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Instituto Colombiano de Geología y Minería www.ingeominas.gov.co Ministerio de Minas y Energía
República de Colombia
Instituto Colombiano de
Geología y Minería
INGEOMINAS
Congreso Internacional en Ciencias y Tecnologías Ambientales
IV Sesión: Energía, producción y consumo sostenible
Univalle, Cali, Noviembre 17 al 19 de 2010
RECURSOS GEOTÉRMICOS DE
COLOMBIA
Claudia Alfaro Valero
Proyecto Exploración de Recursos Geotérmicos
Subdirección de Recursos del Subsuelo
INGEOMINAS
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1er. Congreso Internacional de Energías Renovables para Territorios Sustentables
Manizales, Noviembre 10 al 12 de 2010
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1. MARCO CONCEPTUAL
2. USOS DE LOS RECURSOS GEOTÉRMICOS
3. EFECTOS AMBIENTALES
4. MÉTODOS DE EXPLORACIÓN
5. RECURSOS GEOTÉRMICOS EN COLOMBIA
6. CONCLUSIONES
Contenido
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1 MARCO CONCEPTUAL
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http://www.universetoday.com/77090/
Caldera Nilli Patera
Recursos Geotérmicos
Biológico
Foto: Carlos Granada. UCM
Mineral
Lardarello, 1904
Termalismo (Geología
Médica)
Geoturismo
Energético
Patrimonio Natural
Geológico
Extracción de
minerales:
SiO2, Zn, Cu,
Pb,, Ag
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http://geothermal.marin.org/geopresentation/sld005.htm
Gradiente térmico y calor
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INGEOMINAS Fuentes y pérdidas de Energía de la Tierra
Tomado de Clauser, 2006
99.3 % Flujo calor conductivo
Fuentes no radiogénicas:
Calor inicial y Energía gravitacional de
formación núcleo y corteza
Dínamo
geomagnetico
Vulcanismo
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MECANISMOS DE TRANSFERENCIA
DE CALOR
http://www.vtaide.com/png/heat2.htm
CONDUCCIÓN CONVECCIÓN RADIACIÓN
Conducción: Medio sólido. Choque entre moléculas por aumento de
energía vibracional. Fonones
Convección: Movimiento de fluidos.
Radiación: Transferencia por medio de ondas electromagnéticas.
Fotones
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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
Flujo de calor terrestre
http://www.geophysik.rwth-aachen.de/IHFC/heatflow.html
Consumo mundial de energía
2008 = 4.74*10 20 J
1.39*1021 J
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Clasificación de los
recursos geotérmicos
1. En función del tipo de fluido:
- Hidrotermales
- Geopresurizados
- Roca Caliente
- Magma
Tipo de
recurso
(a) (b) (c) (d) (e)
Entalpía
baja
< 90 <125 <100 ≤150 ≤190
Entalpía
intermedia
90-150 125-225 100-200 - -
Entalpía
alta
>150 >225 >200 >150 >190
(a) Muffler and Cataldi (1978), (b) Hochstein (1990), (c) Benderitter & Cormy (1990), (d) Nicholson
(1993), (e) Axelsson and Gunnlaugsson (2000).
