La Geotermia a Basso

Impatto Ambientale

Stefano Carlino

Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia INGV

Sezione di Napoli- Osservatorio Vesuviano

La Buona Geotermia- Rimini 6 nov 2015

La Buona Geotermia- Rimini 6 nov 2015

1000

2000

3000

4000

5000

6000 5000 4000 3000 2000 1000

Nucleo

interno

Nucleo

esterno Mantello

Te

mp

era

tura

Profondità

Il calore della Terra

Primo rudimentale impianto a vapore per la generazione di 15kW

ideato dal Principe Piero Ginori Conti nel 1904

I primi passi verso l’Energia Geotermica

Calore ed energia

La Buona Geotermia- Rimini 6 nov 2015

Temperatura

10 40 90 150 350 400

En

talp

ia

Ba

ssa

m

ed

ia a

lta

Bassissima-Bassa:

Pompe di calore

Teleriscaldamento

Media Entalpia: Produzione

elettrica con cicli binari

Alta Entalpia: Produzione elettrica

con impianti Flash ed ibridi

Fluidi Supercritici: Geotermia non

convenzionale ad altissimi rendimenti

Tipologie impianti

e impatto ambientale

La Buona Geotermia- Rimini 6 nov 2015 Im

patto s

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am

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M

inore

maggio

re

Ciclo Binario a re-iniezione totale

Impiati tradizionali (flash/dry steam)

Geotermia stimolata

Enanched Geothermal Systems (EGS)

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Production

well Production

well

Injection

well

Stimulated Zone:

induced seismicity

Problematiche ambientali Geotermia stimolata

Enanched Geothermal Systems (EGS)

La Buona Geotermia- Rimini 6 nov 2015

La Buona Geotermia- Rimini 6 nov 2015

Problematiche ambientali Impianti Tradizionali (es.: Larderello)

T>180°C

Vapore direttamente in turbina Larderello

The Geyser

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Problematiche ambientali Impianti a Ciclo Binario

T>150°C

Vapore direttamente in turbina

Impianto a ciclo binario da 5MWe

(Germania)

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Problematiche ambientali: emissioni in atmosfera

(Kagel et al., 2005).

La Buona Geotermia- Rimini 6 nov 2015

Problematiche ambientali: emissioni in atmosfera

(DiPippo, 2008).

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Problematiche ambientali: uso del suolo

Uso del suolo per diverse fonti energetiche in relazione ai gigawatt

prodotti (GWh) (fonte Geothermal Energy Association)

Pozzo di emungimento Pozzo di re-iniezione

Acquifero produttivo

Livello a bassa permeabilità

Livello a bassa permeabilità

Fronte di pressione

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Problematiche ambientali: sismicità indotta dalla re-iniezione

- l’aumento di pressione è confinato in piccoli volumi;

- Il volume pressurizzato è costante nel tempo, ossia non si espande come durante

la semplice ‘iniezione’ di fluidi

- si può controllare il livello di pressione di reiniezione nel serbatoio con opportuni

accorgimenti (es. distanza fra i pozzi, quantità di fluido re-iniettato e quindi

numero di pozzi di re-iniezione)

- Il monitoraggio geofisico-geochimico è una pratica che incrementa la sicurezza

La Buona Geotermia- Rimini 6 nov 2015

Problematiche ambientali: sismicità indotta

Tempo

Pre

ssio

ne

-0.1 MPa

+0.1 MPa

+1.0 MPa

+0.1 MPa

-0.1 MPa

-1.0 MPa

+0.1 MPa

+1.5 MPa

+6.0 MPa

-0.1 MPa

-1.5 MPa

-6.0 MPa

Variazione dello sforzo di frattura di Coulomb in un semispazio

omogeneo per una pressione di fluido di +50 e -50 bar

Troiano ed al., 2012

(Dati da: AGIP 1987; Carlino et al, 2012, 2014)

