recuperación mejorada de petróleo mediante energía solar térmica

Diseñada originalmente para generar electricidad, la tecnología de torre central o torre de energía utiliza un campo de grandes espejos de seguimiento, llamados heliostatos, para concentrar la luz solar en una caldera llena de agua que descansa sobre una torre central. La energía solar se refleja en la caldera para producir vapor, que se utiliza para hacer girar una turbina tradicional y generar electricidad. Para la recuperación mejorada de petróleo (EOR), el proceso finaliza con la producción de vapor. El vapor a alta temperatura producido a partir de agua desmineralizada en el receptor de la torre pasa a través de un intercambiador de calor, generando vapor a menor temperatura a partir de agua de alimentación del yacimiento con alta contaminación a temperaturas más bajas. El vapor se introduce en colectores de distribución que conducen a pozos de inyección, los cuales transportan el vapor a la formación petrolífera.

La arquitectura de canal cerrado encapsula el sistema solar térmico dentro de un invernadero. El invernadero crea un entorno protegido para resistir los elementos que pueden afectar negativamente la fiabilidad y la eficiencia del sistema solar térmico. ^{[ 2 ]}

Espejos ligeros y curvos reflectantes solares están suspendidos dentro de la estructura del invernadero. Un sistema de seguimiento de un solo eje posiciona los espejos para seguir al sol y enfocar su luz en una red de tuberías de acero fijas, también suspendidas de la estructura del invernadero. ^{[ 3 ]} El vapor se genera directamente, utilizando agua de calidad petrolera, ya que el agua fluye desde la entrada a lo largo de las tuberías, sin intercambiadores de calor ni fluidos de trabajo intermedios.

El vapor producido se alimenta directamente a la red de distribución de vapor existente del campo, donde se inyecta continuamente en las profundidades del yacimiento petrolífero. Proteger los espejos del viento les permite alcanzar temperaturas más elevadas y evita la acumulación de polvo debido a la exposición a la humedad. ^{[ 2 ]} GlassPoint Solar , la empresa que creó el método de canal cerrado, afirma que su tecnología puede producir calor para la recuperación mejorada de petróleo (EOR) por aproximadamente 5 dólares por millón de unidades térmicas británicas en regiones soleadas, en comparación con los 10 a 12 dólares de otras tecnologías solares térmicas convencionales. ^{[ 4 ]}

GlassPoint Solar se asoció con Berry Petroleum , el mayor productor independiente de petróleo de California, para implementar el primer proyecto comercial de recuperación mejorada de petróleo (EOR) solar del mundo. Puesto en marcha en febrero de 2011, el proyecto se ubica en el yacimiento petrolífero de McKittrick, con 100 años de antigüedad, en McKittrick, California . Denominado Proyecto Solar 21Z del Condado de Kern, el sistema abarca aproximadamente una hectárea y producirá alrededor de un millón de BTU por hora de calor solar, reemplazando el gas natural utilizado para la generación de vapor. El proyecto EOR solar se construyó en menos de seis semanas y es la primera instalación de la tecnología de colectores parabólicos cerrados de GlassPoint en un yacimiento petrolífero. ^{[ 5 ]}

En octubre de 2011, Chevron Corp. y BrightSource Energy inauguraron una planta de conversión de energía solar a vapor de 29 megavatios en el yacimiento petrolífero de Coalinga, en el condado de Fresno, California. El proyecto de recuperación mejorada de petróleo (EOR) solar de Coalinga abarca 100 acres y consta de 3822 sistemas de espejos, o heliostatos, cada uno con dos espejos de 3 metros por 2,1 metros montados en un poste de acero de 1,8 metros que enfoca la luz en una torre solar de 99 metros. ^{[ 4 ]}

BrightSource fue contratada para proporcionar la tecnología, la ingeniería, la producción y los servicios de construcción, y Chevron Technology Ventures gestionará las operaciones del proyecto. La construcción de la planta comenzó en 2009. Se informó que Chevron gastó más de sus 28 millones de dólares en el contrato, y BrightSource ha perdido al menos 40 millones de dólares en el proyecto y ha revelado que perderá mucho más. ^{[ 6 ]}

En mayo de 2013, GlassPoint Solar y Petroleum Development Oman (PDO) pusieron en marcha el primer proyecto de recuperación mejorada de petróleo (EOR) solar de Oriente Medio. ^{[ 7 ]} PDO es una empresa conjunta entre el Sultanato de Omán, Shell y Total. La instalación solar EOR de 7 MW produce un promedio diario de 50 toneladas de vapor libre de emisiones que alimenta directamente las operaciones térmicas EOR existentes en el campo Amal West de PDO en el sur de Omán. El sistema es 27 veces más grande que la primera instalación de GlassPoint en el campo petrolífero 21Z de Berry Petroleum. ^{[ 8 ]} Los informes de Petroleum Development Oman indican que el piloto se entregó a tiempo, por debajo del presupuesto y por encima de las especificaciones de producción del contrato, sin lesiones con baja laboral. En el primer año de operaciones, el sistema totalmente automatizado superó con éxito todas las pruebas de rendimiento y los objetivos de producción. El sistema registró un tiempo de actividad del 98,6 %, superando significativamente las expectativas de PDO. Incluso durante fuertes tormentas de polvo y arena, el sistema ha demostrado mantener operaciones regulares.