Tomada de Dickson & Faneli, 2004
2. En función de la temperatura
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Imagen:
http://geothermal.marin.org/GEOpresentation/sld006.htm
Clasificación de recursos geotérmicos
Criterios geológicos
(Erdlac, 208)
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Capacidad instalada 11 GWe Mwe (Bertami, 2010)
USOS INDIRECTOS - GENERACIÓN ELÉCTRICA
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Generación eléctrica y usos
industriales
Pb, Zn, Cu, U, Ag
Carbón, gas y petróleo
Almacenamiento de gas natural
licuado, depósito de CO2,
cables subterráneos
Evaluación del cambio
climático del pasado reciente
Geotermia
Aplicada
Energía
geotérmica
Recursos minerales
hidrotermales
Recursos
hidrocarburos
Trabajos de
ingeniería civil
Estudios
ambientales Modificada de
Hamza, 2008
Geodinámica Zonas sismogénicas;
magnitud sísmica;
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INGEOMINAS Exploración calor
Sistema de roca seca
caliente (HDR)
Sistemas geotérmicos
mejorados (EGS)
Soultz sous Foretz (Francia)
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2 USOS DE LOS RECURSOS
GEOTÉRMICOS
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• Alternativa para la conservación del capital
natural geológico (combustibles fósiles)
• Contribuye a diversificar las fuentes de
energía
• Confiable, continua y segura
• Es renovable y sostenible
• Requiere de extensiones pequeñas de tierra
• Cuida la calidad del aire
Ventajas de la energía geotérmica
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http://geothermal.marin.org/geopresentation/sld054.htm
Métodos de Generación
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Métodos de Generación
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INGEOMINAS Métodos de Generación
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1. USOS DIRECTOS
50.000 MWt
2. USOS DIRECTOS DE LA
ENERGÍA TERMAL
USOS DIRECTOS DEL CALOR
Lund et al., 2010
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3. EFECTOS AMBIENTALES
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• Alternativa para la conservación del capital
natural geológico (combustibles fósiles)
• Contribuye a diversificar las fuentes de
energía
• Confiable, continua y segura
• Es renovable y sostenible
• Requiere de extensiones pequeñas de tierra
• Cuida la calidad del aire
Ventajas de la energía geotérmica
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Óxidos de Nitrógeno (NOx) Gases azufrados como SO2
Material particulado Dióxido de Carbono (CO2) Kagel & Gawell, 2005
Comparación emisiones al aire
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Perturbación del paisaje: Cabezas de pozo, tubería, escapes de vapor. Utilización de
la tierra es pequeña 200 a 2500 m2 pozos
http://geothermal.marin.org/GEOpresentation/sld057.ht
m
http://www.fotosearch.com/BDX462/bxp137201/
Impactos ambientales potenciales
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Subsidencia
Wairakei (hasta 15m), Tauhara (2.5m), Ohaaki (4m), and Kawerau (0.6)
www.geothermal.org/Powerpoint06/Tuesday/Induced.../Bromley.ppt
http://www.teara.govt.nz/en/geothermal-energy/5/3
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Ruido Contaminación química (aire, suelo, agua): H2S, CO2,
Hg, NH3, B y Rn (trazas Pb y Cd), descarga de
salmueras
http://www.google.com.co/images?
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Cambios en las manifestaciones termales: Aumento en descarga de vapor de
manifestaciones superficiales, migración y reducción de manantiales termales
y geysers (Steamboat, Beowawe, Wairakei, El Tatio)
Sismicidad inducida
Contaminación termal: Alteración del hábitat de diferentes especies incluidas
comunidades microbianas.
Efectos económicos y sociales.
Otros posibles efectos
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Estudios de evaluación de impacto ambiental (EIA) : proceso de identificación,
predicción, evaluación y mitigación, de efectos biofísicos, biológicos, hidrológicos,
ecológicos, físicos, económicos, sociales, químicos, utilizado como herramienta
para planeamiento y toma de decisiones.
Guía para la Evaluación del Impacto Ambiental de Exploraciones Geotérmicas con
Fines Energéticos (OLADE & BID, 1993)
Implementación de Sistema de Gestión Ambiental (EMS) durante la operación:
Programa de monitoreo, planes de mitigación, planes de contingencia
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4 MÉTODOS DE EXPLORACIÓN
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Objetivos de exploración
En sistemas hidrotermales
1. Fuente de calor
2. Reservorio geotérmico
3. Capa Sello
4. Zona de recarga
5. Zona de descarga
1
2
3
4 5
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Exploración de sistemas
geotérmicos hidrotermales
ETAPAS DE LA EXPLORACIÓN GEOTÉRMICA
>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
Factibilidad
Desarrollo
GEOLOGÍA
GEOQUÍMICA
GEOFÍSICA
Examen Inicial ambiental
Evaluación de impacto
ambiental
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- Litología
- Fuente de calor
- Conductos de
ascenso del fluido
- Geotermómetros
minerales
- Flujo de recarga
Cartografía
Estructural
Vulcanología
Geocronología
Alteración
Hidrogeología
GEOLOGÍA
Caracterización
Química e
Isotópica aguas y
gases
GEOQUÍMICA
Gravimetría
Magnetometría
Resistividad
GEOFÍSICA
- Modelo: distribución
espacial
- Geotermómetros (T°C
actual)
- Procesos de dilución,
mezcla y ebullición
-Modelo estructural:
Basamento, estructuras.
