II. PRESENTACION DE UN INFORME DE MONOGRAF MONOGRAFIA IA TEORICO 1. HOJA DE PRESENTACION
FACULTAD DE INGENIERÍA QUIMIC ESCUELA PROFESIONAL DE INGENERIA QUIMICA TEMA ENERGIA GEOTERMICA
MONOGRAFIA NOMBRE DE LOS ALUMNOS: NOMBRE DEL PROFESOR:
Dr. Moisés Enrique BELTRAN
LAZARO
FECHA DE PRESENTACION PRESENT ACION DE LA MONOGRAFIA: 20/09/20 20/09/2016 16 HUANCAYO - PERU 2016
PLAN DE DESARROLLO DE ENERGIA GEOTERMICA EN EL PERU A S PE CTO L E G A L: Uno de los más grandes problemas en la licitación de los proyectos es la baja capacidad del gobierno para poner en marcha un proyecto, es necesario apegarse a las normas generadas pero con una mejor eficiencia
MARCO LEGAL REGLAMENTO DE LA LEY Nº 26848: LEY ORGÁNICA DE RECURSOS GEOTÉRMICOS (PROYECTO) E L P R E SI D E N TE D E L A R E P UB L I C A
CONSIDERANDO: (MINISTERIO DE ENERGIA Y MINAS, 1996) Que, mediante Ley Nº 26848, se aprobó la Ley Orgánica de Recursos Geotérmicos; Que, de conformidad con la Segunda Disposición Transitoria de la referida Ley, el Poder Ejecutivo debe dictar el Reglamento correspondiente, para su aprobación por Decreto Supremo, refrendado por el Presidente del Consejo de Ministros y por el Ministro de Energía y Minas; De conformidad con el inciso 8) del artículo 118º de la Constitución Política del Perú; DECRETA:
Artículo 1º.- Apruébase el Reglamento de la Ley Nº 26848, Ley Orgánica de Recursos Geotérmicos, conformado por ciento cincuentidós (152) artículos, tres (03) Disposiciones Complementarias, dos (02) Disposiciones Transitorias y un (01) Anexo de Definición de Términos, el mismo que integra el presente Decreto Supremo. Artículo 2º.- El Presente Decreto Supremo entrará en vigencia al día siguiente de su publicación en el Diario Oficial “El Peruano” y será refrendado por el Presidente del Consejo de Ministros y por el Ministro de Energía y Minas. Dado en la Casa de Gobierno, en Lima. De los cuales se adjunta el archivo para esta monografía.
MARCO AMBIENTAL Ya que no existen proyectos en Perú no se cuenta con un estudio ambiental acerca de una plana geotérmica por lo cual tomaremos en cuenta el aspecto ambiental que genero la planta cerro pabellón en el país de chile. que observamos a continuación (G.O.D GEOTERMIA)
RESUMEN EJECUTIVO En este documento se presenta el Resumen Ejecutivo del Estudio de Impacto Ambiental (EIA) del Proyecto Central Geotérmica Cerro Pabellón, cuyo titular es Geotérmica del Norte S.A. (GDN). El objetivo del Proyecto es la producción de energía eléctrica, mediante el aprovechamiento sustentable del calor endógeno almacenado en ciertas zonas de la corteza terrestre, a través de una central de generación geotérmica, cuyas instalaciones
se ubicarán en el sector de Pampa Apacheta, comuna de Ollagüe, Provincia El Loa, Región de Antofagasta. El Proyecto se concibe al amparo de la Concesión de Explotación de Energía Geotérmica otorgada a Geotérmica del Norte S.A., en el área denominada “Apacheta”, y contenida en el D.S. N° 6/2009 de fecha 8 de enero de 2009, del Ministerio de Minería, publicado en el Diario Oficial el 7 de febrero de 2009. El Titular ha efectuado anteriormente campañas de exploración superficial y profunda, en el área de concesión, cuyos resultados han permitido concluir la existencia de un reservorio geotérmico con potencial energético, lo que respalda técnicamente la factibilidad de generación de energía eléctrica. El Proyecto considera una planta de generación geotérmica de 50 MW de capacidad y once plataformas de perforación para pozos de producción y pozos de reinyección, así como una red de tuberías, red de caminos internos y obras auxiliares para su funcionamiento. Actualmente, producto de las actividades previas de exploración, se encuentran habilitadas dos plataformas de producción, dos plataformas de reinyección y caminos internos, las cuales también formarán parte del presente Proyecto. La Central Geotérmica Cerro Pabellón proyecta su conexión al Sistema Interconectado del Norte Grande (SING) a través de un sistema de transmisión de 220 kV. La línea de transmisión eléctrica no es parte del presente Proyecto y será presentada separadamente al Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental para su evaluación ambiental, atendida que corresponde a una etapa de desarrollo distinta a la actual, y que actualmente se encuentra en análisis técnico de factibilidad y diseño. Atendido lo anterior, el Proyecto se somete al Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental, en virtud de lo indicado en el literal c) del artículo 10 de la Ley N° 19.300 sobre Bases Generales del Medio Ambiente, modificada por la Ley 20.417; y en el literal c) del artículo 3° del Reglamento del Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental (SEIA), cuyo texto fue fijado por el artículo 2° del D.S. N° 95/01 del MINSEGPRES, por tratarse específicamente, de una central generadora de energía mayor a 3 MW.
