipamiento, slo se podr decidir en esta etapa la instalacin de una capacidad no superior al potencial probado. Durante la etapa de desarrollo, la evolucin del potencial probable/posible contribuir en forma sustancial en la definicin de los planes de ampliacin futura de la central.

    14

  • 3.1.4 Productividad

    La productividad del recurso se define como el nivel de eficiencia, en particular en trminos econmicos, que se puede alcanzar en la extraccin de energia. El factor fundamental en / { este sentido es la productividad promedio de los pozos productores, o ms bien el costo promedio de perforacin por . MW(e) producido; en efecto, es evidente que una alta productividad de vapor de los pozos conlleva una disminucin de los costos unitarios para el suministro de vapor a la central, y por ende, a un aumento en el inters del proyecto.

    La productividad de los pozos es esencialmente una funcin de la naturaleza del yacimiento, en particular de su permeabilidad y temperatura. El costo de produccin es afectado por otros factores, tales como la profundidad de los pozos, la necesidad de pozos inyectores, etc.

    En general, la productividad de los pozos no permanece constante, siendo afectada negativamente por la evolucin de las caractersticas termodinmicas del yacimiento (en particular por la disminucin de la presin), por lo tanto, hay que tomar en cuenta la progresiva disminucin de productividad de los pozos a lo largo de la vida del proyecto, a ser compensado con la perforacin de pozos adicionales {pozos de reposicin) . La productividad de los pozos individualmente y en su conjunto y su evolucin con el tiempo, dependen tambin del esquema de explotacin del recurso (localizacin y densidad de los pozos, caudales y espaciamiento entre los pozos de produccin/ inyeccin, etc.). El esquema de explotacin tiene que ser eventualmente adaptado a la evolucin del yacimiento durante su vida til; de aqui la importancia de una correcta explotacin del recurso, a ser basada sobre un monitoreo continuo del yacimiento y la aplicacin de modelos matemticos de simulacin a fin de predecir su evolucin.

    3.1.5 Aspectos Econmicos

    El concepto de productividad de los pozos y de su variacin con el tiempo aclara cuales son los principales factores econmicos que se deben tomar en cuenta en la definicin de potencial: el potencial de un recurso es la cantidad de energia que se puede producir a un costo econmicamente competitivo.

    En un proceso de desarrollo del recurso por etapas, tipico para la geotermia, se podr incrementar la capacidad instalada hasta cuando el costo marginal de la ampliacin deje de ser econmico.

    3.2 caractersticas de los Fluidos Producidos

    En funcin del tipo de yacimiento, el flido producido por los pozos de un campo geotrmico puede ser:

    15

  • vapor seco, saturado o enviado directamente a la

    sobrecalentado, que puede central de generacin; o

    ..........

    ser

    una mezcla de agua y vapor, con una traccin de vapor variable segn el tipo de alimentacin del pozo y la presin del cabezal. En este caso se tienen que separar las dos fases por medio de equipos adecuados (separadores ciclnicos), enviando el vapor a la turbina y dejando una cantidad generalmente importante de liquido caliente para su desecho o para una sucesiva evaporacin a presin ms baja (segundo flasheo).

    En campos de agua dominante, el vapor separado representa normalmente una fraccin del ~5 al 30% de la masa total. Sin embargo, la explotacin masiva del recurso puede modificar la proporcin entre vapor y agua, sea hacia valores ms ai.tos (ebullicin en el yacimiento) o ms bajos (enfriamiento del yacimiento) . La composicin quimica de los fluidos extraidos puede afectar la explotabilidad del recurso, y en casos extremos y raros hacerla tcnica y econmicamente imposible o inconveniente (extraccin de fluidos muy corrosivos o incrustantes). El fluido (vapor o mezcla) contiene normalmente una cierta cantidad de gases incondensables, constituidos principalmente por co2, porcentajes menores de H2s y trazas de otros gases. La cncentracin de gas incondensable es variable de campo a campo; normalmente no sobrepasa el 5%, referido a la cantidad de vapor (producido o separado). Los casos extremos de muy alto contenido de gas, pueden anular la conveniencia de instalar centrales a condensacin, limitando los ciclos aplicables a sistemas con descarga libre, o requerir la instalacin de equipos de separacin del gas antes de la entrada del vapor a la turbina.