Variazione di

pressione dopo 30

anni di simulazione

(profondità pozzi

1km; estrazione e

reiniezione di 55ls-1,

per ogni pozzo,

temperatura del

serbatoio

T =250°C)

Simulazione di estrazione e re-iniezione di fluidi geotermici in

un’area con proprietà medie simili ai Campi Flegrei per la

produzione di 5MWe (serbatoio superficiale 500-1000m) con 4

pozzi (2 produzione, 2 re-iniezione)

Pozzo di

emungimento Pozzo di

re-iniezione

-10 +10

La nuova Legge Geotermica n. 22 del 2010 punti

essenziali

• Liberalizza il mercato geotermico (elimina il diritto di

prelazione ENEL-ENI sui permessi di ricerca).

• Incentiva lo sviluppo di nuove tecnologie per l’utilizzo

della media entalpia per la produzione elettrica (impianti

pilota).

• Introduce il concetto innovativo di impianti a emissione

nulla (con re-iniezione totale di tutti i fluidi, compresi i

gas incondensabili).

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La Geotermia moderna: alcuni esempi

Hellisheidi, Islanda, 300 MWe Emissione nulla, re-iniezione totale di fluido in pozzo

Generatore binario da 300 kWe Re-iniezione totale

L’Impianto binario di Altheim

(Austria)

TURBODEN Potenza: 1 MWe

Co-generazione Elettrica/Termica

p=3 km T=106°C

L’Impianto binario di Fang

(Tailandia)

ORMAT Potenza: 300 kWe

Cogenerazione Termica/Condizionamento

Impianto binario di Sauerlach (Germania)

Impianto Turboden (2013)

Ciclo Binario

Potenza: 5MWe

Fluido estratto: 150°C

Profondità pozzi 4km

Impianto binario di Dürrnhaar (Germania)

Impianto Turboden (2013)

Ciclo Binario

Potenza: 5.6MWe

Fluido estratto: 138°C

Profondità pozzi 4km

Altri piccoli impianti nel mondo

Location: DAL – Kapisya, Zambia

Anno: 1988

Fluido geotermico 88°C

Potenza elettrica: 2 x 100 kW

Location: Soultz-sous-Forêts

Alsace, France

Anno: II quarter 2008

Fluido geotermico 180°C

Potenza elettrica: 1.5 MW

Altri piccoli impianti nel mondo

Location: Turchia

Anno: 2008

Fluido geotermico 182°C

Potenza elettrica: 13.2 MW

Strategie di Mitigazione

Monitoraggio sismico conottimizzazione reti

Monitoraggio multiparametrico geodetico, geochimico.

Test preliminari per la reiniezione di liquidi e misure delle

pressioni di poro

Test di pressurizzazione con pressioni crescenti, per

rilevare l’andamento della eventuale micro-sismicità

Aumento del numero di pozzi di re-iniezione in relazione

alla permeabilità, in modo da minimizzare la

sovrapressione a fondo pozzo.

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Conclusioni

La Geotermia con le nuove tecnologie è poco invasiva. Con impianti

a reiniezione

Le prescrizioni della legge Italiana sulla re-iniezione totale ne fanno

una fonte energetica a emissione virtualmente nulla.

Il modello di piccoli impianti diffusi sul territorio, ad emissione nulla e

con prelievo a basse profondità (media entalpia), può essere inserito

anche in contesti urbanizzati.

L’impiego più razionale, anche per massimizzare i rendimenti, è

quello di co-generazione elettrica-termica, magari con impianti

‘ibridi’ (es. geotermico-solare-biomassa vegetale)

Il rischio di sismicità indotta, per le caratteristiche stesse della re-

iniezione negli stessi serbatoi, è minimo perché preserva su larga

scala la naturale distribuzione degli sforzi e ripristina i normali livelli

di pressione nel serbatoio.

Grazie per l’attenzione!

The simplest use of geothermal

energy. Enjoy your meal!!!

National Park of Tymanfaia, Lanzarote (Canary Island)