Panel Specialistico : L’energia della Terra

Modulo/Sottomodulo: La Geotermia

Docente: Dott. Geol. Alessandro MurratzuData 10/01/2014

Idrogeo Service S.r.l. – Engineering and Consulting

Via Silvio Pellico n. 14/16, 50052

Certaldo – Florence - Tuscany – Italy

Tel/Fax +390571651312

Website: www.idrogeosrl.it

Mail: info@idrogeosrl.it

Skype: alessandro.murratzu1

Idrogeo Service S.r.l. – Engineering and Consulting

Gli ambiti lavorativi con la maggiore esperienza sono le indagini geotecniche e geologiche a supporto di progetti edili, cave, strade, tunnel, frane e consolidamenti.

Un ambito particolare e caratterizzato da ampia esperienza consiste nelle indagini geologiche a supporto della pianificazione urbanistica per i governi locali e nel consulting in ambito ambientale

Un settore della società è inoltre specializzato nelle indagini termali ed idrogeologiche e nella ricerca geotermica.

Negli ultimi anni si è aggiunto il campo dell’ingegneria idraulica e delle bonifiche ambientali

Idrogeo Service S.r.l. – Engineering and Consulting – partner e collaborazioni

IdroGeo Engineering & Consulting è associata all’ANIPA (Associazione Nazionale Imprese Pozzi per Acqua)

IdroGeo Engineering & Consulting è associata all’UGI (Unione Geotermica Italiana)

IdroGeo Engineering & Consulting è tra i Soci Fondatori della Piattaforma Tecnologica Italiana per l’Energia Geotermica (Confindustria)

IdroGeo Engineering & Consulting partecipa a due progetti europei finalizzati allo sviluppo dell’energia geotermica

( GEOELEC - FP7).

IdroGeo Engineering & Consulting è tra i promotori e fornisce docenti per il Master in Green Economy Management del Gruppo Moccia – Università La Sapienza Roma –Hudson

Technologies con riferimento specifico all’energia geotermica e per teleriscaldamento.

IdroGeo Engineering & Consulting collabora con la società di Ingegneria Ing3Plus tramite la figura dell’Ing.David Piazzini

CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche) - I.G.G. (Istituto di Geoscienze e Georisorse)

CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche) – I.M.A.A. (Istituto di Metologie per l’Analisi Ambientale)

Università di Firenze – Dipartimento di Scienze della Terra

Università di Pisa – Dipartimento di Patologia Sperimentale, Biotecnologie Mediche,

Infettivologia ed Epidemiologia

Università di Roma “La Sapienza” – Dipartimento di Chimica

Università di Roma “La Sapienza” – Scuola di Specializzazione in Idrologia Medica

Università di Losanna

L’energia geotermica è una fonte di energia pulita, alternativa e rinnovabile che si basa sul “motore termico” della Terra.

• Principi generali della Geotermia

• Studi geotermici

• Applicazioni geotermiche

Energia geotermica

Principi generali della GeotermiaPer geotermia si intende la disciplina delle scienze della Terra che studia l'insieme dei fenomeni

naturali coinvolti nella produzione e nel trasferimento di calore proveniente dall'interno della Terra

• Breve storia della geotermia in Italia e nel mondo

• Origini delle fonti di calore

• Flusso di calore

• Gradiente geotermico

• Classificazione delle risorse geotermiche

• Sistema geotermico

Breve storia della geotermia in Italia e nel mondo

• Neolitico medio-superiore (popolazioni italiche)

– Frequentazione di località termali

ed uso di sottoprodotti di energia

geotermica• Uso funzionale

– Balneoterapia

• Uso religioso– Culti e riti verso divinità sotterranee

• Uso razionale– Spiegazione scientifica del fenomeno

Breve storia della geotermia in Italia e nel mondo

• Epoca Romana– Frequentazione di località termali

ed uso di sottoprodotti di energia

geotermica (minerali idrotermali)• Uso funzionale

– Balneoterapia

• Uso religioso– Culti e riti verso divinità sotterranee

Breve storia della geotermia in Italia e nel mondo

• 1777-’79– Scoperta di una miscela di borati (Tincal - con esso l’acido borico)

dalle manifestazioni a Monterotondo Marittimo e

Castelnuovo Val di Cecina

• 1812– Prima società di produzione di acido borico dai lagoni a Larderello

• 1818– Nascita della società Chemin-Prat-La Motte-Larderel guidata da

Francesco Larderel• Utilizzo di lagoni naturali e lagoni artificiali (scavati in aree ricche

di incrostazioni idrotermali)

• 1827– Introduzione della tecnologia del lagone coperto

• Separazione del vapore dall’acqua

• Sostituzione della legna per il processo di essiccamento delle salamoie boriche