    La composicin del gas incondensable, en particular el contenido de H2S, determina las caracteristicas corrosivas del vapor, que influye en la seleccin de los materiales a utilizarse en los equipos y en las medidas de proteccin del medio ambiente por la de_scarga del gas en la atmsfera.

    En lo que respecta al agua separada en campos de agua dominante, se trata en general de salmueras con contenido de sales disueltas muy variable, entre unos miles de ppm y en casos extremos de 200.000 a 300.000 ppm (el agua de mar tiene una concentracin de sales de 35.000 ppm). Esta salinidad, y en particular el contenido de elementos txicos como el boro y el arsnico, requieren de un cuidadoso control del sistema de desecho (inciso 3. 3)

    Un problema particular es el que presenta el contenido de silice disuelta, que puede dar abundantes depsitos de este mineral al bajar la temperatura del fluido, con las consiguientes dificultades para su desecho. En algunos casos el riesgo de

    ~6

  • formacin de depsitos de silice, directamente relacionados con la disminucin de temperatura, es el principal factor limitante para una explotacin energtica ms completa del fluido extraido, por ejemplo mediante la adopcin de una segunda etapa de evaporacin (flasheo).

    3.3 Transporte y Desecho de Fluidos

    El vapor producido por los pozos distribuidos sobre un rea relativamente grande, tiene que ser transportado a travs de un sistema de acarreo hasta la central generadora.

    En el caso de produccin de vapor seco, el sistema simplemente consiste en conectar el cabezal del pozo al colector de vapor de la central. En presencia de mezcla, se necesita una separacin de las fases agua y vapor, con esquemas del sistema de acarreo seleccionados con base en las caracteristicas de los pozos y del

    flu~do producido .(en particular su fraccin de vapor), en su distancia a la central y en la topografia del rea.

    El desecho del agua separada es un aspecto 'importante en la seleccin del esquema de explotacin de un campo de tipo agua dominante.

    La descarga de los fluidos residuales en la superficie ha sido adoptada en algunos casos, como por ejemplo en Cerro Prieto, Mxico (en lagunas de evaporacin), y en Ahuachapn, El Salvador (canaleta al ocano). Sin embargo, se puede afirmar que en general las caracteristicas de los fluidos residuales imponen su inyeccin a gran profundidad (ver inciso 3.2), en particular en el mismo yacimiento geotrmico para evitar cualquier contaminacin de acuiferos someros, aguas superficiales, suelos, etc.

    Por otro lado, la adopcin de la inyecc~on a gran escala afectar, si se efecta en el yacimiento, la evolucin del mismo, dando como resultado un efecto pol!itivo sobre la presin del yacimiento (disminucin de la masa neta extraida) y un parcial enfriamiento de la formacin. Se necesitar, entonces, realizar una evaluacin cuidadosa de la ubicacin de los pozos de inyeccin y un monitoreo continuo del campo, para evitar la posibilidad de un deterioro acelerado de las reas productivas.

    La inyeccin tambin puede ser utilizada en campos de vapor dominante, para eliminar el agua de condensacin de las torres de enfriamiento y tambin recargar al yacimiento.

    3.4 Aspectos Ambientales

    El potencial impacto ambiental de una central debido principalmente a:

    desecho deagna; residuales; y la

    geotrmica es (_

  • En general, la adopcin de la inyeccin total del agua a profundidad (a nivel del yacimiento), representa una proteccin adecuada del suelo y de las aguas superfi~les durante la operacin normal de la central.