Des cri pción del Proyecto La Central Geotérmica Cerro Pabellón estará compuesta, principalmente, de una planta de generación a condensación de 40 MW, y de una planta binaria con una capacidad de 10 MW adicionales, con un total de 50 MW. El Proyecto contempla las siguientes obras y/o actividades: Obras Temporales: • • •
Campamento fase de construcción; Instalación de faenas para obras civiles y montajes; e Instalación de faenas para perforación.
Obras Permanentes: • • • •
Mejoramiento camino de acceso desde campamento al sector del Proyecto y red de caminos internos; Plataformas para pozos de producción; Plataformas para pozos de reinyección; Pozos geotérmicos;
• • •
Red de transporte de fluidos geotérmicos y agua para perforación; Planta geotérmica a condensación 40 MW; y Planta Binaria 10 MW.
Evaluación de Impacto Ambiental Se realizó una evaluación de los impactos ambientales asociados al Proyecto durante todas sus fases (construcción, operación y cierre). La evaluación de impactos consideró la siguiente metodología: a) identificación de fuentes generadoras de impactos ambientales; b) identificación de los componentes ambientales susceptibles de ser afectados; c) identificación de los impactos potenciales del proyecto; d) caracterización y valoración de los impactos ambientales y e) jerarquización de los impactos. La jerarquización de los impactos ambientales consideró el siguiente criterio: entre los valores 2 a 5 se considera un Impacto Bajo; entre los valores 6 a 9 se considera un Impacto Medio; y entre los valores 10 a 14 se considera un Impacto Alto. Los impactos ambientales identificados, para las diferentes fases del proyecto, se resumen a continuación.
Jerarquización de Impactos Ambientales de la Fase de Construcción IMPACTOS NEGATIVOS Impactos Altos -10
Fauna
-10
Arqueología
C-FN-1: Alteración de hábitat y comportamientos. C-AR-1: Eventual alteración de Monumentos Arqueológicos.
Impactos Bajos -5
Ruido
C-RU-1: Aumento del nivel de presión sonora.
-5
Geomorfología
-5
Flora y Vegetación
C-VE-1: Pérdida de cobertura vegetal de tipo zonal.
-5
Flora y Vegetación
C-VE-2: Remoción de ejemplares de cactácea Opuntia ignescens.
-5
Paisaje
C-GM-1: Alteración de geoformas.
C-PA-1: Alteración de la calidad visual del paisaje. C-CA-1: Alteración local y temporal de la calidad del aire por material
-4
Calidad del Aire particulado. C-CA-2: Alteración local y temporal de la calidad del aire por gases de
-4
Calidad del Aire combustión.
-4
Infraestructura
C-IV-1: Aumento del flujo vehicular sobre la vialidad existente.
IMPACTOS POSITIVOS Impacto Bajo 9
Dimensión Socioeconómica
C-SO-1: Aumento de empleo a escala local.
