Prof. Franco Barberi

Convegno

«Gli impianti geotermici di nuova generazione»

La geotermia in Italia e gli impianti

geotermici pilota

ORSA Palermo, 1 Dicembre 2015

La Terra è un pianeta caldo: nel nucleo interno a 6.400 km di profondità la T è

superiore a 5.000°C. La temperatura è superiore a 1.200°C nello strato di

mantello fuso, chiamato astenosfera, i cui moti convettivi sono la causa degli

spostamenti delle zolle litosferiche che producono le dorsali medio-

oceaniche, le grandi fosse tettoniche e le catene di montagne.

Il pianeta Terra rilascia continuamente calore verso la superficie. Questo flusso

di calore è particolarmente elevato nelle zone vulcaniche (dorsali oceaniche,

cordigliere, archi di isole, punti caldi) dove il magma fuso, con una T di 800-

1.100°C, può accumularsi in serbatoi a piccola profondità (<10 km).

Gradiente geotermico

In ogni punto della Terra la temperatura aumenta con la profondità. Il gradiente

geotermico medio è di circa 33 °C/km, ma può arrivare anche a valori dieci

volte superiori nelle zone “calde” al di sopra di serbatoi magmatici.

Il gradiente geotermico scende invece a valori di 10-20 °C/km nelle zone

“fredde” situate nelle aree geologicamente stabili, lontane dalle frontiere sia

divergenti che convergenti tra zolle litosferiche

Mappa del flusso di calore in Italia

L’Italia è un Paese

geologicamente giovane,

con molti vulcani attivi.

Il bacino del Mar Tirreno e la

fascia occidentale, tirrenica,

della penisola ospitano

vulcani attivi o recenti (es.

Etna, Stromboli, Vesuvio,

Amiata).

Queste zone, dove il flusso di

calore è elevato, hanno una

spiccata vocazione

geotermica.

Risorsa

Convenzionali T °C Usi principali

Alta entalpia 150 - 375 Generazione di elettricità

Media entalpia 90 - 150

Elettricità con sistemi binari,

utilizzando fluido di servizio a bassa

T di vaporizzazione (es. isobutano)

Bassa e bassissima entalpia 13 - 90 Agricoltura, industria,

riscaldamento/affrescamento

Non convenzionali

EGS – Enhanced geothermal

systems

> 200

Generazione di elettricità

Sistemi supercritici o

geopressurizzati > 375

Generazione di elettricità

Classificazione delle risorse geotermiche

L’entalpia esprime la quantità di energia termica di una data massa di fluido

• a vapore secco

(Larderello, The

Geysers)

• ad acqua dominante

(la maggioranza dei

campi)

• di media entalpia

(90-150°C) uso di

sistemi binari, ORC

Schema di campo geotermico di entalpia alta o media

Sorgente di calore = intrusione magmatica

Serbatoio = rocce permeabili contenenti acqua di ricarica meteorica

Copertura = strato di rocce impermeabili (es. argille)

Generazione di

elettricità da sistemi:

Geotermia in Italia: produzione elettrica

La prima produzione di elettricità da fluidi

geotermici fu sperimentata nel 1904 a Larderello

Energia geotermoelettrica in Europa 2015

Capacità installata (Mwe) Produzione annuale (GWh)

1. Italia 916 5660

2. Islanda 665 5245

3. Turchia 397 3127

Tot. Europa 2133 14821

Dopo più di un secolo l’Italia è ancora il

primo produttore in Europa (sesto nel mondo)

Petrolio risparmiato = 1.100.000 ton/anno

Riduzione emissione CO2 = 3,8 milioni ton/anno

La geotermia fornisce il 25% del fabbisogno

elettrico della Toscana

Usi termici diretti della geotermia in Italia

Uso Impianti principali

Termale e balneologico 32% Abano Terme, Ischia

Teleriscaldamento 22% Impianti geotermici

toscani, Ferrara, Grado

Piscicultura 16% Orbetello

Serricultura 13% Monte Amiata,

Civitavecchia

Pompe di calore 10% Milano, Bergamo,

Parma

Processi industriali 1% - - -

(Capacità totale = 1014 MWt Utilizzazione = 2412 GWh/anno)

Permette di trasferire ad un edificio l’energia termica del sottosuolo

La pompa di calore geotermica

È il settore di più grande

espansione perché può

utilizzare risorse

geotermiche di entalpia

bassa o bassissima (T

anche <20°C)

Gli ambienti possono essere riscaldati d’inverno e affrescati

d’estate e si può anche produrre acqua calda sanitaria. La

tecnologia non genera alcuna emissione di gas serra. Non

emette fumi, odori, rumori e non produce fiamma.

Utilizza energia elettrica ma per ogni KWh elettrico consumato

fornisce 4-6 KWh termici. Può far risparmiare fino al 75% della

bolletta energetica annua.

Progetti geotermici pilota

Il D.lgs. 22/2011 ha introdotto la sperimentazione di impianti geotermici pilota

con le seguenti caratteristiche:

• emissioni nulle in atmosfera con obbligo della reiniezione dei fluidi nel

sottosuolo nella formazione di provenienza

• produzione di energia elettrica fino a 5 Mwe per impianto e per un totale di 50

Mwe a livello nazionale

• limite di 3 impianti sperimentali per ogni operatore.

