Dott.ssa Adele Manzella, CNR di PISA

Il calore della Terra: una risorsa da valorizzare
Il caso Ikea e le applicazioni più avanzate della geotermia
Workshop - Parma, 6 febbraio 2009
Il p
potenziale g
geotermico italiano
e le tecnologie per espanderne le potenzialità
Adele Manzella
CNR-IGG, Pisa
L’energia geotermica, nella sua
accezione
i
completa,
l
è l’l’energia
i
termica immagazzinata sotto la
superficie terrestre.
In principio lo 0.1% dell’energia
immagazzinata nella crosta
terrestre p
potrebbe soddisfare la
richiesta energetica mondiale per
10.000 anni.
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~ 30 °C/km
> 1000 °C
> 3000 °C
> 5000
000 °C
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Nella gran parte dei casi la geotermia utilizzata, cosiddetta convenzionale
convenzionale, è quella
d i sistemi
dei
i
i id
idrotermalili dominati
d i id
dall moto convettivo
i d
dell'acqua,
ll'
lla quale
l
muovendosi a partire dalla superficie della crosta terrestre all'interno di uno spazio
confinato raggiunge zone calde profonde caratterizzate da un’anomalia termica e
d t
determina
i risalendo
i l d un ttrasferimento
f i
t d
dell calore
l
profondo
f d iin superficie
fi i o a
profondità economicamente raggiungibili.
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L'utilizzo convenzionale
dell'energia
dell
energia geotermica è
identificato dalla suddivisione in
due categorie principali: risorse
ad alta entalpia impiegate per
produzione di energia elettrica
e risorse a bassa entalpia
impiegate per usi diretti ed a
scopo di riscaldamento.
riscaldamento Le
possibilità di utilizzo
dell'energia
g g
geotermica a
temperature inferiori a quelle
comunemente utilizzate per la
produzione geotermoelettrica
g
sono notevoli e spaziano dalle
comuni terme ai sempre più
frequenti utilizzi diretti per scopi
agroalimentari, florovivaistici ed
industriali.
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Il riscaldamento
geotermico
t
i convenzionale
i
l
utilizza direttamente gli
acquiferi del sottosuolo
con temperature
comprese fra 30 e 150°C.
Esso p
permette sia di
fornire calore per il
riscaldamento domestico
sia di produrre acqua
calda sanitaria mediante
scambiatori di calore posti
all'interno
all
interno delle singole
costruzioni o centralizzati.
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Sorgenti di energia utilizzate in Islanda per il riscaldamento
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Riscaldamento urbano a Ferrara
Una ttrivellazione
U
i ll i
petrolifera
t lif
h
ha
evidenziato nel 1965 una risorsa
geotermica a 102 °C ad una profondità
di 1
1.1
1 km
km. Sono attualmente in funzione
tre pozzi, due di produzione e uno di
reiniezione. Dopo gli scambiatori di
calore situati a prossimità dei pozzi
pozzi, una
condotta isolata di 2 km trasporta
l’acqua di riscaldamento a 95 °C verso
la centrale: questa è composta da
serbatoi di stoccaggio, da caldaie a gas
per i picchi di domanda e da un
inceneritore. La rete di distribuzione,, di
una lunghezza totale di 30 km, alimenta
una parte importante della città di
Ferrara. Il contributo della geotermia
sulla rete rappresenta circa il 60 % del
fabbisogno di calore e permette di
sostituire 5'000 tonnellate di petrolio
all’anno.
all’anno
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2010 PROSPECTS: heat
White P
Whi
Paper objectives
bj i
that
h were calculated
l l d ffor the
h EU h
have b
been
largely exceeded. This result is explained in part by the arrival of the
new member States, but also by very high growth in the heat pump
market. It is more difficult for experts to determine exact low and middle
energy geothermal capacity.
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From EurObserver 2007
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I sistemi geotermici
per la produzione di energia elettrica
La produzione di elettricità da impianti geotermici convenzionali
consiste
i t nella
ll conversione
i
d
dell calore
l
proveniente
i t d
da acquiferi
if i ad
d alta
lt
temperatura (da 150°C a 350°C) attraverso l'utilizzo di turbogeneratori
turbogeneratori.
La geotermia convenzionale rappresenta la quasi totalità della
produzione geotermoelettrica.
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L’Italia può vantare
nella geotermia
convenzionale
i
l non
soltanto un primato
storico, essendo
stata la prima
nazione a produrre
energia elettrica da
fluidi geotermici
geotermici, ma
anche un bagaglio di
conoscenze e
competenze
riconosciuto in tutto il
mondo.