-Fuente de calor
- Reservorio
- Zonas de alteración
MODELOS CONCEPTUALES
MODELO NUMÉRICOS
Exploración de sistemas
geotérmicos hidrotermales
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5 RECURSOS GEOTÉRMICOS
EN COLOMBIA
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Exploración como
función de Estado
ICEL
Reconocimiento, 1982
Prefactibilidad del Ruiz, 1983.
Prefactibidad sistema binacional Tufiño-Chiles-Cerro Negro, 1987
INEA
Mapa geotérmico de Colombia,
Exploración del sistema geotérmico del Volcán Azufral
INGEOMINAS
Mapa geotérmico de Colombia.
Exploración del sistema geotérmico del volcán Azufral
Exploración del área geotérmica de Paipa
Inventario de manantiales termales
Prefactibilidad Nevado del Ruiz: INGEOMINAS–UNAL-ISAGEN.
Cofinanciación: ISAGEN y COLCIENCIAS
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ID Sistema Prioridad
1 Ruiz Alta *
2 Chiles Alta
3 Azufral Alta
4 Paipa Media-Alta
5 Cumbal Media
6 Galeras Media
7 Puracé Problema reservorio
8 Sotará Problema reservorio
9 Doña Juana Problema reservorio
10 Huila Baja
Recursos geotémicos de Colombia
1
2
Mapa: Sismóloga Mónica Arcila. Amenaza Sísmica
INGEOMINAS
3
4
5 6
7 8
9
10
10
7 8
9
2
3 6
5
OLADE – ICEL. 1982
* CHEC, ICEL, CONTECOL, ENEL. 1983
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INGEOMINAS Macizo volcánico del Ruiz
CHEC, ENEL. 1968
CHEC, 1979
CHEC, ICEL, CONTECOL, ENEL. 1983
CHEC, GEOCONSUL. 1992.
GESA. 1997.
1
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INGEOMINAS MACIZO VOLCÁNICO DE RUIZ
1 Volcán Cerro Bravo
2 Nevado del Ruiz
3 Nevado El Cisne
4 Nevado Santa Isabel
5 Paramillo de Santa Rosa
6 Nevado del Quindio
7 Nevado del Tolima
8 Volcán Cerro Machín
1
2
4
5
6
7
8
3
Datos DTM: USGS.
Resolución espacial: 30 m
Edición imagen: Geofísico Wilson Quintero CHEC, ICEL, GEOTÉRMICA ITALIANA, 1983
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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
1
2
3
4
5
6
AREAS GEOTÉRMICAS
IDENTIFICADAS EN EL PNNN
Datos DTM: USGS.
Resolución espacial: 30 m
Edición imagen: Geofísico Wilson Quintero Foto: INGEOMINAS, 1997
CHEC, Geoconsul. 1992
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Complejo volcánico Chiles – Cerro Negro
10
7 8
9
2 3
6 5
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SISTEMA BINACIONAL:
TUFIÑO (ECUADOR)-CHILES CERRO NEGRO (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.
