Potenzialità della Geotermia in Italia: Risorse, Prospettive e Applicazioni

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1 Potenzialità della Geotermia in Italia: Risorse, Prospettive e Applicazioni Energia per il futuro dal 2014 al 2020 e oltre! Sesto, Val Pusteria Giu Bruno Della Vedova, DIA UniTs e Unione Geotermica Italiana :Soffionissimo 1/50

2 Gruppo Geotermia al DIA, UniTS Bruno Della Vedova: geofisica e geotermia Marzio Piller: ingegneria e fisica tecnica Eugenio Castelli: ingegneria e geotecnica Aurelie Cimolino: geologia e geofisica 2/50

3 Geotermia e Risorse Stato e prospettive Applicazioni a bassa T 3/50

4 48% energia utilizzata in EU a 27 serve per produzione di calore (domestico + industriale) After Weiss, W., Biermayr. P.: Potential of solar thermal in Europe, ESTIF 2009, Mercato Europeo degli utenti calore per 2006? 4/50

5 La Terra si deforma perché genera più calore di quanto ne dissipi in superficie Radioattività: più importante sorgente entro litosfera (100 km) e Nucleo Pennacchi e hot spots da Mantello: trasferiscono calore alla base della litosfera Energia Termica: accumula energia gravitazionale (espansione e bouyancy) Gravità: condiziona vari processi geologici (catene, rifts, sismicità, cicolazione di fluidi, ) (Herndon s Nuclear Georeactor Theory, 1996) 5/50

6 (after Genter, Huenges, 2006) 6/50

7 Risorse accertate e probabili entro 1-2 km BALDI P., BARBIER E., BUONASORTE G., SQUARCI P. (1998). Geothermal Inventory of Italy for the development of National Geothermal Resources. Proceedings of V World Renewable Energy Congress September 1998, Florence, Italy. Published by Elsevier Science Ltd. 7/50

8 ΔT/Δz K = Q (HF) cq = 149 mw m -2 (da Jessop, 1990) T grad.~12 mk m -1 Flusso artesiano da acquifero profondo 8/50

9 Tirreno caldo Adriatico freddo Profilo Toscana-Ancona Profilo Napoli- Gargano 320 C 360 C 9/50

10 Risorse & Riserve Potenziale geotermico enorme Presente dappertutto Sempre disponibile A limitata prof. in aree attive (Modified after B. Cociancig) 10/50

11 Shallow water resources <200 m (red and orange patterns) Deep resources (circles) Campi Flegrei Deep Drilling Project Vavilov SMt. Marsili SMt. T > 150 C at 2 km T > 100 C at 2 km 11/50

12 Reservoirs geotermici e applicazioni (after Genter, Huenges, 2006) 12/50

13 Come si può utilizzare l energia geotermica? Produzione elett. Aree geotermiche ad alta entalpia: circolazione idrotermale, serbatoio, pozzi di estrazione, utilizzi elettrici e diversificati Utilizzi diretti Scambio di calore mediante circolazione di fluidi, scambiatori in sup. e re-iniezione nel medesimo acquifero (Ferrara, Grado, ) oppure con scambiatori a circuito chiuso nel terreno ( DOVUNQUE ) 13/50

15 Quanto è utilizzata l energia geotermica? Gli Stati Uniti sono il paese che produce più corrente elettrica dall energia geotermica ad alta temperatura (oltre MWe). L Italia è il quinto produttore al mondo (*) MegaWatt prodotti nel *I dati sono riferiti al 2010 Stati Uniti Filippine Indonesia Messico Italia 15/50

16 Quanto è sviluppato il geotermico in Europa? Alcuni progetti e impianti di eccellenza: Larderello Centrali geotermiche Soultz-sous-Forêts (F) EGS Progetto EGS, Cornovaglia (UK) Islanda IDDP con 1050 C Bagnoli, NA CFDDP Project Zurigo Aereoporto Parigi Aeroporto di Orly Palermo Palazzo dei Normanni Pontebba (UD) Palaghiaccio Ferrara Teleriscaldamento Altheim (A) Impianto binario.. Geotermia ad alta temperatura Geotermia a bassa temperatura 16/50

17 / GWh Produzione geotermoelettrica in Italia 1931: Soffionissimo 1999: Montieri 1 The Geysers Esplorazione profonda 3-4 km Stimolazione e re-iniezione Reservoir più sup. Reservoir prof. e reiniezione (Cappetti G., Romagnoli P., Sabatelli F Geotherma power generation in Italy WGC, 2010

18 Nuove richieste di permessi in Italia 120 nuove Richieste di Permessi di Ricerca ( ) (in rosso) 10 Richieste per Impianti sperimentali (in blu) Nuovi operatori e sviluppo del settore Verifica delle potenzialità e messa in produz. Prospettive di alcune centinaia di MWe Investimenti stimati (circa 5-6 M /MW) 18/50

19 Applicazioni geotermiche dirette in Italia Energia termica tot. usata 2010: Greenhouse heating 13% Fish farming 16% Geothermal heat pump 10% Industrial processes 1% Thermal and balneology 32% Heating and teleheating installations 27% TJ (stima UGI) Impianti termali 32% Riscaldamento e telerisc. 27% Itticoltura 16% Serricoltura 13% Pompe di calore 10% Processi industriali 1% VENETO 38% TOSCANA 23% CAMPANIA 10% Tutte queste applicazioni hanno grandi margini di sviluppo ALTRE REGIONI 29% 19/50