Benché molto meno inquinante degli impianti che producono energia elettrica da

combustibili fossili e nonostante le nuove tecnologie per l’abbattimento dell’H2S,

il più fastidioso dei gas emessi, i problemi ambientali connessi allo scarico libero

dei gas in atmosfera hanno ostacolato lo sviluppo della geotermia in Italia.

L’Enel ha chiuso circa 15 anni fa la centrale di 26 MWe di Latera nel Lazio e sta

incontrando difficoltà per aumentare la produzione del campo geotermico

dell’Amiata.

Il successo della sperimentazione di questi impianti può aprire importanti

prospettive allo sviluppo ecocompatibile di risorse geotermoelettriche e

rappresenta un’occasione per valorizzare una delle poche risorse energetiche

nazionali con impatto pressoché nullo

Il progetto geotermico pilota di Castel Giorgio

Nel 2011 la società ITW&LKW Geotermia Italia ha presentato

al Ministero dello Sviluppo Economico istanza di permesso di

ricerca per la sperimentazione di due impianti geotermici

pilota denominati Castel Giorgio e Torre Alfina, ubicati

rispettivamente nella Regione Umbria e nella Regione Lazio.

I due impianti sono relativi ad un unico campo geotermico

esplorato da ENEL negli anni ‘70-’80 (concessione Torre

Alfina).

Nell’aprile 2015 il Ministero dell’Ambiente ha approvato, con

prescrizioni, la VIA per il progetto Castel Giorgio ed ha

attualmente in esame quella del progetto Torre Alfina.

È in corso il rilascio del titolo minerario per Castel Giorgio.

Modello geotermico del campo di Torre Alfina

• Serbatoio geotermico in alto strutturale di rocce carbonatiche permeabile

per fratturazione

• Copertura impermeabile molto efficace di rocce flyschoidi

• Presenza di una cappa confinata di gas (CO2) al tetto del serbatoio (~50 bar,

spessore 100m)

• T media fluido del serbatoio 140°C = sistema di media entalpia

• Salinità acqua = 5.000 ppm; 2% CO2 disciolta

Per evitare emissioni di gas in atmosfera, il fluido

geotermico verrà mantenuto sotto una pressione (circa

40 bar) sufficiente ad impedire la liberazione di

anidride carbonica in tutto il circuito dai pozzi di

produzione a quelli di reiniezione. La CO2 rimane

sempre disciolta nel liquido.

Il calore del fluido geotermico verrà utilizzato in un

impianto ORC (Organic Rankine Cycle), utilizzando un

fluido organico di servizio in circuito chiuso.

Elementi progettuali dell’impianto pilota

L’impianto pilota è stato progettato con le seguenti specifiche:

taglia dell’impianto: 5 MWe netti

• temperatura del fluido geotermico: 140 °C

• utilizzo pompa immersa per la pressurizzazione del fluido che

impedirà anche le incrostazioni di carbonato di calcio

• assenza di emissioni in atmosfera

• consumi idrici minimi solo in fase di perforazione

• raffreddamento fluido organico mediante utilizzazione di

condensatore ad aria

• reiniezione totale del fluido estratto nella formazione di

provenienza

• predisposizione impianto per la cessione di calore per usi

civili, industriali o agricoli.

Elementi progettuali dell’impianto pilota

Schema circuito idraulico dell’impianto pilota

Impianto ORC

Pozzo produttivo

Pozzo reiniettivo

P = 45

bar

T = 140

°C

P = 43 bar

T =

60°÷80°C

Pompa

sommersa Valvola regolazione

pressione/portata

῀

recupero energia idraulica

~ 500 Kw

Sovrapressione in

frattura <10 bar, NON

43bar !!!

Inserimento ambientale ORC e postazione CG3

A parità di produzione elettrica un impianto geotermico

occupa una superficie di terreno inferiore da 1/20 a 1/30

rispetto al fotovoltaico

Monitoraggio ambientale

Lo sviluppo del progetto Castel Giorgio sarà

accompagnato da un’intensa attività di

monitoraggio che comprende:

• Controllo delle emissioni di gas dal suolo e della

concentrazione in atmosfera

• Controllo dei movimenti del suolo per valutare

eventuali fenomeni di subsidenza

• Controllo della microsismicità locale, con

particolare riferimento allo studio di eventuali

fenomeni indotti dalla reiniezione.

L’Italia è il Paese europeo con il più alto potenziale geotermico.

La crescita della produzione geotermoelettrica è rimasta

invariata negli ultimi 20 anni e gli usi diretti sono cresciuti in

modo insignificante.

La generazione di energia elettrica potrebbe crescere di un

fattore da 2 a 3 nei prossimi 15-20 anni. Gli usi diretti (in

particolare le pompe di calore geotermiche) potrebbero

crescere di un fattore da 6 a 7 nello stesso periodo di tempo.

Conclusioni

Per perseguire questi obiettivi non sono necessarie risorse

pubbliche ma è fondamentale la semplificazione e lo snellimento

delle procedure.

Serve azione di classe politica consapevole, a livello nazionale e

regionale.