    En lo que se refiere a la descarga de gases, tiene que ser adoptado un sistema adecuado de dispersin en funcin principalmente del contenido de H2s, que a nivel del suelo no debe superar valores establecidos. Esto se realiza, si es necesario, a travs de la construccin de una chimenea que permita la dispersin de los gases a una altura apropiada. Alternativamente, se pueden instalar sistemas de abatimiento del

    H~S, que sin embargo representan una inversin importante y una perdida en la eficiencia de la central. Es interesante sealar que la emisin del co2 a la atmsfera, que constituye la componente esencial del gas geotrmico (normalmente superior al 90% del total), es muy inferior (por kWh generado) al de cualquier central trmica convencional que utiliza combustibles fsiLes

    Otros potenciales impactos de importancia secundaria son:

    la ocupacin y uso del terreno

    el impacto visual debido a cabezales de los pozos, equipos y a los equipos de perforacin campo

    edificios, de acarreo durante el

    excavaciones, de los fluidos desarrollo del

    el ruido de los pozos y de la casa de mquina

    la contaminacin en caso de un reventn accidental

    la subsidencia causada por la extraccin de fluidos geotrmicos

    la sismicidad debida a la subsidencia o a la inyeccin de fluidos (microsismicidad) . La intensidad de esta sismicidad inducida, es en general del mismo orden de aquella natural, especialmente en terrenos volcnicos en los cuales dicha sismicidad natural es significativa, y ya ha sido tomada en cuenta en el diseo de la central.

    En conclusin, se puede afirmar que con la adopcin de medidas adecuadas de proteccin del medio ambiente, el impacto de un proyecto geotrmico puede ser mantenido dentro de limites absolutamente aceptables y es posible compararlo favorablemente con respecto d~l impacto de otras centrales alternativas.

    3.5 Inversiones Tpicas

    Las inversiones tipicas para la exploracin y el desarrollo de un campo geotrmico hasta la puesta en operacin de una central generadora, esencialmente se pueden subdividir en:

    18

  • Costos de Exploracin Preliminar/Superficial: 1. 5 a 2 millones de US dlares (etapas de reconocimiento y prefactibilidad, ver el inciso 2.3). costos de perforacin: 1-2 millones de US$/pozo. El costo efectivo de un pozo depende de su profundidad, tipo de terminacin (dimetro, vertical o desviado, etc.), tiempo de perforacin, tipo de formacin encontrada, etc.

    Para pozos en la etapa factibilidad se estima un costo mayor con respecto a los pozos de desarrollo, del orden del 20%, debido a su carcter exploratorio, al escaso conocimiento de las condiciones en el subsuelo y a la necesidad de mayores investigaciones (pruebas, tomas de ncleos, etc.). El impacto del costo del proyecto es principalmente por:

    de la perforacin sobre el costo total muy variable, siendo afectado

    la productividad promedio de los pozos exitosos: va.lor tpico 5 MW;

    el factor de xito de las perforaciones (en razn de pozos fallidos/pozos productores): valor tpico 1 de 3 en la etapa de exploracin, y 1 de 5 durante el desarrollo de reas comprobadas;

    la necesidad de pozos inyectores (campos de agua dominante) y la inyectividad de los mismos; valor tpico: 1 inyector/3 productores.

    Con los valores tpicos indicados anteriormente resulta un costo promedio de perforacin del orden de 500 US$/kW. Los costos de los pozos de reposicin se incluyen normalmente en los gastos de operacin y mantenimiento (ver inciso 3.6). Costos del Sistema de Separacin/Acarreo: o. 2 a O. 5 millones de US$/pozo productor en campos de vapor dominante, y O. s-o. 9 millones de US$/pozo productor en campos de agua dominante.

    El costo efectivo depende de la productividad de del esquema de separacin/acarreo adoptado distancia entre los pozos y la central.

    los pozos, y de la

    Los campos de agua dominante requieren mayores inversiones, por tener necesidad de separadores, de lineas de agua hacia los pozos de inyeccin, etc.

    Considerando un promedio de 5 MW/pozo, dominante resulta un costo promedio concepto de 150 USS/kW.

    19

    en campos de agua tpico para este

  • costos de la plataformas: US$fpozo (50

    adquisicin El valor

    $/kW). de terrenos o derechos, accesos, tpico es de 0.2 millones de

    El costo para la construccin de acceSQS y plataformas depende en particular de la topografa y del tipo de terreno (estabilidad, alteracin de la roca, etc.). costos de ingeniera y administracin: Es del orden del 10 al 15% de la inversin directa.

