Actualmente la humanidad se enfrenta a un gran desafío debido al cambio climático. Por lo tanto, la presión para utilizar formas sostenibles de resolver las necesidades actuales está creciendo. Una de las principales necesidades es el suministro de energía, y los recursos geotérmicos podrían representar una forma sostenible de resolver esto. Sin embargo, se necesita un seguimiento detallado en las diferentes fases de desarrollo para garantizar un uso sostenible. Este trabajo propone una metodología general para evaluar la explotación sostenible de cualquier sitio geotérmico en el mundo. Esta metodología se basa en un sitio geotérmico en México explotado durante los últimos 30 años. Los Humeros es el sitio elegido para este estudio. La metodología propuesta se basa en tres aspectos básicos presentes en todo sistema geotérmico bajo explotación: la energía almacenada, la afectación ambiental y el rendimiento de rentabilidad del proyecto. Dado que la energía geotérmica se considera una fuente renovable y la afectación ambiental es normalmente baja, este trabajo plantea la hipótesis de que la explotación del yacimiento geotérmico en Los Humeros se realiza bajo límites sostenibles. Para demostrarlo, se propusieron tres objetivos principales: • Estimar la energía almacenada en el sistema geotérmico. • Determinar qué tan grande es la huella de CO2 de la central eléctrica. • Evaluar el desempeño financiero del proyecto de energía. El objetivo de estas metas es dar una comprensión de tres piedras angulares necesarias para definir la sostenibilidad de la explotación geotérmica: suficiente energía, bajo impacto ambiental y una buena rentabilidad para cubrir todas las posibles externalidades. Los Humeros se encuentra en una caldera volcánica activa. Por lo tanto, hay suficiente energía para abastecer la demanda de la central eléctrica durante siglos. El primer objetivo fue en la estimación de la producción de energía para los próximos 30 años. Esta estimación se hizo mediante el análisis de los datos de producción de los pozos. Estos datos incluyeron la tasa de extracción masiva y la entalpía de fluidos: el análisis derivó dos escenarios de producción. Estos han sido llamados pesimista y optimista. El optimista ofrecía una estimación de 580 PJ, mientras que el pesimista da una extracción de energía de 430 PJ. Estos escenarios se basaron en los cuartiles de la extracción histórica de masa. Suficiente energía no cumple con el requisito de sostenibilidad. El sistema geotérmico debe ser monitoreado constantemente para garantizar que la próxima generación utilice este yacimiento geotérmico volcánico. Esta última frase da la introducción al siguiente objetivo. Las emisiones de CO2 asociadas a la actividad volcánica son bien conocidas. Por lo tanto, el segundo objetivo fue determinar qué tan grande es la huella de CO2 por kWh generada por la central eléctrica de Los Humeros. Para esta contabilidad, se incluyó el CO2eq causado por la construcción de la central eléctrica. Como resultado, con un factor de emisión de 442 a 580 gCO2eq/kWhel Los Humeros se encuentra bajo los mismos niveles que el factor de emisión promedio mexicano (480 gCO2eq/kWhel en 2019). Finalmente, se exploraron algunas opciones para hacer frente a esta externalidad de CO2. Entre ellos, se incluyó la posibilidad de cambiar la tecnología de conversión. Sin embargo, para tener una oportunidad real de instalar una nueva central eléctrica, Los Humeros necesita inversión. El gobierno y los inversores privados pueden hacer esta inversión, o la central eléctrica puede resolverla. En cualquier caso, el proyecto debe ser rentable para resolver todas las externalidades posibles de forma saludable. En este sentido, el tercer objetivo de esta tesis doctoral era estimar la rentabilidad de la central. Como se mencionó anteriormente, Los Humeros ha estado bajo explotación durante los últimos 30 años. Durante este tiempo, Los Humeros cambió la tecnología de generación. Para ello, la central eléctrica requirió una