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Tecnologie – geotermico/idroelettrico

1.  Principi geotermico 2.  Tipologie geotermico

a)  alta temperatura b)  bassa temperatura

3.  Principi idroelettrico 4.  Tipologie idroelettrico

a)  Grande taglia b)  Piccola taglia

VI - 0

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Quadro generale

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Solare Geotermica Gravitazionale

solare termodin.

foto- voltaico

fluidi caldi

vento maree

biomassa

osmosi salina

idro- elettrico

moto ondoso

gradienti temperat.

correnti marine

calore

luce

energia cinetica

materia

Energia naturale

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Principi geotermico

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Alta temperatura (>150°C): il calore per il funzionamento di un generatore di elettricità viene preso da sorgenti calde sotterranee

Media temperatura (50÷150°C): il calore sotterraneo viene utilizzato per teleriscaldamento

Bassa temperatura (<50°C): il terreno viene utilizzato come scambiatore in una pompa di calore

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Larderello

VI - 3

Larderello è la prima esperienza al mondo di sfruttamento dell’energia geotermica per la produzione di energia elettrica. Nel 1905, grazie al principe Piero Ginori-Conti, si è iniziato ad utilizzare l’energia dei soffioni per la generazione di energia elettrica. Si sono poi scavati pozzi (dal 1931) in grado di alimentare una produzione sensibilmente maggiore e nel 1937 si sono costruite le prime torri di raffreddamento.

Complesso di 21 impianti per un totale di 602 MW di potenza installata con un fattore di produzione del 90% (540 MW efficaci). Vapore a 220°C.

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The Geysers

VI - 4

Complesso di 22 impianti con 350 pozzi, localizzato nelle Mayacamas Mountains, 116 km a nord di San Francisco. Ha 1517 MW di potenza installata con un fattore di produzione del 63% (955 MW efficaci).

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Sviluppi futuri - EGS

VI - 5

Enhanced Geotermal Systems: acqua ad alta pressione viene iniettata nel sottosuolo (>3000 m) per fratturare le rocce e creare una circolazione di acqua calda che viene poi raccolta (v. US DOE, Geothermal Technologies Program). Questo metodo può produrre microterremoti.

3D Distribution of Earthquakes at The Geysers for the Past Year. Approximately 9,400 earthquake locations of magnitude 0.1 and higher are shown in this image. Locations are color-coded by magnitude, and the radii of the spheres are proportional to the magnitude. The data were obtained from the Northern California Earthquake Data Center. (http://esd.lbl.gov/research/projects/induced_seismicity/egs/geysers.html)

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Sviluppi futuri – Ciclo binario

VI - 6

Nei sistemi binari il fluido geotermico (acqua a temperature intermedie ∼150°C) è estratto con pompe. Il fluido di lavoro a basso punto di ebollizione (butano o pentano) viene vaporizzato a contatto col fluido geotermico caldo, che viene poi reiniettato nel terreno. Il fluido di lavoro viene poi raffreddato e riutilizzato. Il sistema è quindi completamente chiuso, senza emissioni in atmosfera. L’efficienza degli impianti binari è tipicamente del 10÷13%.

Fluido geotermico a 150÷170°C 12 pozzi profondi 150 m 6 pozzi di reiniezione a 700 m Fluido di lavoro: Isobutano (125÷160°C) 8 turbine Potenza totale: 40 MW

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Produzione di energia geotermica nel mondo

VI - 7

80 %del fabbisogno energetico nazionale

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Geotermia a media temperatura

VI - 8

Geotermia: 75% Termovalorizzazione: 25%

5,245,000 m3 serviti 177 GWh prodotti

Fonte: HERA S.p.A.

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Estensione prevista

VI - 9

G2: 650-800 m, 50-60°C

G3: 1600-1700 m, 80-90°C

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Geotermia a bassa temperatura

VI - 10

Principio: • la temperatura del terreno risente della temperatura esterna fino a 10-12 metri di profondità • al di sotto dei 10 m la temperatura è di 12-14°C e aumenta di 3°C circa ogni 100 m

Si possono quindi far funzionare pompe di calore, per riscaldamento o raffrescamento, ad alto coefficiente di resa utilizzando il terreno al di sotto dei 10 m come scambiatore di calore a temperatura costante.