    Costos de contingencias: Se estima en el orden del 10% del total.

    Como se desprende de las cantidades antes mencionadas, el costo de inversin para la parte "campo" de un proyecto geotrmico depende de muchos factores, en particular de la naturaleza, productividad, tamao y ubicacin del recurso. Un valor tpico se puede establecer en 900 US$/kW, aproximadamente, sin intereses durante la construccin.

    Es conveniente sealar la importancia que tiene para la economa del proyecto, la realizacin continua de las diversas etapas (factibilidad - desarrollo - operacin comercial) sin atrasos ni interrupciones. En efecto, debido a la importancia de las inversiones para el campo, la postergacin de la puesta en marcha de la central influye negativamente en el costo efectivo del proyecto, a travs de los elevados intereses que se tienen que pagar durante la construccin.

    Para el caso de un desarrollo ptimo (4 aos desde el inicio de la factibilidad) los intereses son del orden del 25%, incrementando el costo de la inversin a 1.000 1.200 US$/kW.

    3.6 Gastos Tpicos de Operacin y Mantenimiento

    Los gastos anuales de operacin y mantenimiento del campo geotrmico incluyen:

    Costos para perforacin de pozos de reposicin, que compensen la progresiva prdida de productividad de los pozos y la eventual prdida los mismos por diferentes razones. La disminucin de productividad varia de caso a caso en funcin del tipo del yacimiento, del esquema de explotacin y en particular de su intensidad (razn entre capacidad instalada y potencial efectivo del campo); las tasas de disminucin reportadas estn en un rango de 1 al 10%fao, con valores normales alrededor de 3%/ao. Primero que nada,_ entonces, se puede considerar un costo promedio anual para pozos nuevos del 3% de la inversin inicial destinada a la perforacin (valor tpico: 15 US$/aofkW). Costos para operacin posibles modificaciones

    y mantenimiento del campo; con al sistema de acarreo, se puede

    20

  • estimar que anualmente corresponden aproximadamente con el 1.5% de la inversin total inicial (valor tpico: 15 US$/aofkW) .

    En sntesis el costo total de operac~on y mantenimiento del campo es del orden de 30 US$/ao/kW. Considerando la generacin anual promedio de una central geotrmica (7.5 GWh/MW), el costo de la operacin y mantenimiento del campo resulta del orden de US$ 4 mills/kWh.

    4. CARACTERISTICAS Y COSTOS TIPICOS DE LA CENTRAL

    4.1 Ciclos de conversin Energtica

    Los fluidos geotrmicos utilizados en la produccin de energa elctrica, deben ser transportados al rea de la central donde se realiza la convers~on del calor geotrmico en energa elctrica. La central debe estar localizada en un terreno ampli~ y llano (150 m de ancho y 150 a 300 m de largo, dependiendo de la potencia y nmero de unidades), y debe estar en el interior del campo para reducir los costos de. transporte de los fluidos.

    La determinacin de la eficiencia ptima del ciclo de conversin debe considerar el sistema campo-central en forma integral y por ende requiere del anlisis de muchos parmetros, tales como: caractersticas de productividad de los pozos y su evolucin; costos del campo; arreglo, eficiencia y costos del sistema de acarreo e inyeccin de los fluidos; y tipo de ciclo, eficiencia y costos de la central. Los costos correspondientes a cada incremento en la produccin del campo y a cada incremento en la eficiencia en la central, deben ser inferiores al valor econmico del incremento de la energa elctrica producida.

    En general en centrales geotrmicas se utilizan Ciclos de Vapor y Ciclos Binarios.

    a. Ciclos de Vapor

    Los equipos ms utilizados en el proceso de convers~on energtica son las turbinas de vapor. El fluido til es por lo tanto el vapor que puede ser producido (ver incisos 3.2 y 3.3) directamente de los pozos de vapor seco, o el obtenido de las mezclas de agua y vapor mediante una primera separacin del vapor y una posible segunda separacin. El agua residual, en general, debe ser inyectada.