inversión considerable. Por ello, el último objetivo de esta tesis doctoral es estimar dos métricas financieras para conocer la rentabilidad del proyecto eléctrico: el Periodo de retorno y el valor presente neto (VAN). El VAN se evaluó utilizando diferentes tasas de interés. La evaluación de la rentabilidad se realizó para dos escenarios. El primero consideró el esquema de negocios real. Se llama "el contrato legado", el segundo escenario supone que la central eléctrica participa en el mercado eléctrico mexicano abierto y regulado. El contrato legado está diseñado para evitar la volatilidad del mercado spot, pero también tiene como objetivo hacer que la central eléctrica sea rentable. Los resultados mostraron equilibrio financiero luego de 8 años en este escenario y 4.5 años para el segundo. Sin embargo, el VAN mostró valores negativos para el segundo escenario. En principio, ese resultado sugiere que no se debe invertir en este proyecto, sin embargo, esta evaluación del VAN se realizó durante solo cinco años y no durante los 25 años completos de la vida útil. Tras la aplicación de esta metodología, se puede derivar la afectación a los diferentes indicadores de sostenibilidad. En las circunstancias dadas la explotación del recurso geotérmico no es sostenible. Los resultados mostraron suficiente energía almacenada para el próximo período. Aunque hay una huella de CO2 sustancial, algunas opciones para mitigar esto se pueden aplicar con las ganancias percibidas por la venta de electricidad. Por lo tanto, explotar el yacimiento geotérmico no es sostenible, pero existe un sólido potencial para serlo. Los aspectos explorados definieron tres indicadores: energía, huella de CO2 y dinero. Dos ofrecieron resultados positivos hacia la sostenibilidad; sin embargo, el impacto ambiental es un obstáculo que podría resolverse en los próximos años.

Heutzutage steht die Menschheit aufgrund des Klimawandels vor einer großen Herausforderung. Daher wächst der Druck, nachhaltige Wege zur Lösung der aktuellen Probleme zu finden. Eins der Hauptbedürfnisse ist die Energieversorgung, und geothermische Ressourcen können eine nachhaltigen Beitrag zu dessen Erfüllung leisten. Allerdings ist eine detaillierte Überwachung in den verschiedenen Entwicklungsphasen erforderlich, um eine nachhaltige Nutzung zu gewährleisten. In dieser Arbeit wird eine allgemeine Methodik zur Bewertung der nachhaltigen Nutzung eines beliebigen geothermischen Standorts irgendwo in der Welt vorgeschlagen Als Beispiel für diese Studie und als Basis für diese Methode wurde der geothermischen Standort Los Humeros in Mexiko gewählt, wo seit 30 Jahren produziert wird. Die vorgeschlagene Methode basiert auf drei grundlegenden Aspekten, die an jedem aktiven geothermischen Standort auf der Welt vorhanden sind: die gespeicherte Energie, die Umweltauswirkungen und die Rentabilität des Projekts. Da die geothermische Energie als erneuerbare Quelle gilt und die Umweltauswirkungen gering sind, wird in dieser Arbeit die Hypothese aufgestellt, dass die Nutzung des geothermischen Reservoirs in Los Humeros innerhalb nachhaltiger Grenzen erfolgt. Um dies zu beweisen, wurden entsprechend den genannten Aspekten drei Hauptziele aufgestellt: - Abschätzung der gespeicherten Energie im geothermischen System - Bestimmung des CO2-Fußabdrucks des Kraftwerks - Bewertung der Profitabilität des Kraftwerksprojekts Jedes der Ziele steht für einen der drei Pfeiler der Nachhaltigkeit der Nutzung geothermischer Reservoire: ausreichend nutzbare Energie, geringe Umweltauswirkungen und genügend Geld, um alle möglichen externen Effekte zu decken. Los Humeros liegt in einer aktiven Vulkancaldera. Daher kann davon ausgegangen werden, dass genügend thermische Energie vorhanden ist, um den Bedarf des Kraftwerks für Jahrhunderte zu decken. Das erste Ziel bestand darin, die Wärmebereitstellung für die nächsten 30 Jahre abzuschätzen. Dieses Ziel wurde durch die Analyse der Förderdaten aus den Bohrlöchern erreicht. Diese Daten umfassten die Förderrate und