Breve storia della geotermia in Italia e nel mondo

• 1828-’29– Introduzione dei lagoni a cascata

• 1900-’44– Diversificazione della produzione chimica

• Acido borico

• Perdorato di sodio

• Carbonato di ammonio

• Acibo carbonico

• Talco

• …

– Primo esperimento di produzione di energia elettrica (1904)• Ciclo indiretto e utilizzo di scambiatore di calore

Breve storia della geotermia in Italia e nel mondo

• 1900-’44– 1913 – Prima centrale geotermica al mondo (Larderello 1)

• Alimentati gli abitati della Regione Boracifera, Pomarance, Saline di Volterra e Volterra

– 1923 – primo gruppo geoelettrico sperimentale

a ciclo diretto

– 1930 – introduzione del ciclo diretto in produzione

Breve storia della geotermia in Italia e nel mondo

• 1900-’44– 1913 – Prima centrale geotermica al mondo (Larderello 1)

• Alimentati gli abitati della Regione Boracifera, Pomarance, Saline di Volterra e Volterra

– 1923 – primo gruppo geoelettrico sperimentale

a ciclo diretto

– 1930 – introduzione del ciclo diretto in produzione

– Guerra Mondiale – distruzione pressoché totale

degli impianti

• 1958 – ’60– Diffusione nel mondo della geotermia

• Wairakei (Nuova Zelanda)

• Pathè (Messico)

• The Geysers (USA)

• ….

Origini delle fonti di calore

• Origini delle fonti di calore– Primordiale

• Calore che esiste dal momento in cui si formò il pianeta,

grazie alla separazione del ferro nel nucleo terrestre.

– Radiogenico• Calore derivante dal decadimento radioattivo

di elementi radiogenici

(i principali – Uranio, Torio e Potassio)

Il flusso di calore terrestre è la quantità di calore che dall’interno della Terra sfugge per unità di area nell’unità di tempo sulla superficie del pianeta.

Flusso di calore medio terrestre

65 mW/m2

• Modalità di trasmissione del calore

• Flusso di calore in Italia

Flusso di calore

Flusso di calore regionale

• Intera Terra (80 mW m-2)

• Oceani (100 mW m-2)

• Continenti (40 mW m-2)

• Aree attive tettonicamente (80-90 mWm-2)

• Cratoni stabili (30-40 mW m-2)

Flusso di calore in Italia

Modalità di trasmissione del calore

• Conduzione

• Convezione

• Irraggiamento

Gradiente geotermicoViene chiamato gradiente geotermico la variazione di temperatura all'incremento della

profondità entro la crosta terrestre; questo parametro viene generalmente indicato con il valore dell'aumento della temperatura in gradi Celsius ogni 100 m di profondità

• Media in superficie– 3,3 °C/100 m

• Anomalie geotermiche– Situazione europea

– Situazione italiana

Situazione europea

Isoterme a 3000 m

100 – 300 °C

60 – 80 °C

30 – 50 °C

• Entalpia

• Acqua dominante/vapore dominante

• Sistemi dinamici / statici

Classificazione delle risorse geotermiche

D. Lgs n. 20 del 11/02/2010

• Risorse geotermiche ad alta entalpia– (T del fluido reperito > 150 °C)

• Risorse geotermiche a media entalpia– (T del fluido reperito compreso tra 90 °C e 150 °C)

• Risorse geotermiche a bassa entalpia– (T del fluido reperito < 90 °C)

Classificazione delle risorse geotermiche - Entalpia

Entalpia: grandezza fisica che esprime

il contenuto termico (energia termica) dei fluidi

Principali risorse geotermiche

in Italia

• Acqua dominante– Acqua liquida controlla la pressione

– Vapore (se presente in forma di bolle)

– 125 °C < T < 225 °C

– Produzione (a seconda della T e P)• Acqua calda

• Miscela acqua e vapore

• Vapore umido

• Vapore secco

• Vapore dominante– Vapore controlla la pressione

– È presente anche acqua

– Alta temperatura

– Produzione• Vapore secco

• Vapore surriscaldato

Classificazione delle risorse geotermiche – Acqua dominante / vapore dominante

Alcune nozioni di base

Alcune nozioni di base

T = 100°P = 1 atm

Ebollizione

(acqua liquida + vapore umido)

T > 100°P = 1 atm

Evaporazione completa

(vapore secco)

T > 20°C rispetto alla T ebollizione P = 1 atm

Vapore surriscaldato

Sistemi dinamici / statici

• Sistema dinamico

– Acqua ricarica continuamente il serbatoio

– Calore per conduzione e per circolazione dei fluidi

• Sistema statico

– Ricarica del serbatoio ridottissima

– Calore solo per conduzione

Principali risorse geotermiche in Italia

• Lazio

• Sicilia

• Sardegna

Lazio

Sistema geotermico“Un sistema acqueo convettivo, che, in uno spazio confinato della parte superiore

della crosta terrestre, trasporta il calore da una sorgente termica al luogo, generalmente la superficie, dove il calore stesso è assorbito (disperso o

utilizzato)” (Hochstein, 1990).