En 2015, Omán anunció Miraah , una instalación solar-térmica de 1 gigavatio y 600 millones de dólares que estará operativa en 2017 en Amal West. La planta cubrirá 3 kilómetros cuadrados (1,2 mi² ⁾ con 36 grandes invernaderos que protegerán los colectores solares de la arena y el polvo. ^{[ 9 ]} Omán prevé que el nuevo proyecto solar sustituirá 5,6 billones de BTU de gas natural cada año, lo que equivale a la cantidad necesaria para producir electricidad para 209 000 personas en Omán. En agosto de 2017, GlassPoint y sus contratistas superaron el umbral de 1,5 millones de horas-hombre trabajadas sin lesiones con baja laboral (LTI) en Miraah. 

En noviembre de 2017, GlassPoint y Petroleum Development Oman (PDO) completaron la construcción del primer bloque de la planta solar Miraah de forma segura, dentro del plazo y el presupuesto previstos, y suministraron vapor con éxito al yacimiento petrolífero de Amal West. ^{[ 10 ]}

El proyecto solar Belridge es una empresa conjunta entre GlassPoint Solar y Aera Energy . El proyecto se anunció en noviembre de 2017 y, una vez finalizado, se prevé que produzca aproximadamente 12 millones de barriles de vapor al año mediante un generador de vapor solar térmico de 850 MW. El proyecto estará ubicado en el yacimiento petrolífero South Belridge , cerca de Bakersfield , California, y será el mayor yacimiento de recuperación mejorada de petróleo (EOR) solar del estado cuando esté terminado. Además, reducirá las emisiones de carbono de la instalación en 376 000 toneladas métricas al año. ^{[ 11 ]}

California es una región prometedora para la recuperación mejorada de petróleo (EOR) mediante energía solar, gracias a su alto nivel de insolación y sus vastas reservas de petróleo pesado. Actualmente, el 40 % de la producción petrolera de California utiliza inyección de vapor para EOR, y en pocos años esta cifra aumentará al 60 %. ^{[ 2 ] [ 4 ]} En conjunto, cinco productores de petróleo pesado —Chevron, Aera Energy, Berry Petroleum, Plains y Occidental— consumen aproximadamente 283 mil millones de pies cúbicos de gas al año. Esto equivale al 1,3 % de la demanda total en Estados Unidos. Sin embargo, los analistas afirman que la EOR mediante energía solar podría reemplazar el 20 % del gas natural utilizado para EOR en California. ^{[ 13 ]}

El Golfo Pérsico cuenta con una insolación excepcionalmente favorable, que en algunas zonas supera los niveles del desierto de Mojave , lo que hace que la recuperación mejorada de petróleo mediante energía solar sea muy prometedora en la región. El otro factor, menos evidente pero aún más importante, es que, con la excepción de Qatar, los países del Golfo Pérsico tienen escasez de gas natural y, de hecho, deben importarlo. La limitada oferta de gas natural se ve agravada por el crecimiento de las economías locales, que lo requieren para la desalinización, la generación de electricidad y otros usos industriales. ^{[ 14 ]}

Al utilizar energía solar, en lugar de gas, para generar vapor para la recuperación mejorada de petróleo (EOR), las empresas de Oriente Medio pueden ampliar sus reservas nacionales de gas natural a usos de mayor valor. Esto es especialmente relevante para Omán, que está impulsando agresivamente la EOR, por ejemplo, en el campo Mukhaizna, operado por Occidental Petroleum . ^{[ 14 ]} Omán construyó una terminal de exportación de gas natural, pero desde que su producción de petróleo alcanzó su punto máximo en 2000, el país redirigió el gas para su uso en sus operaciones de EOR. La escasez de gas en Omán hace que el precio allí sea de alrededor de 10 dólares por mil pies cúbicos. ^{[ 14 ]} Actualmente, Omán utiliza una cantidad significativa de su gas natural para la EOR. ^{[ 15 ]} Un informe publicado por Ernst & Young en enero de 2014 concluyó que el despliegue a gran escala de la recuperación mejorada de petróleo (EOR) solar en Omán, donde el vapor solar representaba el 80% de las necesidades de EOR térmica de Omán, podría ahorrar hasta quinientos millones de pies cúbicos (bcf) de gas por día y contribuir con más de 12 mil millones de dólares al PIB de Omán para 2023. ^{[ 16 ]}