Il calore della Terra: una risorsa da valorizzare Il caso Ikea e le applicazioni più avanzate della geotermia Workshop - Parma, 6 febbraio 2009 Il potenziale geotermico italiano e le tecnologie per espanderne le potenzialità Adele Manzella CNR-IGG, Pisa L’energia geotermica, nella sua accezione completa, è l’energia termica immagazzinata sotto la superficie terrestre. In principio lo 0.1% dell’energia immagazzinata nella crosta terrestre potrebbe soddisfare la richiesta energetica mondiale per 10.000 anni. Istituto di Geoscienze e Georisorse CNR - Dipartimento Terra e Ambiente ~ 30 °C/km > 1000 °C > 3000 °C > 5000 °C Workshop “Il calore della Terra”, Parma, 6 febbraio 2009 Nella gran parte dei casi la geotermia utilizzata, cosiddetta convenzionale, è quella dei sistemi idrotermali dominati dal moto convettivo dell'acqua, la quale muovendosi a partire dalla superficie della crosta terrestre all'interno di uno spazio confinato raggiunge zone calde profonde caratterizzate da un’anomalia termica e determina risalendo un trasferimento del calore profondo in superficie o a profondità economicamente raggiungibili. Istituto di Geoscienze e Georisorse CNR - Dipartimento Terra e Ambiente Workshop “Il calore della Terra”, Parma, 6 febbraio 2009 L'utilizzo convenzionale 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. Le possibilità di utilizzo dell'energia geotermica a temperature inferiori a quelle comunemente utilizzate per la produzione geotermoelettrica sono notevoli e spaziano dalle comuni terme ai sempre più frequenti utilizzi diretti per scopi agroalimentari, florovivaistici ed industriali. Istituto di Geoscienze e Georisorse CNR - Dipartimento Terra e Ambiente Workshop “Il calore della Terra”, Parma, 6 febbraio 2009 Il riscaldamento geotermico convenzionale utilizza direttamente gli acquiferi del sottosuolo con temperature comprese fra 30 e 150°C. Esso permette sia di fornire calore per il riscaldamento domestico sia di produrre acqua calda sanitaria mediante scambiatori di calore posti all'interno delle singole costruzioni o centralizzati. Istituto di Geoscienze e Georisorse CNR - Dipartimento Terra e Ambiente Workshop “Il calore della Terra”, Parma, 6 febbraio 2009 Sorgenti di energia utilizzate in Islanda per il riscaldamento Istituto di Geoscienze e Georisorse CNR - Dipartimento Terra e Ambiente Workshop “Il calore della Terra”, Parma, 6 febbraio 2009 Istituto di Geoscienze e Georisorse CNR - Dipartimento Terra e Ambiente Workshop “Il calore della Terra”, Parma, 6 febbraio 2009 Riscaldamento urbano a Ferrara Una trivellazione petrolifera ha evidenziato nel 1965 una risorsa geotermica a 102 °C ad una profondità di 1.1 km. Sono attualmente in funzione tre pozzi, due di produzione e uno di reiniezione. Dopo gli scambiatori di calore situati a prossimità dei 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. Istituto di Geoscienze e Georisorse CNR - Dipartimento Terra e Ambiente Workshop “Il calore della Terra”, Parma, 6 febbraio 2009 2010 PROSPECTS: heat White Paper objectives that were calculated for the EU have 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. Istituto di Geoscienze e Georisorse CNR - Dipartimento Terra e Ambiente Workshop “Il calore della Terra”, Parma, 6 febbraio 2009 From EurObserver 2007 Istituto di Geoscienze e Georisorse CNR - Dipartimento Terra e Ambiente Workshop “Il calore della Terra”, Parma, 6 febbraio 2009 I sistemi geotermici per la produzione di energia elettrica La produzione di elettricità da impianti geotermici convenzionali consiste nella conversione del calore proveniente da acquiferi ad alta temperatura (da 150°C a 350°C) attraverso l'utilizzo di turbogeneratori. La geotermia convenzionale rappresenta la quasi totalità della produzione geotermoelettrica. Istituto di Geoscienze e Georisorse CNR - Dipartimento Terra e Ambiente Workshop “Il calore della Terra”, Parma, 6 febbraio 2009 Istituto di Geoscienze e Georisorse CNR - Dipartimento Terra e Ambiente Workshop “Il calore della Terra”, Parma, 6 febbraio 2009 L’Italia può vantare nella geotermia convenzionale non soltanto un primato storico, essendo stata la prima nazione a produrre