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INTRODUCCIÓN A LA GEOTERMIA Y ESTADO DEL ARTE EN COLOMBIA
Diciembre 6 de 2016RENAG
Auditorio Benjamín Alvarado Biester. SGC.Bogotá
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CONTENIDO
1 Marco conceptual
2 Clasificación de los recursos geotérmicos
3 Utilización
4 Métodos de exploración
5 Geotermia en Colombia:
Condiciones para el desarrollo
Estado de la investigación y la exploración
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GEOTERMIA
Energía producida y almacenada en la Tierra
http://geothermaleducation.org/GEOpresentation/
http://es.slideshare.net/geologia/4-las-rocas-gneas-y-la-
actividad-gnea-intrusiva-plutonismo
Gradiente geotérmico
Incremento de la temperatura en la corteza: 30°C/km
Temperatura en la base de la litósfera: 1280°C
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http://www.geophysik.rwth-aachen.de/IHFC/heatflow.html
Características Pollack et al, 1993
Flujo de calor global promedio 87 mW/m2
Máximo flujo de calor > 350 mW/m2
Corteza continental 65; σq = 25
Corteza Oceánica 101; σq = 45
Pérdida de calor global > 44 TW
Consumo mundial de energía
2014 = 3.95 10 20 J
1.39*1021 J
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CONTENIDO
1 Marco conceptual
2 Clasificación de los recursos geotérmicos
3 Utilización
4 Métodos de exploración
5 Geotermia en Colombia:
Condiciones para el desarrollo
Estado de la investigación y la exploración
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Sistemas convectivos
Sistemas conductivos
Sistemas de roca
Seca caliente
CLASIFICACIÓN DE RECURSOS GEOTÉRMICOS
CRITERIO: MECANISMO TRANSFERENCIA DE CALOR
http://www.bgs.ac.uk/research/energy/geothermal/
http://www.mooreenergy.no/operations/licenses
http://www.mooreenergy.no/operations/licens
es
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Dickson & Fanelly, 2004. En https://jmirez.wordpress.com/
CLASIFICACIÓN DE LOS RECURSOS GEOTÉRMICOS
CRITERIO: TEMPERATURA
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Erdlac, 2008
CLASIFICACIÓN DE LOS RECURSOS GEOTÉRMICOS
CRITERIO: AMBIENTE GEOLÓGICO
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Recursos y Reservas.Tomada de Muffler y Cataldi, 1978 (en Dickson & Fanelli, 2004).
CLASIFICACIÓN DE LOS RECURSOS GEOTÉRMICOS
CRITERIO: ACCESIBILIDAD
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CONTENIDO
1 Marco conceptual
2 Clasificación de los recursos geotérmicos
3 Utilización
4 Métodos de exploración
5 Geotermia en Colombia:
Condiciones para el desarrollo
Estado de la investigación y la exploración
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Site Geothermie-Perspectives de l’ADEME et du BRGM
Generación eléctrica
Usos directos
Balneología Agricultura
AcuaculturaUsos industriales
Calefacción
https://www.futurledbcn.com/s
ervicios/energias-
renovables/geot%C3%A9rmica
/
http://geothermaleducation.
org/GEOpresentation/
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https://geothermal.org/what.html
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Tomada de: Bertari, 2015. World Geothermal Congress
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http://www.nova.org.au/technology-future/feeling-heat-
geothermal-energy
DIAGRAMA LINDAL (1973)
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Generación eléctrica a partir de fluido de baja temperatura
Chena springs, Alaska.
Planta binaria. Utiliza el fluido de temperatura más baja en el mundo para
generación a partir de fuente geotérmica = 74°C
Pozos de producción: 2. Profundidad pozos = ~230 m
Fuente de calor: Decaimiento radiactivo de Granito de edad Terciaria
Capacidad Instalada 450 KW. Planta binaria
http://en.openei.org/wiki/Chena_Geothermal_Area
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Generación eléctrica a partir de fluido de baja temperatura
cuencas sedimentarias usando agua coproducida
Años 70 China: Siete plantas de ciclo binario (agua entre 67°y 98°C y
capacidad instalada entre 100 y 300 KW)
Teapot Dome-NPR3, US (40.000 barriles de agua a 93°C).