    Las diferentes turbinas pueden ser:

    de contrapresin, que descargan el vapor directamente atmsfera; o

    21

  • de condensacin, donde el vapor es descargado a un condensador para ser condensado bajo vacio en contacto con agua, la cual es recirculada en to~de enfriamiento. El vacio en el condensador se mantiene por ~dio de mquinas (eyectores a vapor, compresores mecnicos, etc.) que extraen los gases incondensables.

    La presin delfde los vaporfes, la presin de descarga (atmosfrica o bajo vacio) y el contenido de gas incondensable, son los parmetros principales que gobiernan la eficiencia de la central y del sistema campo-central.

    Los parmetros que resumen la eficiencia del sistema son:

    Eficiencia de la central, dada por el consumo especifico de vapor expresado en kg de vapor por kWh elctrico producido bruto, es decir en los bornes del alternador, o neto, descontando los autoconsumos de la central, suministrado al sistema elctrico de transmisin y distribucin.

    E.ficiencia del siste111a campo-central, dada por el consumo especifico de mezcla total extrada de los pozos, expresada en kg de fluido por kWh elctrico producido bruto.

    b. ciclos Binarios

    cuando la temperatura del fluido geotrmico es baja (aproximadamente 150C) por tratarse de recursos de baja entalpa o de aguas residuales despus de la separacin del vapor, o en presencia de grandes cantidades de gas incondensable, puede ser ms eficaz y econmicamente conveniente transferir el calor a un segundo fluido, un fluido de trabajo generalmente orgnico formado por molculas complejas. La unidad de ciclo binario est constituida por un intercambiador de calor-evaporador entre el fluido geotrmico y el fluido orgnico, una turbina, un condensador de fluido orgnico y una torre de enfriamiento.

    La eficiencia global del sistema campo-central se expresa, al igual que en el caso anterior de ciclo a vapor, en kg de fluido por kWli.

    En los prrafos siguientes se tratar solamente el caso del ciclo de vapor, que generalmente constituye el objetivo esperado de una exploracin geotrmica. El ciclo binario puede ser slo una solucin en caso de tener resultados modestos en las temperaturas de los fluidos detectados durante la exploracin, o en la explotacin marginal de la energia contenida en las aguas residuales.

    4.2 Tecnologa de los Equipos

    En la construccin de una central deben considerarse las tecnologas, equipos y materiales comprobados y consolidados por

    22

  • la experiencia en otros campos, y que estn dentro de los estndares propuestos por los mejores fabricantes. En cada proyecto geotrmico existen condiciones o problemas especificas, que requieren del anlisis y de soluciones especiales para optimizar la potencia y flexibilidad de las mquinas que deben adaptarse a las caractersticas y la evolucin del campo.

    Pueden existir problemas que requieren todava procedimientos experimentales, tales como:

    nuevos mtodos para eliminar o reducir eventuales incrustaciones y corrosiones;

    la bsqueda de mejoras, como la posibilidad de inyectar el agua residual a temperaturas inferiores a la de saturacin de la slice, que permitira incrementar la eficiencia energtica global del sistema; y

    nuevos tratamientos de gases incondensables para eliminar contaminantes como el H2S, etc.

    Es de particular inters para los planificadores la comparac~on entre algunas alternativas de tipo de centrales, que involucra la planificacin estratgica campo-central. Hay que mencionar que existen:

    Unidades de boca pozo, integradas por turbinas del tipo a descarga atmosfrica de capacidad limitada a 3-5 MW. Estas unidades se caracterizan por una baja eficiencia, debido a que no tienen condensador de vapor, y por su bajo costo de inversin. Conviene que sean instaladas inmediatamente despus de la prueba de los pozos productores para aprovechar su produccin, obtener rpidos retornos econmicos y al mismo tiempo permitir la evaluacin del campo y la calibracin del modelo matemtico del yacimiento, elementos necesarios para reducir los riesgos asociados con el futuro desarrollo del proyecto.