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From EurObserver 2007
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5000
1300
Gross electricity generation
1200
4500
Steam flow-rate
1100
4000
1000
3500
900
[GW
Wh/year]
700
2500
600
2000
[K
Kg/s]
800
3000
500
400
1500
300
1000
200
500
100
0
1900
0
1920
1940
1960
1980
2000
Years
Da
a Cappe
Cappetti,, Engine
g e Launching
au c g Co
Conference
e e ce 2005
005
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Per cambiare lo scenario a macchia di leopardo della produzione
geotermoelettrica nel mondo e renderla in grado di affrontare massicciamente il
problema energetico e le emissioni di CO2 occorre utilizzare altre metodologie
fino
o ad ora
o a poco eco
economiche
o c e ma
a cche
e tornano
o a oa
alla
a ribalta
ba a co
con le
e nuove
uo e necessità
ecess à
energetiche.
Una tecnologia già
matura, per quanto nuove
ricerche potrebbero
portare ad ottimizzarla
ulteriormente, è quella dei
cicli binari che p
permette di
produrre elettricità
utilizzando acquiferi con
temperatura
p
compresa
p
fra
85°C e 150°C.
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Obiettivo 1:ampliare le aree di produzione geotermoelettrica, portando la
potenza mondiale installata dagli attuali 10 GWe a 70 GWe (Fridleifsson et al, 2008).
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2010 PROSPECTS: electricity
Each country that is involved in geothermal energy is seeking to
increase its installed capacity: Italy 100 MWe, Portugal 17 MWe and
France 35 MWe (Soulz-sous-forêt and Bouillante 3, new binary cycle
power p
p
plants in Germany
y and Austria.
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Cosa ostacola ancora lo sviluppo del geotermoelettrico?
3 requisiti:
• Accessibilità
• Produttività
P d tti ità
• Sostenibilità
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“Nuove” prospettive:
E h
Enhanced
d Geothermal
G th
l Systems
S t
EGS
Buona parte della
ricerca in EGS è tesa
a trovare il modo
migliore di fratturare la
roccia in profondità e
creare un
collegamento idraulico
tra due pozzi
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La sfida dell’EGS:
Estendere le risorse be oltre l’uso convenzionale utilizzando metodi non-convenzionali
di esplorazione e perforazione, sviluppando e sfruttando risorse geotermiche che non
sono economicamente vantaggiose con metodi convenzionali.
Obiettivo finale: sviluppare una tecnologia per produrre elettricità e/o calore da una
risorsa essenzialmente globalmente distribuita – il calore interno della Terra - in
maniera economica e relativamente indipendente dalle condizioni del sito.
USO della RISORSA
COSTI
RISCHIO
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¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
esplorazione
valutazione della risorsa
gestione della risorsa
perforazione
Stimolazione (fratturazione)
Efficienza dei cicli termodinamici
Impatto ambientale
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140 Gwe (Fridleifsson et al, 2008).
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Future case histories, where in Europe ?
Eger
Rhine
graben
Pannonian
basin
Al i Front
Alpine
F
t
Limagne
Strymon
Provence
Toscany
Tertiary graben and volcanism
Back arc basin and volcanism
High amplitude / small wavelength anomalies, where and why ?
High amplitude and small wavelength anomalies, related to
local high conductivity layers, faulted patterns or highly
radioactive sources,
sources may develop on the large wavelength
thermal anomalies
High amplitude / small wavelength anomalies, where and why ?
Seismicity map of Europe (Cloetingh et al., 2005)
High amplitude / small wavelength anomalies, where and why ?
Intraplate stress map for Europe (Cloetingh et al., 2005)
High amplitude / small wavelength anomalies, where and why ?
Depth to the Moho
discontinuity
(Cloetingh et al., 2005)
High amplitude / small wavelength anomalies, where and why ?
Seismic velocity
anomalies at 100 km
under Europe
(Cloetingh et al., 2005)
High amplitude / small wavelength anomalies, where and why ?
High amplitude / small wavelength anomalies, where and why ?
LARDERELLO
M. AMIATA
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UGI Manifesto
M if t della
d ll Geotermia
G t
i
Usi elettrici :
2006
2020
MWe
800
1500
Usi diretti:
2006
2020
MWt
650
6000
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106 kWh/yy
5.5
10
106 TEP
1.1
2
106 TEP
0.19
1.8
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The magic
g Icelandic p
progress
g
–
Favourable, but not unique geological conditions.
–
High public acceptance.
–
Political willingness:
g
• Good regulatory and legal framework.
• Strong initial governmental support for research,
capacity building and risk sharing funds.
www.isor.is
ICELAND GEOSURVEY