Reservorio a 1680 m de profundidad . Gradiente geotérmico:
Planta binaria (Isopentano).
Capacidad Instalada 250 KW
Huabei, China. 120°C. 400 KW
8 pozos de petróleo
Teapot Dome
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Generación eléctrica en EGS (Engineered/Enhanced
geothermal systems)
http://www.bestec-for-
nature.com/j2510m/index.php/en/projects-en/landau-en
Landau, Alemania. 3MW
Soultz-Sous-Forêts, Alsacia. HDR
Capacidad instalada: 1,5 MW. Planta ORC
3 pozos. 5000 m de profundidad. T>180°C
http://www.bestec-for-nature.com/j2510m/index.php/en/projects-
en/soultz-en
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MAGMA ENHANCED
GEOTHERMAL SYSTEM
IDDP-1. Krafla. 2009. Magma a 2100 m
900-1000°C. 30 MW a partir de vapor
supercrítico.
GEOTERMIA SUBMARINA
Generador binario sumergible
Estimación: 130 GW Sin perforaciones
> 1000 GwHiriart et al., 2010http://www.renewableenergyworld.com/articles/2014/01/worlds-
first-magma-enhanced-geothermal-system-created-in-
iceland.html
Simulación y avances en planta piloto con CO2 (CO2+N2) como fluido
de trabajo. Ohio State Univeristy, University of Minnesota y Lawerence
Livermore National Laboratory (LLNL)
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CONTENIDO
1 Marco conceptual
2 Clasificación de los recursos geotérmicos
3 Utilización
4 Métodos de exploración
5 Geotermia en Colombia:
Condiciones para el desarrollo
Estado de la investigación y la exploración
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Documentos OLADE
Evaluación de potencial
Documentos IGAAGEA-AGEG
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>1000 Km2 . Mapas 1: 100.000
400 – 500 Km2. Mapas 1:10.000 – 1:20.000
10 – 100 Km2
Mapas< 1:5.000
Reconocimiento
Prefactibilidad
Nereidas-1Foto: Ingeominas, 1997
Desarrollo y explotación: *Generación*Usos directos
GEOLOGÍA
GEOQUÍMICA
GEOFÍSICA
Examen Inicial ambiental
Evaluación de impacto ambiental
ETAPAS EXPLORACIÓN GEOTÉRMICA
http://energyalmanac.ca.gov/renewables/geothermal/types.html
Factibilidad
A partir de Información de OLADE, 1993
Exploración Explotación
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1 Inspección topográfica preliminar
2 Exploración
3 Perforación de prueba
4 Planificación F/S
5 Perforación
6 Construcción de la planta/ proyecto de desarrollo
Guía de buenas prácticas para exploración geotérmica (IGA, 2014)
8 Operación y mantenimiento
7 Arranque/Puesta en marcha
Fases
Costo del proyecto y perfil de riesgos en las diversas fases de desarrollo
ESMAP, 2012
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ETAPA 1: Exploración preliminar
ETAPA 2: Perforaciones exploratorias
ETAPAS 3 y 4: Diseño, perforaciones de producción y
construcción de la planta
ETAPA 5: Operación y monitoreo
ETAPAS DE DESARROLLO GEOTÉRMICO (IRENA)
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ESTUDIOS GEOLÓGICOS:Cartografía Vulcanología GeocronologíaAlteración Hidrotermal
ESTUDIOS GEOFÍSICOS:Gravimetría yMagnetometría Geoeléctrica y MagnetotelúricaSondeos de temperatura Sismología
ESTUDIOS GEOQUÍMICOS: Aguas termales Isotopos Estables del agua y TritioGases en termalesGases difusos (Rn)
MODELO CONCEPTUAL:Localización y geometría, naturaleza de la fuente de calor, recarga, reservorio, upflow,
patrón circulación de fluidos, estructuras permeables, descarga
MODELO GEOLÓGICO GEOFÍSICO 3D:
Geometría, dimensiones y límites
ESTIMACIÓN DEL POTENCIAL ENERGÉTICO
VALIDACIÓN MODELO CONCEPTUAL (PERFORACIONES )
Metodología exploración geotérmica. SGC
Por
Implementar
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CONTENIDO
1 Marco conceptual
2 Clasificación de los recursos geotérmicos