    Unidades modulares, integradas por turbinas de condensacin de simple flujo de vapor y con nica conexin al condensador, de una capacidad de 15-3 O MW. La turbina permite dirigir la descarga del vapor hacia arriba, poner el grupo a nivel del suelo, instalar el condensador fuera de la casa de mquinas, una amplia prefabricacin y la reduccin del volumen de los edificios y de la obras civiles. El equipamiento de un campo de gran potencial puede ser realizado instalando varias unidades modulares, ubicadas en un mismo sitio, o distribuidas en el campo. El desarrollo campo-central se realiza en etapas con riesgos reducidos, pudindose instalar cada unidad despus de evaluar el perodo de operacin de una unidad anterior y de la correspondiente evaluacin del campo.

    23

    mdeleonResaltado

    mdeleonResaltado

  • Unidades de gran capacidad, inte~as por turbinas de condensacin de doble flujo de vapor, con-doble descarga y conexiones al condensador, con capacidad de 3 o a 60 MW,; arreglos con 4 descargas permiten aumentar la capacidad de estas unidades hasta 120 MW. Esta gran capacidad compromete en general una fraccin importante del potencial total del campo. Varias unidades podran estar instaladas en una sola casa de mquinas. La cantidad de obras civiles necesarias es grande; la casa de mquinas incluye turbina, condensador y bombas, y tiene el piso a 8 m sobre el nivel del terreno, aproximadamente. La turbina se coloca sobre un pedestal de hormign y el condensador se sita por debajo del pedestal. La gran capacidad de la central permite reducir los costos especificas de inversin y de operacin, y alcanzar una alta eficiencia. Sin embargo, hay unas desventajas asociadas como son: necesidad de planificar muchas perforaciones; mayores riesgos mineros y de retrasos; elevado costo del total de las obras y dificultades en el correspondiente financiamiento; y menor flexibilidad en la operacin del sistema campo-central por las pocas unidades que se tienen respecto a los sistemas que cuentan con varias unidades modulares.

    4.3 Utilizacin Marginal del Calor

    Se trata de aprovechamientos que por s solos son de pequea magnitud respecto a la potencialidad del recurso, o de insuficiente rentabilidad respecto a las inversiones del desarrollo de los proyectos. Esta utilizacin es interesante cuando se puede realizar con el agua residual que resulta de la produccin de energa elctrica con ciclos de vapor.

    Cuando existan condiciones para llevar a cabo un estudio de factibilidad de la utilizacin marginal del calor, ste tendr entonces que incluir una evaluacin econmica complementaria a la del proyecto de generacin elctrica.

    4.4 Inversiones y Gastos Tpicos

    En este inciso se consideran los ciclos de vapor que utilizan "unidades modulares" y "unidades de gran potencia", que representan las soluciones alternativas ms significativas de un campo geotrmico con un buen potencial.

    En la tabla No. 2 se indican las caractersticas, las inversiones tpicas, los costos generales y los costos promedios de operacin y mantenimien~o para estas alternativas, considerando una utilizacin de 7.500 k/ao.

    24

    mdeleonResaltado

    mdeleonResaltado

    mdeleonResaltado

  • Tabla No. 2

    Costos Tipicos de Unidades Geotermoelctricas a Vapor

    Tipo de Unidad Modular Modular Gran Potencia

    Potencia bruta MW 15 25 55 Potencia neta MW 14.3 24 53.5

    Inversin especifica neta US$/kW Equipos electromecnicos y subestacin US$/kW 1.100 950 780 Obras Civiles US$/kW 130 lOO 140

    ' Montaje US$/kW 200 150 130

    Intereses durante la construccin % 5 9 12

    Ingenieria y Administracin % 7 7 7

    Inversin especifica total neta US$/kW l. 600 1.400 1.260 Gastos de operacin y mantenimiento US$/MWh 5 4 3

    S. CRITERIOS DE EVALUACION ECONOMICA

    5.1 Evaluacin Econmica y Financiera

    La justificacin econmica de la factibilidad tiene que ser fundamentada sobre la base de comparacin entre los beneficios producidos por el proyecto y los costos asociados con su ejecucin y operacin. Los costos y beneficios deben ser valorados en trminos econom1cos, que corresponden al punto de vista efectivo de la economia del pais. Cuando existan factores que distorsionan la relacin entre los precios del mercado local y el valor verdadero de los recursos (impuestos, monopolios, precios fijados por el gobierno, etc.) deben utilizarse "precios sombra" en lugar de los precios del mercado local. En el caso de los bienes comercializados internacionalmente (como el combustible ahorrado por la centr~l geote;r:moelctrica) , deber utilizarse el pr.d"{~~~~ del mercado 1nt.2rnac1onal. . '" c'c4 \\

    . "'.::.