die Fluidenthalpie. Aus der Analyse wurden zwei Szenarien abgeleitet, ein pessimistisches und ein optimistisches. Das optimistische Szenario liefert eine Schätzung von 580 PJ, während das pessimistische Szenario eine Energiegewinnung von 430 PJ ergibt. Diese Szenarien basierten auf den Quantilen der historischen Massenentnahme. Eine ausreichende Energiemenge genügt aber nicht, um die Anforderungen der Nachhaltigkeit zu erfüllen. Das geothermische Reservoir muss feinmaschig überwacht werden, um die Förderrate innerhalb der Nachhaltigkeitsgrenzen des Systems zu steuern, damit auch nachfolgende Generationen dieses vulkanische geothermische Reservoir noch nutzen können. Dieser letzte Satz führt zum nächsten Ziel. Die mit der vulkanischen Aktivität verbundenen CO2-Emissionen sind allgemein bekannt. Daher bestand das zweite Ziel darin, den CO2-Fußabdruck pro erzeugter kWh im Kraftwerk Los Humeros zu bestimmen. Für diese Bilanzierung wurden die Emissionen von Treibhausgasen (CO2eq) durch den Kraftwerksbau berücksichtigt. Das Ergebnis: Mit einem Emissionsfaktor von 442 bis 580 gCO2eq/kWhel liegt Los Humeros unter dem Niveau des durchschnittlichen xii mexikanischen Emissionsfaktors. Abschließend wurden einige Optionen für die Senkung dieses Emissionsfaktors untersucht. Eine Möglichkeit wäre, die Umwandlungstechnologie zu ändern. Um das umzusetzen, braucht Los Humeros Investitionen. Die Regierung und/oder private Investoren können diese Investitionen tätigen oder das Kraftwerk kann diese Aufgabe übernehmen. In jedem Fall muss das Projekt rentabel sein, um alle möglichen externen Effekte auf gesunde Weise zu lösen. In diesem Sinne bestand das dritte Ziel dieser Arbeit darin, die Rentabilität des Kraftwerks abzuschätzen. Wie bereits erwähnt, wurde das Kraftwerk Los Humeros in den letzten 30 Jahren genutzt. Für den nächsten Zeitraum wurde eine Modernisierung der Umwandlungstechnologie durchgeführt. Dazu war eine erhebliche Investition in das Kraftwerk erforderlich. Daher bestand das letzte Ziel dieser Dissertation letztendlich darin, zwei Finanzkennzahlen zu ermitteln, aus denen sich die Rentabilität des Projekts ergibt: den Break-even und den Kapitalwert (NPV). Sie wurden unter Verwendung verschiedener Zinssätze bewertet. Die Rentabilitätsbewertung wurde für zwei Szenarien durchgeführt. Im ersten Szenario wurde das tatsächliche Geschäftsmodell betrachtet. Dabei handelt sich um einen sogenannten Freizügigkeitsvertrag (vesting contract). Das zweite Szenario geht davon aus, dass das Kraftwerk am offenen und regulierten mexikanischen Strommarkt teilnimmt. Der Freizügigkeitsvertrag soll die Volatilität des Spotmarktes verhindern, zielt aber auch darauf ab, das Kraftwerk rentabel zu machen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Gewinnschwelle im ersten Szenario nach 8 Jahren und im zweiten Szenario nach 4,5 Jahren erreicht wird. Der Kapitalwert (NPV) wies jedoch für das zweite Szenario negative Werte auf. Im Prinzip spricht dieses Ergebnis dafür, nicht in dieses Projekt zu investieren, doch wurde diese NPV-Bewertung nur für fünf Jahre und nicht für die gesamten 25 Jahre der Lebensdauer durchgeführt. Nach der Anwendung dieser Methode kann die Auswirkung auf die verschiedenen Nachhaltigkeitsindikatoren abgeleitet werden. Unter den gegebenen Umständen ist die Ausbeutung der geothermischen Ressource nicht nachhaltig. Die Ergebnisse zeigen, dass genügend Energie für den nächsten Zeitraum zur Verfügung steht. Obwohl es einen erheblichen CO2-Fußabdruck gibt, könnten einige Optionen zur Abschwächung dieses Effekts mit den Einnahmen aus dem Verkauf von Strom finanziert werden. Die Ausbeutung des geothermischen Reservoirs ist also momentan nicht nachhaltig, könnte es aber sein. Für die untersuchten Aspekte wurden drei Indikatoren definiert: Energie, CO2-Fußabdruck und Geld. Zwei davon zeigen positive Ergebnisse im Hinblick auf die Nachhaltigkeit; die Umweltauswirkungen stellen jedoch ein Hindernis dar, das allerdings in den nächsten Jahren überwunden werden könnte.