3 Utilización
4 Métodos de exploración
5 Geotermia en Colombia:
Condiciones para el desarrollo
Estado de la investigación y la exploración
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ESMAP, 2012
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Desarrollo Geotérmico
Conocimiento
Recursos físicos $
Condiciones del mercado
Política y regulación
GOBIERNO
CONDICIONES PARA EL DESARROLLO GEOTÉRMICO
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Minminas Mineducación Minambiente
Desarrollo Geotérmico
Programas geocienciasLínea de investigación
Programa de ingenieríaLínea de investigación
Conocimiento
Recursos físicos $
Financiación
Estrategia mitigación riesgo económico
Condiciones del mercado
Política y regulación
Esquema permisos
Fiscalización
S.G.C.
Apoyointernacional
Información
Incentivos, promoción
Mincit
COLCIENCIAS
Regulación ambiental
Energías renovables
Agencias de cooperacióN
Banca bilateral y multilateral
Minsalud
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ASPECTO LEGALES
Decreto 2811 de 1974: Código de los recursos naturales renovables y
protección del medio ambiente natural. Define recursos >80°C y prevé su
utilización en generación eléctrica, calefacción, refrigeración, usos industriales,
obtención de agua fresca y extracción de minerales
Ley 697 de 2001: Ley de uso racional y eficiente de la energía Incluye a la
geotermia como fuente renovable de energía.
Resolución 046 de 2014. CREG. Metodología para determinar energía firme de
plantas geotérmicas para el cargo por confiabilidad.
Ley 1715 de 2014: Integración de energías renovables no convencionales al
sistema nacional de energía. Declara estas energías como de interés nacional,
esenciales para asegurar el suministro de energía. Define incentivos (exclusión
de IVA, exención de gravamen arancelario y depreciación acelerada de activos
Decreto 2143 de 2015. Minminas. Decreto único reglamentario sobre definición
de lineamientos para aplicación de incentivos previstos en la ley 1715 de 2014.
Proyecto de Ley del Senado (219 de 2013). Promoción y regulación del uso
terapéutico de termales.
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1
2
3
4
56
7
8
9
10
CHEC, ICEL, 1968-1997; OLADE, ICEL 1982; SGC, 2013
11
12
ID Sistema
1 Macizo Ruiz 1
2Chiles- Cerro
Negro
3 Azufral
4 Paipa
5 Cumbal
6 Galeras
7 Puracé
8 Sotará
9 Doña Juana
10 Huila
11 San Diego
12 Sibundoy
Calamar,
Guaviare
Tame,
Arauca
Ciénaga,
Magdalena
San Cayetano y Cúcuta,
Norte de Santander
Unguía,
Chocó
Becerril,
Cesar
Nuquí,
Chocó
San Juan de Arama,
Meta
Usiacurí,
Atlántico
Dabeiba,
Antioquia
http://hidrotermales.sgc.gov.co/
RECURSO GEOTÉRMICO EN COLOMBIA
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Mapa de Gradientes
Geotérmicos de Colombia. 2009
Gradiente
termal
aparente
Conductividad termal
efectiva
Alfaro et al., 2010
Flujo de calor en la Cuenca de los
Llanos Orientales
INGEOMINAS & ANH, 2009
2000
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1
2
3
4
56
7
8
9
10
CHEC, ICEL, 1968-1997; OLADE, ICEL 1982; SGC, 2013
11
12
ID Sistema
1 Macizo Ruiz 1
2Chiles- Cerro
Negro
3 Azufral
4 Paipa
5 Cumbal
6 Galeras
7 Puracé
8 Sotará
9 Doña Juana
10 Huila
11 San Diego
12 Sibundoy
MACIZO DEL RUIZ
TUFIÑO-CHILES-CERRO NEGRO
PAIPA
AZUFRAL
SAN DIEGO
EXPLORACIÓN GEOTÉRMICA EN
SISTEMAS HIDROTERMALES DE
COLOMBIA
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MACIZO VOLCÁNICO DEL RUIZ
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PRIORIDAD AREA
1 NEREIDAS-BOTERO LONDOÑO
2 MACHÍN
3 LAGUNA DEL OTÚN
4 CERRO BRAVO
5 FALLA VILLAMARÍA-TERMAL
6 SANTA ROSA- SAN VICENTE
CHEC, Geoconsul, 1992
1
2
4
5
6
7
8
3
Datos DTM: USGS.
