Geotermia profonda per usi diretti: potenzialità e applicazioni

Bruno Della Vedova, DIA UniTs e Unione Geotermica Italiana

http://www.unionegeotermica.it/

Geotermia e fonti rinnovabili in Provincia di Verona

S. Lucia di Pescantina, Verona

11 ottobre, 2013

Dipartimento di Ingegneria e Architettura

Bruno Della Vedova: geologo geofisico

Marzio Piller: ingegnere meccanico

Eugenio Castelli: ingegnere minerario

Giuseppe Brancatelli: ingegnere ambiantale

Alberto Liuzzo Scorpo: studente PhD

Alberto Marcon: ingegnere ambientale

Gruppo Geotermia Dipartimento di Ingegneria e Architettura

Energia dalla Terra

99 % T > 1000 C

0.1 % T < 100 C

Risorse in Italia

Valutazione potenzialità

Teleriscaldamento e GHP

Impatti e sostenibilità

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Dove e quali risorse

in Italia?

T-T hot spot

(<10 Ma)

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T > 150 C at 2 km

T > 100 C at 2 km

Risorse sulla piattaforma <200 m (fasce retinate a colori) Risorse su isole e Sea Mt. (cerchi)

Marsili SMt.

Vavilov SMt.

Campi Flegrei Deep Drilling Project

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Risorse & Utilizzi

Potenziale geotermico enorme Presente dappertutto Sempre disponibile A limitata prof. in aree attive

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Isoterme a 500 m in pianura padana (ENEL-CNR, 1988)

http://geothopica.igg.cnr.it

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Potenziale geotermico e applicazioni

(after Genter, Huenges, 2006) 6/36

Risorse accertate e probabili, entro 2000 m di profondità BALDI P., BARBIER E., BUONASORTE G., SQUARCI P. (1998). Geothermal Inventory of Italy for the development of National Geothermal Resources .

Proceedings of V World Renewable Energy Congress – 20-25 September 1998, Florence, Italy. Published by Elsevier Science Ltd.

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Pieghe Ferraresi Dislocazione principale: Plio. sup. – Pleist. inf.

Gradiente 0-900 m: 6,8 C/100 m

Gradiente 900-2400 m: 2,6 C/100 m Gradiente 0-1400 m: 3,1 C/100 m

Gradiente 900-3400 m: 1,7 C/100 m

SEZIONE 3 “Vigarano M. – Occhiobello”

(Martelli, Molinari, 2009)

Struttura di Casaglia

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(Castellaccio,Collareda, 2013)

Fronte del sovrascorrimento Alpino

(Verona Nord)

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Definizione dominio: natura, estensione, eterogeneità, permeabilità, …

Caratterizz. termica: Temp., K, flussi di calore conduttivi e avvettivi, …

Caratterizz. idraulica: flussi, ricarica, velocità, variabilità, qualità, …

Valutazione preliminare potenzialità della risorsa geotermica

Valutazione impatti geotecnici, idraulici, termici e ambientali

Caratterizzazione della risorsa (Permesso di ricerca, prima fase)

Geologia, idrogeologia, campo degli sforzi Geochimica Geofisica: gravimetria, magnetometria, sismica, sismologia, flusso di calore, … Sondaggi e pozzi esistenti 10/36

Miglior modello concettuale iniziale Integrazione dati prima fase

Iter Autorizzativo, regime dei vincoli, PRC, …

Valutazione Risorsa Site survey Geol.& Geof.+ 1 Pozzo espl.

Valutazione potenz. energetico simulazione risposta in esercizio

Sostenibilità 20-30 anni, interferenze, impatti, … modellistica

Valutazione del Potenziale Geotermico 1

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Perforazione 1 pozzo, logs e prove portata

Reiniezione: migliora sostenibilità idraulica e termica + riduce impatti ambientali

Test di interferenza idraulica tra i due pozzi includono:

prove pompaggio, traccianti, modellistica

Monitoraggio ambientale (acque di falda) con impianti in produzione

Mantiene capacità produttiva sorgente

Valutazione Potenziale Geotermico 2 Doppietto geotermico: produzione-reiniezione

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0

1000

2000

3000

4000

5000

0 50 100 150 200

Profilo di T [°C]; GT= 36.9 °C/km

Profilo di T, Modello B

Profilo di T, Merano-1

A

B

Dati

Pozzo Merano (2002)

(Della Vedova, 2008)

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Risorse Geotermiche Provincia di Bolzano

Stime T(z) Sud-Tirolo:

Tarati a 10 km di profondità con informazioni “regionali”

Calibrati nei primi 2300 m con dati sperimentali

Modelli numerici stazionari 1-D

Limiti dei modello e incertezze sui parametri:

T5000 ≈ 170 – 190 °C

Valutazione dell’ incertezza sulla stima di T a ~5 km

Zona A Stima delle

temperature:

Analisi di sensitività

T5000 ≈ 145 ± 10 °C

T3000 ≈ 80 - 85 °C Zona B

Zona C Prob. come zona A (?)