Jerarquización de Impactos Ambientales de la Fase de Operación IMPACTOS NEGATIVOS Impactos Bajos O-CA-1: Alteración local de la
-5
calidad
del
aire por
material
Calidad del Aire particulado. O-CA-2: Alteración local de la
-5
calidad
del
aire por
gases de
Calidad del Aire combustión.
-5
Calidad del Aire
-5
Ruido
O-RU-1: Aumento del nivel de presión sonora.
-5
Fauna
O-FN-1: Alteración de hábitat y comportamientos.
O-CA-3: Alteración local de la calidad del aire por emisiones de H 2S.
Jerarquización de Impactos Ambientales de la Fase de Cierre y Abandono IMPACTOS NEGATIVOS Impactos Bajos -3
Calidad del Aire
-3
Ruido
-3
Fauna
A-CA-1: Alteración local y temporal de la calidad del aire por material particulado y gases. A-RU-1: Aumento del nivel de presión sonora.
A-FN-1: Alteración de hábitat y comportamientos.
IMPACTOS POSITIVOS Impacto Medio 5
Paisaje
A-PA-1: Alteración de la calidad visual del paisaje.
ASPECTO TECNICO 3.1 POTENCIALIDAD DEL RECURSO EN EL PERÚ El Perú posee unas 300 manifestaciones de aguas termales de entre 49ºC y 89ºC, situadas a lo largo de la cordillera occidental y, en menor número, en los valles interandinos y la zona oriental, que son consideradas aptas solo para el calentamiento de agua y calefacción (Robilliard Chiozza, 2009). Existen opiniones diversas sobre el potencial geotérmico del Perú expresadas por diferentes instituciones internacionales en las últimas décadas. Según datos del Geothermal Energy Association, en el país existe un potencial de generación eléctrica a costo moderado de 1.000 MW. Por otro lado, en 1999 se publicó el informe “Database of Geothermal Resources in Latin American & the Caribbean”, elaborado para Sandia National Laboratories, que recopila información de los re-cursos geotermales de Latinoamérica y el Caribe. Este informe estima que el Perú cuenta con un potencial geotérmico de generación eléctri-ca de 2.990 MW. En este mismo estudio se determina
que en la región Tacna, específicamente en Borateras, Río Maure, existe un potencial geotérmico de por lo menos 5 MW, que con una adecuada explotación podría alcanzar varias decenas de megavatios más. A su vez, se realizaron estudios preliminares en dicha región con la cooperación del Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA). La visita del experto inter-nacional doctor Truesdell, de acuerdo con los avances obtenidos del estudio, afirmó que se podría contar con un alto margen de seguridad, con un potencial geotermal para la instalación de una planta geotérmica de 5 a 10 MW en Borateras
3.2 LOCALIZACIÓN DE LA PLANTA 3.2.1.ANÁLISISDEMACROLOCALIZACIÓN
De las seis regiones geotermales del Perú, establecidas por el Ministerio de Energía y Minas (MEM), se seleccionó la más apta para el proyecto, teniendo en cuenta que la temperatura y el caudal de la fuente geotermal son los factores esenciales para la selección macro de la localización de la planta. Ello se debe a que estos dos parámetros van a determinar que la generación de electricidad sea posible y rentable. Por lo tanto, el análisis de macro localización indica que la región V, Cadena de Conos Volcánicos, con las mayores temperaturas de reservorio, de entre 45°C y 190°C, es la más apta para el desarrollo del proyecto de generación eléctrica, dado que cuenta con el mayor potencial energético (Robilliard Chiozza, 2009). Mapa 1 Potencial disponible de energía geotérmica por regiones
3.2.2.