Resolución espacial: 30 m
Edición imagen: Geofísico Wilson Quintero
2
Nereidas-Botero Londoño
Falla Villamaría –
Termales del Ruiz
Cerro Bravo
Laguna del Otún
Cerro Machín
Santa Rosa
Na/1000
K/100 Mg0.5
0 25 50 75 100
25
50
75
100
0
0
25
50
100
75
Línea de equilibrio
Aguas inmaduras
100°
140°160°180°
200°
220°
240°
260°
280°
300°
320°
340°
80°
120°
32
61079
8
Botero Londoño:1,4,5
El Bosque
La PiscinaB. Londoño
Na/1000
K/100 Mg0.5
0 25 50 75 100
25
50
75
100
0
0
25
50
100
75
Línea de equilibrio
Aguas inmaduras
100°
140°160°180°
200°
220°
240°
260°
280°
300
°
320°
340°
80°
120°
11510San Vicente9
6711
234
Alfaro et al., 2002
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TUFIÑO – CHILES – CERRO NEGRO
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1800km2
SISTEMA BINACIONAL
TUFIÑO (ECUADOR)-CHILES CERRO NEGRO (ECUADOR, COLOMBIA)
Volcán Chiles
4748 msnm
0.5 – 0.05 m.a.
Volcán Cerro Negro
4470 msnm
1.4 y 0.04 m.a
Volcán
Chalpatán
Volcán Cumbal
4764 m
0.4 m.a. y 0.003 m.a
Erupción explosiva 1877, 1926
Volcán Chiles
4748 msnm
0.5 – 0.05 m.a.
OLADE, ICEL, AQUATERM, 1987
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Niveles de alta permeabilidad
Niveles de baja permeabilidad
Capa Sello
Formaciones lávicas fracturadas
que incluyen el reservorio de
interés geotérmico
Techo del basamento cristalino
2 Km
Tomado de OLADE, INECEL, ICEL, Aquater, 1987
Conductivo
Altamente resistivo
Resistivo superficial
Conductivo intermedio
Resistivo de base
Decenas
Decenas
Cientos a miles
Ω.m
Centenar
Capa sello arcillosa
Reservorio profundo, emplazado cerca de los 2.000 m de profundidad, con
temperaturas superiores a los 200 ºC
Reservorio somero, a una profundidad de 500 a 1.000 m, con temperaturas de
alrededor de 150º C. http://www.cepal.org/publicaciones/xml/6/5696/lcr1995-e.pdf
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PAIPA
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Velandia, 2003: Cartografía geológica. Cepeda & Pardo, 2004: Cartografía de
vulcanitas. Rueda, 2016: Cartografía de domos
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Dirección de escorrentía e infiltración Acuíferos someros
Acuíferos profundosDirección del flujo subterráneo
(1) UPTC-CORPOBOYACÁ, 2012. (2) HIDROCERON. 1998.