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Uso di energia geotermica a media e bassa

entalpia in Italia

VI - 11 Fonte: http://www.energystrategy.it

I sistemi di utilizzo non elettrico dell’energia geotermica sono diffusi in diverse regioni, tra cui Emilia Romagna, Lazio, Toscana e Veneto. La potenza totale installata ammonta a 606 MWt e l’energia utilizzata a 7554 TJ/anno, valori piuttosto bassi se si considera l’elevata potenzialità geotermica del Paese. Il mercato principale per gli impianti a bassa entalpia è costituito dal riscaldamento di edifici residenziali o commerciali.

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Energia potenziale:

Principi idroelettrico

VI - 12

P = potenza (W) η = efficienza turbina ρ = densità dell’acqua (kg/m3) g = accelerazione gravità (m/s2) h = altezza di caduta (m) Φ = flusso (m3/s)

P = ηρghφ

mulini medioevali: η = 60%

turbine moderne: η > 90% P = potenza (W) η = efficienza turbina ρ = densità dell’acqua (kg/m3) Φ = flusso (m3/s) v = velocità dell’acqua (m/s)

Energia cinetica: P = η1

2ρ φ v2

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Classificazione impianti

VI - 13

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Grandi impianti

VI - 14

Nome Stato Anno MW TWh/anno Area (km2) TWh/anno teorico Efficienza caduta (m)

Three Gorges Cina 2011 22,500 80.8 632 197.1 41% 80.6

Itaipu Brasile/Paraguay 2003 14,000 94.7 1,350 122.6 77% 118

Guri Venezuela 1986 10,200 53.4 4,250 89.4 60% 160 Tucuruí Brasile 1984 8,370 41.4 3,014 73.3 57% 78

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Impianti in Italia

VI - 15

PRESENZANO (più grande in Italia, seconda europea): potenza installata: 1000 MW generabilità totale media (diretta + pompaggio): 1.276 GWh massimo salto: 500 m max EDOLO: potenza installata: 1000 MW generazione media: 219 GWh/anno riqualificazione dell’energia: 737 GWh/anno (1000 ore di pompaggio – efficienza 72%) massimo salto: 1265 m

MW installati

10,000

20,000

1960

1980

2000

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Prospettive del grande idroelettrico in Europa

VI - 16

Nazione

GWh/anno % elettricità 2010 2020 2030 2010 2020 2030

Austria 37,651 41,769 45,033 59.3 57.2 54.8 Latvia 2,881 2,931 3,380 49.5 33.0 33.4 Sweden 67,600 68,100 68,267 43.5 40.5 39.2 Romania 18,003 23,869 25,477 29.3 31.1 30.0 Slovenia 3,927 4,332 4,367 24.3 22.1 19.4 Portugal 10,371 11,092 11,491 22.4 21.2 19.2 Finland 13,206 13,396 13,715 16.7 14.7 14.6 Slovak Republic 4,685 5,115 5,189 14.7 12.4 10.4 Italy 38,369 38,710 38,992 12.8 10.7 9.5 Bulgaria 4,065 4,169 4,357 10.2 8.6 7.8 France 56,979 57,354 60,485 10.1 9.2 8.9 Spain 29,499 30,967 33,530 10.0 8.7 8.2 Greece 3,999 4,358 4,805 6.5 5.9 5.6 Lithuania 419 449 466 6.5 3.3 2.5 Germany 21,054 22,349 23,856 3.3 3.6 3.7 Czech Republic 2,263 2,361 2,433 2.8 2.5 2.2 Ireland 691 707 705 2.6 2.2 1.8 Luxemburg 90 92 94 2.6 1.8 1.4 Poland 2,263 2,568 2,856 1.4 1.4 1.3 UK 4,682 4,958 5,099 1.2 1.2 1.1 Belgium 366 408 447 0.4 0.4 0.4 Hungary 147 1,043 2,345 0.4 2.3 4.6 Estonia 17 22 22 0.2 0.2 0.1 Netherlands 99 99 99 0.1 0.1 0.1 Denmark 21 29 29 0.1 0.1 0.1 EU-27 323,347 341,246 357,538 9.8 9.2 8.8

La grande produzione di e.e. con idroelettrico è saturata in Europa. A parte situazioni marginali, non si prevedono grandi aumenti.

Fonte: 2011 Update of the Technology Map for the SET-Plan

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Idroelettrico di piccola taglia

VI - 17

mini-idro

Turbine ECO-FLOW Koessler GmbH, Austria

Flus

so (

m3 /

s)

Caduta (m)

Nota: il CER ha una portata di circa 7 m3/s

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Coclea idraulica (ruota di Archimede)

VI - 18 Fonte: Ritz-Atro Pumpwerksbau GmbH, www.ritz-atro.de