  • A la rentabilidad economJ.ca deber acompaar la rentabilidad financiera, la cual por su lado refleja el punto de vista de la empresa propietaria. La rentabilidad financiera toma en consideracin valore financieros de los costos y beneficios, es decir, el resultado de los desembolsos e ingresos efectivos de la empresa, asi como la disponibilidad de recursos financieros.

    Para el gobierno y para los organismos financieros internacionales, el inters principal reside en los aspectos econmicos, cuya rentabilidad justifica el financiamiento del proyecto. Mientras que los aspectos financieros pueden ser mejorados por el gobierno a travs de una politica fiscal apropiada, la empresa lo puede hacer mediante cambios en. la tarifa de venta. Por consiguiente, se consideran prioritarios los aspectos econmicos.

    5.2 Identificacin de los Beneficios

    El beneficio da una Central Geotermoelctrica est representado por el ahorro de los costos (a saber los "costos evitados") del Plan de Expansin de Largo Plazo de la Generacin por efecto de la incorporacin de la Central (ver inciso 2.5.2). La justificacin econmica del proyecto geotrmico tendr, por lo tanto, que basarse en la comparacin entre el Plan ptimo "con" el proyecto y el Plan Optimo "sin" el proyecto.

    Cada plan de expansin del sistema de generacin tiene que prever la incorporacin de nuevas centrales, de forma tal que encare el incremento de la demanda de energia, para antes que se incurra en un dficit de generacin.

    El anlisis tcnico-econmico de la expansin del sistema de generacJ.on debe hacerse mediante modelos matemticos de simulacin de la operacin y anlisis de los costos, entre los cuales el ms conocido es el modelo WASP. Estos modelos permiten programar en forma ptima las centrales disponibles para la operacin, de tal manera que se pueda conseguir el costo minimo de generacin; y adems permiten analizar la calidad del servicio y los posibles dficits de generacin y, por lo tanto, evidenciar la necesidad de incorporar nuevas centrales. Estos programas normalmente estn disponibles en las oficinas de planificacin de las entidades encargadas de la generacin.

    Un caso especifico y simplificado se verifica cuando una determinada central, por ejemplo una trmica, tenga un papel idntico de generacin base al del proyecto geotermoelctrico (inciso 2.5.1) y pueda sustituir por si sola e integralmente la generacin del Proyecto geotermoelctrico. En este caso los costos de sta constituyen los "beneficios" del proyecto.

    26

  • 5.3 Costos Tpicos de centrales Alternas

    No es posible definir costos tipicos alternas de las geotermoelctricas, variables y deben ser analizados para

    de centrales hidrulicas ya que estos costos son cada caso.

    Para muchos sistemas de potencia media (500-2000 MW de pico) la central alterna est constituida por una central termoelctrica de 80 a 170 MW de potencia; el combustible puede ser combustoleo o carbn.

    A continuacin se considerar el caso con combustoleo, las presentes condiciones de bajo costo del petrleo suponer son poco diferentes de las del carbn.

    Para poner en evidencia la importancia de los ambientales, se pueden considerar dos hiptesis para alimentadas con combustoleo con aproximadamente un 3% y una utilizacin de 7000 hfao:

    que bajo se puede

    aspectos centrales de azufre

    a. Grupo de alta eficiencia, con quemadores modernos de baj:a produccin de NOx, con filtro del polvo contenido en los humos;

    b. Grupo igual al anterior, pero con equipos de eliminacin del so2

    En la tabla No. 3 se indican las caractersticas tipicas de centrales trmicas alternas y los costos promedios de generacin o Costos Marginales de Largo Plazo (CMLP). El valor aproximado de 56 US$/MWh para el CMLP, representa el valor limite que la central geotermoelctrica no debe superar para resultar econmicamente de inters.