energia elettrica da fluidi geotermici, ma anche un bagaglio di conoscenze e competenze riconosciuto in tutto il mondo. Istituto di Geoscienze e Georisorse CNR - Dipartimento Terra e Ambiente Workshop “Il calore della Terra”, Parma, 6 febbraio 2009 From EurObserver 2007 Istituto di Geoscienze e Georisorse CNR - Dipartimento Terra e Ambiente Workshop “Il calore della Terra”, Parma, 6 febbraio 2009 Da Cappetti, Engine Launching Conference 2005 Istituto di Geoscienze e Georisorse CNR - Dipartimento Terra e Ambiente Workshop “Il calore della Terra”, Parma, 6 febbraio 2009 Istituto di Geoscienze e Georisorse CNR - Dipartimento Terra e Ambiente Workshop “Il calore della Terra”, Parma, 6 febbraio 2009 Istituto di Geoscienze e Georisorse CNR - Dipartimento Terra e Ambiente Workshop “Il calore della Terra”, Parma, 6 febbraio 2009 Istituto di Geoscienze e Georisorse CNR - Dipartimento Terra e Ambiente Workshop “Il calore della Terra”, Parma, 6 febbraio 2009 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 ad ora poco economiche ma che tornano alla ribalta con le nuove necessità energetiche. Una tecnologia già matura, per quanto nuove ricerche potrebbero portare ad ottimizzarla ulteriormente, è quella dei cicli binari che permette di produrre elettricità utilizzando acquiferi con temperatura compresa fra 85°C e 150°C. Istituto di Geoscienze e Georisorse CNR - Dipartimento Terra e Ambiente Workshop “Il calore della Terra”, Parma, 6 febbraio 2009 Obiettivo 1:ampliare le aree di produzione geotermoelettrica, portando la potenza mondiale installata dagli attuali 10 GWe a 70 GWe (Fridleifsson et al, 2008). Istituto di Geoscienze e Georisorse CNR - Dipartimento Terra e Ambiente Workshop “Il calore della Terra”, Parma, 6 febbraio 2009 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 plants in Germany and Austria. Istituto di Geoscienze e Georisorse CNR - Dipartimento Terra e Ambiente Workshop “Il calore della Terra”, Parma, 6 febbraio 2009 Cosa ostacola ancora lo sviluppo del geotermoelettrico? 3 requisiti: • Accessibilità • Produttività • Sostenibilità Istituto di Geoscienze e Georisorse CNR - Dipartimento Terra e Ambiente Workshop “Il calore della Terra”, Parma, 6 febbraio 2009 “Nuove” prospettive: Enhanced Geothermal Systems 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 Istituto di Geoscienze e Georisorse CNR - Dipartimento Terra e Ambiente Workshop “Il calore della Terra”, Parma, 6 febbraio 2009 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 Istituto di Geoscienze e Georisorse CNR - Dipartimento Terra e Ambiente ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ esplorazione valutazione della risorsa gestione della risorsa perforazione Stimolazione (fratturazione) Efficienza dei cicli termodinamici Impatto ambientale Workshop “Il calore della Terra”, Parma, 6 febbraio 2009 140 Gwe (Fridleifsson et al, 2008). Istituto di Geoscienze e Georisorse CNR - Dipartimento Terra e Ambiente Workshop “Il calore della Terra”, Parma, 6 febbraio 2009 Future case histories, where in Europe ? Eger Rhine graben Pannonian basin Alpine Front 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, 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 ? Istituto di Geoscienze e Georisorse CNR - Dipartimento Terra e Ambiente Workshop “Il calore della Terra”, Parma, 6 febbraio 2009 Istituto di Geoscienze e Georisorse CNR - Dipartimento Terra e Ambiente Workshop “Il calore della Terra”, Parma, 6 febbraio 2009 Istituto di Geoscienze e Georisorse CNR - Dipartimento Terra e Ambiente Workshop “Il calore della Terra”, Parma, 6 febbraio 2009 UGI Manifesto della Geotermia Usi elettrici : 2006 2020 MWe 800 1500 Usi diretti: 2006 2020 MWt 650 6000 Istituto di Geoscienze e Georisorse CNR - Dipartimento Terra e Ambiente 106 kWh/y 5.5 10 106 TEP 1.1 2 106 TEP 0.19 1.8 Workshop “Il calore della Terra”, Parma, 6 febbraio 2009 The magic Icelandic progress – Favourable, but not unique geological conditions. – High public acceptance. – Political willingness: • Good regulatory and legal framework. • Strong initial governmental support for research, capacity building and risk sharing funds. www.isor.is ICELAND GEOSURVEY