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Valutazione della Risorsa Geotermica, sostenibilità, impatti e rischi

Bruno Della Vedova, Dip. Ingegneria e Architettura, UniTs

Unione Geotermica Italiana

28 07 2014

GEOTERMIA E POMPE DI CALORE: Sostenibilità ed Aspetti Economici, Operativi Normativi

GEOFLUID 2014, Piacenza, 01 Ottobre 2014

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Final Energy and Heat Use by EU 27 (RHC-ETP, 2011)

Quale contributo può dare la GEOTERMIA?

RISPONDERE alla enorme DOMANDA di ENERGIA!

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Con quali RISORSE e in che modo?

Direttiva Europea 2009/28 CE: Fonti Energetiche Rinnovabili

Direttiva Europea 2010/31 CE: Prestazione energetica in edilizia

Direttiva Europea 2012/27/CE: Efficienza Energetica DL 102/14

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Fino a che profondità?Risorse sono potenziali, Riserve sono la parte ORA

tecnicamente ed economicamente utilizzabile

Potenziale geotermico enorme

Disponibile a limitata prof. in aree attive

Sorgente costante, pulita e rinnovabile

(Modified after B. Cociancig)

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USI DIRETTI GEOTERMIA IN EUROPACAPACITA’ INSTALLATA 2012 & SHARE del TELERISCALDAMENTO GEOTERMICO

EGC 2013 Country updated Reports (Antics, 2013)2667

2155

779

695

365

211

176

126

115

69

63

55

48

46

39

37

35

28

22

21

12

11

7 7 5 3 3

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

TURKE

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ITALY

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SLOVAKIA

Ins

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pa

cit

y (

MW

th)

other geothermal direct use

geothermal district heating

?

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Produzione Calore da FER: prospettiva al 2050

(RHC-ETP, 2011)

BAU: Business as Usual

RDP: Research & Develop. Policy

Geotermia 28 %

UE energy policy:

- Competitività

- Sicurezza

- Sostenibilità

- Coesione

- Infrastrutture

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Progetta e realizza gli impianti geotermici

Ottimizza gestione mediante monitoraggio (1-2 anni)

Come realizzare impianti geotermici efficienti, convenienti e sostenibili?

Valuta il potenziale geotermico e la capacità produttiva

Caratterizza la risorsa geotermica alla scala appropriata

Stima capacità produttiva SOSTENIBILE a minimo impatto

Analizza e verifica impatti e rischi potenziali

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Risorsa Geotermica in Italia:

Tirreno caldo-Adriatico freddo

Napoli-Gargano

360 °C320 °C

Toscana-Ancona

Enorme differenza in input di calore dal mantello !

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

Bilancio idraulico: ricarica, circuiti, tempi, velocità, qualità, flussi, …

Bilancio termico: Temp., K, flussi di calore conduttivi e avvettivi, …

Caratterizzazione della risorsa

Geologia, idrogeologia, geochimica, campo degli sforzi

Geofisica: gravimetria, sismica, sismologia, flusso calore, …

Sondaggi e pozzi esistenti

Valutazione preliminare potenzialità della risorsa geotermica

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Serbatoio della Struttura di Ferrara:

B

B

’FE

Alto strutturale delladorsale ferrarese

• Energia tot. prodotta nel 2012 dall’impianto integrato: 179 GWth

• Quasi metà fornita da geotermia

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GRADO - 2

Progetto pilota per teleriscaldamento di Grado:Geofisica per ubicazione 2° pozzo (fondi POR-FESR)

GRADO - 2

Geophysical Survey, OGS 2012

(Della Vedova et al., 2013)

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In contesto urbano:

- Rumore antropico elevato

- Limitata disponibilità energia sismica

Misure in pozzo migliorano sostanzialmente rapporto S/R

Progetto Grado:Misure VSP nel 1° pozzo

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Well Grado-1: Logs

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Miglior modello concettuale iniziale Integrazione dati prima fase

Valutazione Risorsa Indagini 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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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

(Della Vedova et al., 2013)

Grado Doublet

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Perforazione 1° pozzo, logs e prove portata

Reiniezione: migliora sostenibilitàidraulica e termica + riduce impattiambientali

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 2Doppietto geotermico: produzione-reiniezione