    El valor aproximado de 64 US$/MWh para el CMLP, seria ms indicativo al considerar el impacto ambiental de la solucin termoelctrica similar al de la central geotermoelctrica.

    S .. 4 comparacin Econmica

    Las consideraciones econmicas simplificadas se basan en la confrontacin entre los costos medios de generacin CMLP de las varias alternativas geotermoelctricas y termoelctricas.

    En el caso de soluciones geotrmicas modulares, se ha reducido el costo del campo tomando en cuenta que los tiempos de puesta en operacin de los pozos ms inmediatos, reducen los intereses durante la construccin del campo.

    En la tabla No. 4 se comparan los costos de generacin geotermoelctrica con aqullos de generacin termoelctrica en las hiptesis~. y b., con diferentes intensidades de emisin ambiental.

    27

  • Tabla No. 3

    Caractersticas Tpicas de Centrales Trmicas Alternas

    GRUPO A

    Potencia MW 80-170

    Inversin especfica; incluye intereses durante construccin US$/kW 1350

    Ingeniera y Administ. (7%) US$/kW 95

    Costo capital (7000 h/a; 25 aos; 12%/ao) US$/MWh 26.3 Costo Combustible (combustible) US$/t lOO Consumo especifico neto kcal/kWh 2400

    Costo combustible US$/MWh 24

    Operacin y mantenimiento US$/MWh 6

    Costo promedio de la energa o CMLP US$/MWh 56.3

    GRUPO B

    80-170

    1600

    110

    31.1

    lOO

    2500

    25

    8

    64.1

    El costo de generacin de la central geotermoelctrica resulta sensiblemente inferior al costo de generacin de una central termoelctrica; tambin en las actuales condiciones de bajo costo del combustible.

    La diferencia de costo entre la energa termoelctrica y la energa geotrmica aumenta an ms (7+8 US$/MWh), si se aplican a las centrales termoelctricas limites muy bajos a las emisiones de gases.

  • Tabla No. 4

    Comparacin Econmica entre Centrales Geotermoelctricas y Termoelctricas

    Alternativa Modular Modular Gran Potencia

    Potencia bruta ......... MW 15 25 55

    Inversin campo, incluye intereses durante la construccin ........ US $/kW 1000

    Costo capital energa (7500 26 aos; 12%)

    de la hja,

    Gastos operacin y

    US$/MWh

    mantenimiento campo ... US$/MWh

    Inversin en la central US$

    Costo capital de la

    17.0

    4

    1600

    energa ......... US$/MWh 27.2

    Gastos operacin y mant. de la central

    Costo total energa

    .... US$/MWh 5

    geotrmica (CMLP geo.) . US$/MWh 53.2 Costo total energa termoelctrica (CMLP ter) US$/MWh 56.3 Menor costo geotermo US$/MWh 3.1 Valor actualizado del menor costo ..... US$/kW 180

    29

    1100 1200

    18.7 20.4

    4 4

    1400 1260

    23.8 21.4

    4 3

    50.5 48.8

    56.3 56.3

    5.8 7.5

    340 440

  • 6. REFERENCIAS

    -ELC, Informes internos de ELC ElectroconsuLt. Milano, Italia.

    Gutirrez, L. A., 1991. Desarrollo geotrmico internacional 1985-1990 e indices de productividad. Geotermia, Rev. Mx. Geoenergia, Vol 7, No. 2.

    OLADE/BID, 1993. Guia para estudios de reconocimiento geotrmico. Quito, Ecuador. OLADE/BID, 1993. Guia para estudios de prefactibilidad geotrmica. Quito, Ecuador. OLADE/BID, 1993. Guia para estudios de factibilidad geotrmica. Quito, Ecuador. OLADE/BID, 1993. Guia para el desarrollo de proyectos geotrmicos. Quito, Ecuador. OLADE/BID, 1993. Guia para operacin y mantenimiento de campos y pl~~~as geotrmicas. Quito, Ecuador.

    30