• Componenti– Sorgente di calore

– Serbatoio

– Fluido che trasporta il calore

Sorgente di calore

• Intrusione magmatica

• Normale calore terrestre

Serbatoio

Unità litologiche permeabili

Fluido che trasporta il calore

Acqua, spesso meteorica, in fase liquida o vapore in base alla pressione e temperatura. L’acqua spesso trasporta composti chimici e gas CO2, H2S, …

Moto Convettivo

Il fluido caldo e di minor densità tende a salire e ad essere

sostituito dal fluido più freddo e di densità maggiore, proveniente

dal margine del sistema.

Principi generali della GeotermiaRisorsa geotermica

• Media/ bassa Entalpia

• Media/ alta Entalpia

Media / Alta entalpia > 90°CMedia / Bassa entalpia < 90°C

Produzione di energia elettrica

Medio/bassa entalpia < 90°C

• Sonde geotermiche

• Pompe di calore

• Teleriscaldamento

Sonde geotermiche

Al di sotto dei primi 4-5 m di profondità, la temperatura

rimane costante intorno ad 13-15 °C. Gli impianti a

bassa entalpia utilizzano il calore del sottosuolo a

profondità ridotte attraverso l’utilizzo di sonde

geotermiche.

Nelle sonde geotermiche scorre un fluido termovettore

che trasferisce il calore dal o al terreno

Pompe di caloreLa pompa di calore è una macchina termica ad alta

efficienza. Nello specifico utilizza il sottosuolocome serbatoio di calore per condizionaretermicamente gli ambienti interni di edifici sia inestate che in inverno.

• Nei mesi invernali il calore viene trasferito insuperficie

• Nei mesi estivi il calore in eccesso presente negliedifici, viene restituito al terreno

Sistema Open Loop Sistema Closed Loop

Sistema di riscaldamento a distanza di un quartiere o di una città che utilizza il calore prodotto da una centrale termica, da un impianto di cogenerazione o da una sorgente geotermica. In un sistema di teleriscaldamento il

calore viene distribuito agli edifici tramite una rete di tubazioni in cui fluisce l’acqua calda o il vapore

(Autorità Energia Elettrica e Gas)

• Componenti:

– Centrale termica

– Rete di trasporto e distribuzione

– Sottocentrali

Sistemi di teleriscaldamento

Media/Alta entalpia > 90°C

Media / Alta entalpia > 90°C

Sistema idrotermale

Sistema HDR o EGS

Un componente fondamentale di un sistema geotermico è il fluido.

• Fase liquida

e/o

• Fase Gassosa

Studi geotermici

Ciclo del carbonio

Parametri chimico - fisici

• Temperatura

• Conducibilità elettrica

• pH

• Alcalinità (AT)

• Potenziale redox (Eh)

• Durezza totale

• Gas disciolti

• Salinità

Tipi di Acque

Tipi di Acque

Caratteristiche chimico – fisiche dei vari gas

Ciclo del Carbonio

Emissioni di CO2 non vulcaniche in Italia

Emissioni di CO2 non vulcaniche in Italia

Flusso della CO2

Flusso della CO2

Applicazioni geotermiche

• Normative

• Applicazioni pratiche– Permesso di Ricerca “Murlo”

– Progetto Coop Certaldo

• Diffusione della geotermia in Italia

Normative

• D.P.R. n.395 del 27 Maggio 1991

• D.P.R. n.485 del 18 Aprile 1994

• D.L. n.22 del 11 Febbraio 2010

• D.L. n.28 del 3 Marzo 2011

• D.M. 28 Dicembre 2012 “ Conto Termico”

• Quinto Conto Energia

• L. n.134 del 7 Agosto 2012 “Detrazione 55%”

• D.M. 6 Luglio 2012 “Incentivi da fonti rinnovabili elettriche”

Vecchia normativa

Nuova normativa

Permessi di ricerca

Incentivi

D.P.R. n.395 del 27 Maggio 1991

• Competenza

– Ministero dell’industria, del commercio e dell’artigianato – Direzione generale delle Miniere – Ufficio Nazionale Minerario per gli idrocarburi e la geotermia

• Permesso di ricerca