1800km2
OLADE, ICEL, AQUATERM, 1987
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Modelo geotérmico del sistema
Tufiño-Chiles-Cerro Negro
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
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No hay estimación de temperatura del reservorio por ausencia de manantiales
Edad muy joven
Datos geofísicos insuficientes
Recomendaciones:
Levantamiento vulcanológico de detalle con cobertura especial en la vertiente occidental
para reconstruir la evolución estatigráfico – estructural
Ampliar cobertura y detalle del estudio geofísico
AREA DEL VOLCAN CUMBAL
Fotografía: Observatorio Vulcanológico de Pasto
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SISTEMA GEOTÉRMICO
DEL VOLCÁN AZUFRAL
10
7 8
9
2
3 6
5
* CHEC, ICEL, CONTECOL, ENEL. 1983
Laguna Verde
Complejo de domos
Fotografía Geofísico José Vicente Franco
INGEOMINAS
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Laguna
Verde
Sapuyes
La Cabaña
San Ramón
Q. Blanca
Q.El
Baño Edad reciente
Persistencia prolongada de la actividad volcánica
Evidencia superficial de la actividad hidrotermal
Largo período de residencia del magma;
diferenciación magmática
Zonación vertical de la alteración hidrotermal
Altas temperaturas geotermométricas
(OLADE, ICEL, ENEL. 1982)
Condiciones del sistema geotérmico del Azufral
Datos DTM: USGS.
Resolución espacial: 90 m
Edición imagen: Geofísico Wilson Quintero
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INGEOMINAS Hipótesis de trabajo del sistema Azufral
Modelo geoquímico preliminar. Alfaro, 1998
INGEOMINAS
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Tomada de Franco e Hincapié, 2009
Modelo 3 D a partir de geoeléctrica
Volcán Azufral – Plano de iso-resistividad en dirección NW
Franco & Hincapié, 2009.
INGEOMINAS
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Sistema geotérmico de Paipa
Manantial Pozo Azul, ITP. Paipa
1
2 3
4
5 6
7 8 9
10
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Major Iones in solution
0
0
1
10
100
1000
Conce
ntr
atio
n (
meq/l)
Na K Mg Cl HCO3Ca SO
4
21
1
7,9,12,20
8
22
24
23
1526
25
-11.0 -10.0 -9.0 -8.0 -7.0 -6.0
18O [o/oo] V-SMOW
-80.0
-70.0
-60.0
-50.0
-40.0
D [o
/oo)
V-S
MO
W
Y = 1.37576 * X + -58.3197R = 0.8785
dD= 7.6
3*d18 O+8.1
3
Global M
eteoric
Lin
e:
dD = d18 O *
8 + 1
0
1
47
9
10
1112
20
5
8
13
14A 14B14C
15
21
22
23
24
MPP01
MPP02
MPP03MPP04
MPP05
-16.0 -14.0 -12.0 -10.0 -8.0 -6.0
18O [o/oo] V-SMOW
-80.0
-70.0
-60.0
-50.0
-40.0
D [o
/oo)
V-S
MO
W
16 MPP01
MPP02
MPP03MPP04
MPP05
-30 -20 -10 0
-46
-36
-26
-16
-6
Kerógeno
Magmático
Carbonato marino
100°
150°
reducc
ión
oxidación
200°250°
300°350°
CO2
0%
20%
40%
60%
80%100%
El Hervidero
Pozo Inundado
T1T3
T9
T10
A1
A2
B1
B2
C1C2
D1
D2
D3
E1
E2E3
NM
RO
NG
KA
WKBR
MK
RK
SISTEMA GEOTÉRMICO
DE PAIPA
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INGEOMINAS MODELO CONCEPTUAL PRELIMINAR
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
Alfaro et al., 2005 (INGEOMINAS)
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INGEOMINAS
mWm2
Mapa geotérmico de Colombia
MAPA DE GRADIENTES GEOTÉRMICOS (INGEOMINAS, 2008)
4 5 21
223
573
328
191
102
57 5017 9 11 9 3 5 4
984978
1095
0
200
400
600
800
1000
1200
8 11 14 17 20 23 26 29 32 35 38 41 44 47 50 53 56 59 62 65
Clase
Fre
cu
en
cia
Media 24
Desv. estándar 6
Mínimo 5
Máximo 65
Cuenta 4669
> 40°C/Km 165
Media 37,18
Desv. estándar 9,60
Mínimo 19,99
Máximo 81,46
Cuenta 84
Gradientes geotérmicos
Flujo de calor
CUENCA DE LOS LLANOS ORIENTALES
(INGEOMINAS, 2009)
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INGEOMINAS
Cloruradas
<40 16
40-60 15
>60 12
Sulfatadas
<40 17
40-60 11
>60 7
Bicarbonatdas
<40 65
40-60 28
>60 7
Caracterizados: 178
Sin Caracterizar 31
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INGEOMINAS
6. CONCLUSIONES
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Geología y Minería
INGEOMINAS 6
CONCLUSIONES El ambiente tectónico del territorio Colombiano favorece la ocurrencia de anomalías
de calor
Existe evidencia superficial de la existencia de numerosos sistemas hidrotermales
cuya fuente de calor es magmática: alta temperatura
Los trabajos de exploración realizados en Colombia se han constituido en
esfuerzos puntuales, situación que no ha permitido llevar la exploración a etapas
avanzadas ni al desarrollo de proyectos de explotación
INGEOMINAS, en cumplimiento de una de sus funciones asignadas por decreto,
ha venido desarrollando actividades de exploración geotérmica a escala regional.
