Parte 1 - Ordine degli Ingegneri della Provincia di Roma

Panel Specialistico : L’energia della Terra
Modulo/Sottomodulo: La Geotermia
Docente: Dott. Geol. Alessandro Murratzu
Data 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: [email protected]
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
Energia geotermica
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
Principi generali della Geotermia
Per 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)
Flusso di calore
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 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 geotermico
Viene 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
Classificazione delle risorse geotermiche
• Entalpia
• Acqua dominante/vapore dominante
• Sistemi dinamici / statici
Classificazione delle risorse geotermiche
- Entalpia
D. Lgs n. 20 del 11/02/2010
• Risorse geotermiche ad alta entalpia
Entalpia:
grandezza fisica che esprime
il contenuto termico (energia termica)
dei fluidi
– (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)
Principali
risorse geotermiche
in Italia
Classificazione delle risorse geotermiche
– Acqua dominante / vapore dominante
• 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
Alcune nozioni di base
Alcune nozioni di base
T > 20°C rispetto
alla T ebollizione
P = 1 atm
T > 100°
P = 1 atm
T = 100°
P = 1 atm
Vapore surriscaldato
Evaporazione completa
(vapore secco)
Ebollizione
(acqua liquida + vapore umido)
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 Geotermia
Risorsa geotermica
Media / Bassa entalpia < 90°C
Media / Alta entalpia > 90°C
Produzione
di energia elettrica
•
Media/ bassa Entalpia
•
Media/ alta Entalpia
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 calore
La pompa di calore è una macchina termica ad alta
efficienza. Nello specifico utilizza il sottosuolo
come serbatoio di calore per condizionare
termicamente gli ambienti interni di edifici sia in
estate che in inverno.
•
Nei mesi invernali il calore viene trasferito in
superficie
•
Nei mesi estivi il calore in eccesso presente negli
edifici, viene restituito al terreno
Sistema Open Loop
Sistema Closed Loop
Sistemi di teleriscaldamento
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
Media/Alta entalpia > 90°C
Media / Alta entalpia > 90°C
Sistema idrotermale
Sistema HDR o EGS
Studi geotermici
Un componente fondamentale di un sistema geotermico è il fluido.
•
Fase liquida
e/o
•
Fase Gassosa
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
Vecchia normativa
•
D.P.R. n.485 del 18 Aprile 1994
Permessi di ricerca
•
D.L. n.22 del 11 Febbraio 2010
Nuova normativa
•
D.L. n.28 del 3 Marzo 2011
•
D.M. 28 Dicembre 2012 “ Conto Termico”
•
Quinto Conto Energia
Incentivi
•
L. n.134 del 7 Agosto 2012 “Detrazione 55%”
•
D.M. 6 Luglio 2012 “Incentivi da fonti rinnovabili elettriche”
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