T3000 ≈ 100 ± 5 °C

B

A

C

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Thermal and balneology

32%

Heating and teleheating installations

27%

Fish farming 16%

Greenhouse heating

13%

Geothermal heat pump

10%

Industrial processes

1%

VENETO 38%

TOSCANA 23%

CAMPANIA 10%

ALTRE REGIONI 29%

Energia termica tot. usata 2009:

10.000 TJ (stima UGI)

Applicazioni geotermiche dirette in Italia

Tutte queste applicazioni hanno grandi margini di sviluppo

Impianti termali 32%

Riscaldamento e telerisc. 27%

Itticoltura 16%

Serricoltura 13%

Pompe di calore 10%

Processi industriali 1%

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Gotthard Base Tunnel (57 km) Simplon Tunnel (20 km)

Usi diretti: acque tunnels Alpini

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Sistemi geotermici superficiali e profondi

Efficienza Economia di gestione Sostenibilità

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District heating: Geothermal Doublets

CARBONATI PROFONDI SONO ADEGUATI A

SOSTENERE DOPPIETTI GEOTERMICI In Itala ci sono parecchi

sistemi a 1-2 km di profondità con T fra 50 e100 C

industrial residential

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ENERGIA prodotta nel 2003 Energia Geotermica 77,49 GWht 52,68% Energia dall’inceneritore 21,47 GWht 14,60% Energia dal 1 impianto a metano 46,74 GWht 31,77% Energia dal 2 impianto a metano 1,40 GWht 0,99% Energia Totale Prodotta 147,1 GWht 100 %

TELERISCALDAMENTO di FERRARA

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1 pozzo di estrazione e 1 di re-iniezione

Impianto geotermico a bassa entalpia, Altheim, Austria 1 pozzo 2300 m 1 pozzo deviato 100 l/s @ 106 °C 1 MWe ORC 10 MWt 0,047 €/kWh

Turbogeneratore Tueboden, Brescia

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Progetto Geotermia-Grado (Fondi Europei DOCUP-2 e POR-FESR 2007-2013)

1 pozzo (1110 m) completato 2008 2 pozzo (~1200 m) + rete (2013-14)

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Indagini sismiche per ubicare Grado-1

(2004-2005)

GRADO-1

Fronte Dinarico esterno

Che coinvolge piattaforma carbonatica

Calcari fratturati

Plio-Q

Paleoc-Eoc

Up. Creta

Flysch Eo

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Logging interval: 692 – 1110 m

3 RUNS comprehensive of:

DualLatero, 4CAL, TTRM, Orientation,

GR and G-Spectrometry, Density, Neutron,

Vp/Vs, XMAC, CBIL

Hanno permesso di localizzare sistemi fratturati

Perdite di circolazione

per faglie e fratture Brusco cambiamento

Proprietà Fisiche al

passaggio K-T

Logs Geofisici Grado-1

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Calcari 2 famiglie con diversa tessitura, struttura, porosità

Fratture con acqua salmastra/salata

Porosità reservoir

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Velocità, Vp/Vs e T

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GRADO-1: Monitoraggio di T e Prove di Portata

Portata: 100 ton/h (28 l/s)

P: 2.8 bar

T : 44-48 C

Salinità: 16 ‰ NaCl

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Pozzo di re-iniezione (1200 m) nel 2013 Rete di superfice + Scambiatori (2014) Monitoraggio termico, idraulico e sostenibilità

Prove di interferenza idraulica, tracer test (?)

POR-FESR 2007-2013

Altri doppietti geotermici si possono proporre nei reservoirs carbonatici 500 m

Teleriscaldamento di Grado

Grado-1

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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

Pro

fon

dità

(m)

Temperature (°C)

(COMSOL Multiphysics)

3-D HEAT +FLUID FLOW MODELLING

(Comsol Multiphysics)

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Permeabiltà è critica

RE-INIEZIONE EMUNGIMENTO RE-INIEZIONE EMUNGIMENTO

Alta permeabilità Bassa permeabilità

time: 50 anni

ANALISI DI SENSITIVITA’

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Individuare aree con buone potenzialità

Eseguire indagini geofisiche per identificare strutture, orientazione

delle fratture … campi sonde e ubicazione dei pozzi IN/OUT

Pozzi di derivazione e re-immissione si devono collegare

idraulicamente permeabilità

Impatti: subsidenza, depauperamento risorse, impatti ambientali

re-iniezione totale

Poca esperienza ind. e limitata competizione per questi impianti

Costi elevati e rischio minerario

Progetti geotermici: sfide

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Produzione costante senza variazioni temporali

Bassi costi di gestione

Ottimo potenziale per integrazione con altre fonti

Potenziale per un’alta efficienza

Limitato impatto (cfr impianti eolici/carbone)

Basse emissioni (cfr impianti a gas/carbone)

VANTAGGI degli impianti geotermici

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Commenti conclusivi ….

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Risorse di bassa-media temperatura: presenti su tutto il territorio

nazionale, zone costiere ed offshore, anche sul lato Adriatico

Buone prospettive di crescita per usi diretti del calore: condizionamento, usi termali, serre, allevamenti, usi industriali

Necessità di normativa specifica in diverse regioni (ad es. per sonde geotermiche)

Scambio sostenibile di calore con il serbatoio geotermico: realizzato con il medesimo tasso con il quale il calore si rigenera

Per dimensionamento efficiente e duraturo è necessario conoscere le condizioni del sito, progettare con rigore e ottimizzare il funzionamento dell’impianto durante i primi 1-2 anni

DELLAVEDOVA@UNITS.IT http://www.unionegeotermica.it/

Grazie per la vostra

attenzione!