ANÁLISISDEMICROLOCALIZACIÓN
Al igual que en el análisis de macro localización, los factores cruciales son la temperatura del reservorio y el potencial de generación eléctrica. Por ello, para iniciar la evaluación se seleccionaron las zonas de la región V, Cadena de Conos Volcánicos, que cuentan con las mejores condiciones en esos dos aspectos (Robilliard Chiozza, 2009). . Cuadro 1 Zonas seleccionadas de la región V Zonas geotérmicas
Temp. de reservorio (ºC)
I. Borateras (lote Challapalca) II. Calacoa (lote Calacoa) III. Calientes (lote Tutupaca) IV. Callazas (Lote Tutupaca) V. Chivay (Lote Arequipa)
204-240 180-190 180-240 180-240 170-190
Potencial (MW) 5-10 (*) (**) 5
(**) 2-4
(*) Inicialmente (**) No estimado
Se realizó un análisis de micro localización utilizando el método de ‘ránking de factores’. Se analizaron múltiples factores, siendo los de-terminantes los siguientes: Cuadro 2 Factores determinantes para el ránking Factores de microlocalización A B C D E
Potencial de generación eléctrica Cercanía al sistema interconectado Servicio de transporte y flete Disponibilidad de mano de obra Riesgo sísmico y volcánico
Como resultado de la aplicación del método, se concluyó que los factores de mayor importancia son el potencial de generación eléctrica y la cercanía al Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (SEIN), y se determinó que la Zona I (Borateras) es la más apta para el proyecto, dado que cuenta con las mejores calificaciones.
3.3 ESTUDIO DE MERCADO El producto de la planta es la energía eléctrica generada a partir del aprovechamiento de la energía geotérmica. La electricidad es la forma de energía más utilizada en la actualidad, es de primera necesidad y perfectamente reemplazable o sustituible por electricidad de las mismas características, generada a partir de otra fuente energética. En el caso particular de la planta de generación eléctrica a partir de energía geotérmica, se cuenta con varias ventajas, entre ellas: la confiabilidad, la independencia, el hecho de que es relativamente inagotable, la menor emisión de contaminantes, el no depender del costo de mercado de los hidrocarburos, la flexibilidad para el traslado, el ocupar un área menor y la contribución al desarrollo de zonas rurales. Adicionalmente, existe la posibilidad de utilizar las aguas residuales calientes como forma de energía para otros procesos.
3.4 INGENERIA DEL PROYECTO 3.4.1
TECNOLOGÍASEXISTENTESYPROCESOSDEPRODUCCIÓN
Dependiendo de las características del recurso geotérmico, la generación de electricidad se realiza principalmente mediante: a) Turbinas de vapor convencionales Las turbinas de vapor convencionales requieren fluidos a temperaturas de por lo menos 150°C y pueden tener descarga atmosférica o descarga de condensación. • Las turbinas con escape atmosférico: – Son más simples y de menor costo. – El consumo de vapor (a la misma presión de ingreso) por kilowatt- hora producido es casi el doble comparado con las unidades de condensación. – Son de rápida construcción e instalación. – Usualmente disponibles en tamaños pequeños (2,5-5 MW). •
Las unidades de condensación: – Cuentan con más equipos auxiliares, más complejos. – Requieren el doble del tiempo para su construcción e instalación. – El consumo específico de vapor de las unidades de condensación se aproxima a la mitad de las unidades de descarga atmosférica. – Tamaños de entre 55-60 MW de capacidad son muy comunes, y recientemente se han construido e instalado plantas de 110 MW.
b) Plantas binarias Generan electricidad a partir de fluidos de temperatura baja a media. Las plantas binarias utilizan un fluido secundario, que tiene un bajo punto de ebullición y una alta presión de vapor a bajas temperaturas, en comparación con el vapor de agua. Este sistema puede diseñarse para utilizar fluidos geotermales con un rango de temperatura entre 85°C y 170°C (Robilliard Chiozza, 2009). . Diagrama 1 Turbina de vapor convencional con descarga atmosférica
Diagrama 2 Turbina de vapor convencional con unidades de condensación
Diagrama 3 Turbina de vapor binaria
3.5 Selección de tecnología Como se explicó, la temperatura del reservorio es crucial para determinar qué tipo de tecnología se debe utilizar. En el proyecto en estudio, la temperatura de reservorio de la zona de Borateras se encuentra entre los 204°C y 240°C. Por ello, se concluye que la tecnología más adecuada es la que utiliza turbinas de vapor convencionales. 4 En cuanto a la decisión de utilizar sistemas de descarga atmosférica o de condensación, se cree que las más convenientes son las últimas, debido a las mencionadas ventajas de eficiencia e impacto ambiental. Al tomar esta decisión se requerirá un incremento en la inversión en la planta y una disminución en la inversión en pozos de extracción (se re-quiere la mitad), así como mayor tiempo de instalación
3.6 PROCESO DE PRODUCCION A continuación se presenta un diagrama de bloques que muestra de manera sintética los procesos de producción que efectuará la central geotérmica
Diagrama 4 Diagrama de bloques del proceso
La turbina-generador tendrá una capacidad 10.500 KW, con una potencia efectiva de 10 MW, pudiéndose generar 73,44 GW.h/año (considerando una disponibilidad del 85%).