(3) Angel & Vásquez, 1985
Iones mayores
0
0
1
10
100
1000
Co
nce
ntr
ació
n (
meq
/l)
Na K Mg Cl HCO3Ca SO
4
21
24
23
26
25
15
Sectrores de ITP-Lancerosy la Playa
Manantiales calientes (>50°C)
Manantiales tibios (19-50°)
Manantiales frios (<19°C)
Na/1000
K/100 Mg0.5
0 25 50 75 100
25
50
75
100
0
0
25
50
100
75
Línea de equilibrio
Aguas inmaduras
100°
140°160°180°
200°
220°
240°
260°
280°
300°
320°
340°
80°
120°
PP01PP-04
PP-06
PP-13PP-14-A
PP-14-B
PP-14-C
PP15PP16
PP21
PP22
PP23PP24
7,8,9,10,11,12,20
Alfaro et al., 2005
Alfaro et al., 2016
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F. El Hornito
F.Canocas
4
F. El Hornito
F.Canocas
F. El Tuno
1
2
3
4Macizo de
Floresta
Descarga
Recarga
Alfaro et al., 2005
J-Pz
8000 m
Olitas Hervidero
Sector
La Playa
J-Pz
“Steam
Vent”
Pozo La
Esperanz
a
Sector ITP-
Lanceros
K-Pg
A
C
B
SW
Modelo conceptual
Alfaro et al., 2005
Alfaro et al., 2016
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VOLCÁN AZUFRAL
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Mapa Geológico (Modificado de Calvache et al, 2003a, en Carvajal y Romero 2006).
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Laguna
Verde
Sapuyes
La Cabaña
San Ramón
Q. Blanca
Q.El
Baño
Alfaro, 2001
Na/1000
K/100 Mg1/2
0 25 50 75 100
25
50
75
100
0
0
25
50
100
75
Línea de equilibrio
Aguas inmaduras
100°
140°160°180°
200°
220°
240°
260°
280°
300°
320°
340°
80°
120°
123456789101112131424
2526272829303132333449181920212223 1516
353637383940414243
444546474854
55
17
0 1 2 3 4 5 6 7
Log(CO2
/Ar)
-2
-1
0
1
2
3
4
Log
(H
2/A
r)
50
100
150
200
250
300
350
100
150
200
250
300
350
EQUILIBRIO EN FASE VAPOR
EQUIL
IBRIO
EN F
ASE LÍQ
UIDA
-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3
Log (XCO
/XCO2
)
-9
-4
1
6
Lo
g (
XC
H4
/XC
O2
)
600°
350°
300°
250°
200°
150°
100°
400°
25°
50° VAPORLÍQUIDO
(FeO)(FeO1.5 )
DOS FASES
(FeO)(FeO1.5 )
AZUFRAL
Geoquímica de fluidos
Alfaro et al., 2008
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NESE
NW
Fumarola Hidrotermal de 85°C
Manantiales termales de Sapuyes
Flujo lateral
Tabla de agua
Domosintracaldéricos
Heatsource
Lluvia
Vis
ta
RecargaFlu
jo
Ase
cnd
en
te
4 k
m
Modelo Conceptual Preliminar
Alfaro et al., 2015
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SAN DIEGO
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Maar de San DiegoPuente Linda
El Escondido
132,8±2,6
~113
130,1±8,8
54,6±4,9
47±11
Volcán
San Diego
<50.000 años
Volcán
Escondido de
Florencia
<50.000
238,5±3,7
Depóstio de travertino en
manantial de San Diego
Rueda, Rodríguez & Monsalve, 2016
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SW
Maar de San Diego
Escondido de Florencia
Volcanes localizados en el área geotérmica de San Diego
Monsalve, Rueda y Rodríguez, 2014
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Reconocimiento
Exploración de superficie
Perforación exploratoria
Desarrollo
3-4 meses
8 – 12 meses
9-18 meses
30-36 meses
Bona, 2016
Si la generación fuera la meta, cuánto
tiempo lleva el proceso ?
http://fisica1prepacl.blogspot.com.co/2016/05/planta-
geotermica.html