Estudio de prefactibilidad sobre el diseño del proceso de generación de energía eléctrica mediante geotermia en el campo de Calientes (Tacna - Perú)

Abstract

El sistema energético peruano depende principalmente de generación hidroeléctrica y termoeléctrica a base de gas natural, lo que lo hace vulnerable a variaciones hidrológicas y a riesgos asociados al suministro y precio de combustibles fósiles. En este contexto, la geotermia representa una alternativa renovable capaz de suministrar energía de base con bajas emisiones; sin embargo, su desarrollo en el Perú continúa siendo limitado debido a la escasa evaluación técnico-económica de sus recursos. El presente estudio evalúa la prefactibilidad técnica, económica y ambiental de la generación de energía geotérmica en el campo Calientes (Tacna). Se comprobó la factibilidad de un flujo másico de aproximadamente 70 kg/s mediante la ley de Darcy, considerando una permeabilidad de 2.4×10⁻¹⁴ m², un espesor de reservorio de 1000 m y una diferencia de presión de 6.71 bar. Se modelaron en estado estacionario las tecnologías de destello simple y ciclo binario en el simulador PROMAX bajo condiciones de operación de 96 °C y 5 bar, 200 °C y 28 bar, y 230 °C y 28 bar. Los resultados muestran un mejor desempeño en los escenarios de mayor entalpía, destacando el sistema de destello simple a 230 °C y 28 bar como la alternativa de mayor generación de potencia por pozo. Con base en este escenario se realizó el dimensionamiento de los equipos principales y la estimación del costo de inversión mediante el índice CEPCI (799.5 para 2024). La evaluación económica, desarrollada mediante flujo de caja descontado, obtuvo una Tasa Interna de Retorno (TIR) de 10.35%, un Valor Actual Neto (VAN) positivo y un costo nivelado de energía (LCOE) de 82 USD/MWh. Estos resultados indican una viabilidad económica condicionada, con alta sensibilidad al CAPEX, al precio de venta de la energía y a la productividad del reservorio, por lo que se recomienda reducir la incertidumbre geológica y validar el comportamiento hidráulico mediante estudios de exploración y pruebas de producción en etapas posteriores.The Peruvian energy system relies primarily on hydroelectric and natural gas-fired thermoelectric generation, making it vulnerable to hydrological variability and fossil fuel supply risks. In this context, geothermal energy represents a renewable baseload alternative; however, its development in Peru remains limited due to the lack of comprehensive techno-economic assessments. This study evaluates the technical, economic, and environmental pre-feasibility of geothermal power generation in the Calientes geothermal field (Tacna, Peru). The feasibility of a geothermal mass flow rate of approximately 70 kg/s was verified using Darcy’s law, considering reservoir permeability, thickness, and pressure differential. Single-flash and binary cycle technologies were modeled under steady-state conditions in PROMAX for three operating scenarios. The results showed superior performance under high-enthalpy conditions, with the single-flash system at 230 °C and 28 bar achieving the highest power output per production well. Based on this scenario, the main process equipment was sized, and the capital investment was estimated using the 2024 CEPCI index. Economic evaluation through discounted cash flow analysis yielded an Internal Rate of Return (IRR) of 10.35%, a positive Net Present Value (NPV), and a Levelized Cost of Energy (LCOE) of USD 82/MWh. The project demonstrates conditional economic feasibility, with profitability strongly influenced by CAPEX, electricity prices, and reservoir productivity.