BR EVE DESCRIPCIÓN DEL PR OCESO La producción se inicia en el pozo productivo, donde el agua comprimida del reservorio es extraída. Para efectos de cálculo se estima que se encuentra a una temperatura de aproximadamente 240°C. Cabe re - saltar que el fluido geotermal está conformado típicamente por: • Agua. • Minerales disueltos (arsénico, As; boro, Bo; calcio, Ca; cloro, Cl; flúor, F; litio, Li; magnesio, Mg; potasio, K; silicio, Si; sodio, Na). • Gases no condensables (dióxido de carbono, CO 2; sulfuro de hidrógeno, H 2S(g); metano CH4; otros en pequeñas cantidades). El fluido es conducido por medio de tuberías hacia el separador tipo Webre, equipo al cual entra tangencialmente a una temperatura de 145°C y a una presión de 0,4145 MPa (4,154 bar), y donde la corriente se expande dividiéndose en vapor saturado y agua saturada. El agua saturada es dirigida al pozo de reinyección para retornar al reservorio. Una eficiente separación de las fases es importante, dado que si hubiera líquido en la corriente de vapor podría generarse erosión de las tuberías y componentes de la turbina.
El vapor saturado ingresa a la turbina a una presión de aproximadamente 4,15 bar. En la turbina, el flujo de vapor impulsa los álabes del rotor, haciéndolo girar; es decir, transformando su energía interna en energía mecánica. A continuación, el generador aprovecha la energía mecánica para generar electricidad trifásica, que es enviada a un transformador. Los componentes de la turbina deben estar formados por materia-les resistentes a la corrosión debido a la presencia de gases como el sulfuro de hidrógeno, que puede atacar el
acero ordinario. Por ello, los componentes que se encuentran en el camino de vapor utilizan una aleación de acero martensítico con cromo al 12%. Cantidades significativas de humedad van a aparecer en el camino de vapor, especialmente en las etapas de menor presión, pudiendo generar erosión en los álabes de la turbina, por lo cual se utiliza un recubrimiento de una aleación rica en cobalto para proteger los álabes. Luego, la mezcla vapor-agua pasa al condensador de contacto directo de chorro por aerosol, donde se le disminuye la temperatura utilizando el agua de enfriamiento y se condensa en agua tibia a 50°C y una presión de 12.349 kPa (0.123 bar). El agua de enfriamiento es succionada desde la torre de enfriamiento por medio del vacío del condensador principal. En este equipo, los gases no condensables presentes naturalmente en el fluido geotérmico (CO2, H2S) son retirados por el sistema de ex-tracción de gases no condensables. El sistema de remoción de gases elimina los gases no condensables contenidos en el vapor desde el condensador principal. El sistema está formado por: • Eyectores de chorro de vapor
•
Condensadores
•
Bomba de vacío
El vapor necesario para accionar los eyectores de chorro de vapor se toma de la línea principal de vapor. El drenaje de los intercondensadores es enviado al condensador principal. Los gases no condensables se difunden por el escape de las torres de enfriamiento y se des-cargan a la atmósfera. El condensado es bombeado hacia las torres de enfriamiento desde el recipiente caliente del condensador. El condensado se rocía dentro de la torre donde es enfriado por aire atmosférico (aproximadamente 9°C, temperatura atmosférica media en Borateras), que es insuflado a la torre con un ventilador motorizado en el extremo superior de la torre. El agua de salida de la torre de enfriamiento junto con el agua del separador es reinyectada al reservorio por un pozo de reinyección. En las páginas siguientes se presentan el diagrama de flujo y la curva temperatura-entropía del proceso, donde se pueden observar los equipos principales de la planta y la termodinámica del proceso de conversión
Diagrama 5 Diagrama de flujo del proceso
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