El presente: Nevado del Ruiz. Mapa geotérmico de Colombia. Inventario de
manantiales termales. Modelos integrados de los sistemas geotérmicos de Paipa y
Azufral.
El futuro: Tufiño – Chiles – Cerro Negro, Cumbal, Fases intermedias de la etapa de
prefactibilidad en Paipa, Azufral, , Azufrera del Otún, Machín?
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INGEOMINAS
Interés de las empresas generadoras
Desarrollo de capacidad técnica: talento humano,
mejoramiento de infraestructura
Fortalecimiento de la investigación en exploración
Políticas que promuevan el desarrollo
Marco regulatorio
AMBIENTE PARA PROMOVER EL
AVANCE EN LA EXPLORACIÓN
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INGEOMINAS
GRACIAS
Instituto Colombiano de
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• Temperatura y profundidad del
recurso
•Tipo de recurso (vapor, líquido)
• Composición química
• Permeabilidad
• Tamaño de la planta a
construir
• Tecnología de la planta
•Sitio y topografía: accesibilidad,
alquiler terreno, infraestructura
de vías
. Condiciones climáticas
Restricciones ambientales
• Distancia a la red
• Costos indirectos:
administración,
permisos, impuestos
(alrededor 30%)
•Costos de financiación: tasas
de interés y de rendimiento
•Demoras para poner la planta
en línea
Tamaño
Planta
Costo
(¢US /
KWh RAC
Costo
(¢US /
KWh RCM
Costo (¢US / KWh
RCB
Pequeña
(<5 MW)
5.0-7.0 5.5-8.5 6.0-10.5
Mediana
(5-30
MW)
4.0-6.0 4.5-7 No recomendable
Grande
(>30 MW)
2.5-5.0 4.0-6.0 No recomendable
http://www.fi.uba.ar/materias/6723/pdf/Costos_de_la_Generaci_n_Geot_rmica%5B1%5D.pdf
Costo Energía en Colombia
Precio promedio en bolsa de energía eléctrica
$ 100/kWh ó 5.6 ¢US / KWh (1 $USD = 1800)
http://www.upme.gov.co/GeneradorConsultas/Consulta_Indicador.aspx?Ind=4
http://www.geo-
energy.org/publications/reports/Factors%20Affecting%20Cost%20of%20Geotherm
al%20Power%20Development%20-%20August%202005.pdf
Costos de generación y Factores que
Condicionan el costo
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Acústico. Planta, torres de enfriamiento.
Calidad del aire. En función de la composición del fluido del
reservorio
Recursos culturales: paisaje.
Ecológicos: vegetación, vida salvaje, habitats
Materiales peligrosos y manejo de residuos
Uso de la tierra
Recursos paleontológicos
Socioeconómico
Suelos y recursos geológicos
Transporte
Recursos visuales
Recursos hídricos
Impactos ambientales potenciales