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Grado 2: perforazione e air lift

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Prova a gradini

in GRADO 2

Risposta idraulica in GRADO 1

20 l/s

25 l/s28 l/s

15

15 cm

Modulazione di marea

T = 47 °C

Interferenza idraulica Grado 1 - Grado 2

GRADO - 2

GRADO - 1

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MODELLISTICA TERMO FLUIDO-DINAMICA

G2

G1Sistema fratturato

G1 Pozzo reiniezione

G2 Pozzo produzione

Campo di pressione a regime attorno ai pozzi diderivazione e produzione e re-iniezione

(Della Vedova et al., 2013)

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Model Name Eocene limestoneCretaceous

limestone

Unit of

measure

perm. 100 (iniziale) 500 800 mD

perm. 10 50 80 mD

perm. 1000 5000 8000 mD

Permeability is critical

RE-INJECTION PUMPINGRE-INJECTION PUMPING

High permeability Low permeability

time: 50 years

Analisi di Sensitività

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POTENZIALE GEOTERMICO: RISCHI E IMPATTI

(after Schiemann, Gottwald, 2011)

Questa geotermia non ha bisogno di fracking

e perciò non c’è rischio di sismicità innescata

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Rischi geologici e ambientali associati ai sistemi geotermici per usi diretti

• Interconnessione di acquiferi

• Rischio di contaminazione

• Problemi geotecnici: subsidenza,

crolli, allagamenti, riduzione permeab.

• Sostenibilità e variabilità ricarica

• Pennacchio termico

• Biofilm su piastre scambiatori

• Riduzione portata per intasamento

filtri

Sistemi a circuito aperto

Contaminazione in perforazione

Rottura di scambiatori e condotte

Contaminazione termica acquiferi

Lungo tempo di recupero per campi

sonde usate in modo non bilanciato

Elevata occupazione di suolo

Impronta di lungo termine nel

terreno (rimozione e smaltimento

non previsti)

Sistemi a circuito chiuso

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Individua areee con adeguato potenziale (T, permebilità)

Indagini G&G per identificare strutture, regime sforzi e sistemi

fratture (ubicazione pozzi)

Caratterizza risorsa e valuta capacità produtt (drilling + modelling)

Temp., profondità e costi perforazione sono parameteri critici

Ricarica e permeabilità sono critiche per sostenibilità open-loop

Progetta sitema geot. integrato con FER e non- disponibili in loco

Valuta impatti e riduci rischio geologico per ridurre rischio finanz.

Esegui monitoraggio e ottimizza la performance

Linee Guida per valutazione risorse

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Campatibilità con PRC, evita aree protette/escluse (aree instabili,

siti inquinati, aree archeologiche, siti militari, prese acquedotti, …)

Valuta impatti geologici e ambientali e rischi: subsidenza, frane,

depauperamento risorse, contaminazione, … a scala adeguate

Ottieni permessi e autorizzazioni, mantieni distanze da confini

Esegui monitoraggio fenomeni sensibili per minimizzare impatti

re-iniezione totale è una valida opzione (non sempre realizzabile)

Linee Guida per limitare impatti ambientali

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Strategic Research and

Innovation Agenda for

Renewable Heating & Cooling

(RHC)

Sfide strategiche Geotermia per il 2020

Riduzione significativa costi esplorazione, perforazione

Aumentare performance e affidabilità sistemi geotermici

Ridurre rischio geologico, impatti e tempo di ritorno

Direttiva Europea 2009/28 CE: Fonti Energetiche Rinnovabili

Direttiva Europea 2010/31 CE: Prestazione energetica in edilizia

Direttiva Europea 2012/27/CE: Efficienza Energetica DL 102/14

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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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Commento conclusivo ….

Scambiare calore con il serbatoio geotermico ad un tasso comparabile a quello con il quale il calore si rigenera (evita deriva termica) impianti bilanciati (caldo/freddo), heat storage

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

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Eugenio Castelli, Aurelie Cimolino, Bruno Della

Vedova, Marzio Piller and Alberto Marcon*

Gruppo Geotermia DIA, UniTS

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DELLAVEDOVA@UNITS.IT

http://www.unionegeotermica.it/

Grazie per la vostra

attenzione!