20 VANTAGGI degli impianti geotermici Produzione costante senza variazioni temporali Bassi costi di gestione Ottimo potenziale per cogenerazione (CHP) Potenziale per un alta efficienza Limitato impatto (cfr impianti eolici/carbone) Basse emissioni (cfr impianti a gas/carbone) 20/50

22 Impianto geotermico a bassa entalpia, Altheim, Austria 1 pozzo 2300 m 1 pozzo deviato C 1 MWe ORC 10 MWt 4,7 cent /kwh Turbogeneratore Tueboden, Brescia 1 pozzo di estrazione e 1 di re-iniezione 22/50

23 Progetto Geotermia-Grado (Fondi Europei DOCUP-2) 1 pozzo verticale fino a 1110 m è stato completato in Aprile /50

24 POR-FESR Re-injection well (1200 m) in the 2014 Distribution network + heat exchangers (2014) Thermal and hydraulic monitoring and sustainability Hydraulic re-injection interference tests, tracer test (?) District heating of Grado Grado m Other geothermal doublets may be proposed in Italy 24/50

25 GRADO-1: Monitoraggio di T e Prove di Portata Portata: 100 ton/h (28 l/s) P: 2.8 bar T : C Salinità: 16 NaCl Potenza termica: 2 MW 25/50

26 LOW T RESERVOIR: GRADO PROJECT Salt water in carbonates Freshwater in shallow aquifers CESAROLO-1 Flysh & Molasse capping rocks Grado-1 Heat conduction Conduction + Advection GRADO Heat conduction 26/50

27 Well Grado-1: Geophysical Logs Logging interval: m 3 RUNS comprehensive of: DualLatero, 4CAL, TTRM, Orientation, GR and G-Spectrometry, Density, Neutron, Vp/Vs, XMAC, CBIL Fluids circulation in fractures 27/50

28 Seismic data acquisition 2012 GRADO /50

29 VSP data acquisition /50

30 3-D HEAT +FLUID FLOW MODELLING Temperature ( C) (Comsol Multiphysics) Profondità (m) (COMSOL Multiphysics) 30/50

31 THERMO FLUID-DYNAMIC MODELLING G1 Re-injection well G2 Production well Fracture G1 G2 Steady-state pressure field around the production and re-injection wells 31/50

32 Grado 2 drilling 32/50

33 TOC e posa rete primaria 33/50

34 GHP systems Closed loop: vertical horizontal slinky thermal piles, Open loop: groundwater (two well, single well) surface water (river, lake, ) 34/50

35 Usi diretti: il Geoscambio Scambio di calore con terreno mediante pompe di calore geotermiche (GHP) Mare = heat storage Terreno RISCALDAMENTO Pompa di calore Edificio RAFFRESCAMENTO 35/50

36 Schema per Geoscambio 2. Pompa di Calore 3. Distribuzione a bassa Temp. 1. Scambiatore di calore in pozzo ( m) Cosa bisogna fare? Dimensionare bene i 3 Circuiti! 36/50

37 Stima scambio termico TRT Si applica una forzante al terreno: Riscaldamento Raffreddamento Si simula con codice di calcolo il comportamento del sistema Si valutano i parametri termici e la potenza specifica (per m lineare di pozzo) 37/50

38 Flusso acqua di falda Materiale fine: v = 0.1 m/gg, Materiale fine: v = 1 m/gg, 38/50

39 Geoscambio (Courtesy Prof. L. Rybach) 39/50

40 Evoluzione dei costi (al netto dell inflazione) per sistema di riscaldamento geotermico in Svizzera [Cortesia Prof. L. Rybach] C H F PdC 7.6 kw Scambiatore 120 m Connessioni 12k Jahr 40/50

41 Human generated RES to run a heat pump 41/50

42 Usi diretti: sistemi a circuito aperto Teleriscaldamento (Ferrara, Grado,..) Risorse da valorizzare a) Corpi idrici superficiali (canali, fiumi, bacini, mare): C b) Acque di drenaggio dei tunnel montani : 8-40 C c) Pozzi artesiani fluenti: C d) Derivazioni da pozzi in acquiferi freatici entro m: 8-14 C e) Derivazioni acque termali da pozzi esistenti, o nuovi: C f) Acquiferi profondi a bassa T (impianti teleriscaldamento): C Geotermia a circuito aperto Economica ed efficiente Stadio del Ghiaccio Pontebba,. 42/50

43 IMPIANTO GEOTERMICO A CIRCUITO APERTO STADIO DEL GHIACCIO DI PONTEBBA Prelievo in falda Re-immissione 2 pozzi di derivazione 1 pozzo di re immissione 2 PdC da 350 kw 43/50

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45 Critical conditions for pumping Wells: Simulation in dry season D1+D2=72 l/s R=72 l/s K=1x10-3 m/s,k Fella =1x10-5 m/s (max. pumping rate) i=1-1.5 x /50

46 General guidelines It s not sustainable to exchange heat with the geothermal reservoir at a rate higher than that naturally occurring Literature parameters are not adequate for an efficient, sustainable and long-lasting system It is IMPORTANT to: Characterize and assess the geothermal potential design geothermal systems carefully; optimize its operation during the first 1-2 years 46/50

47 GHP systems guidelines 1 Geothermal Resources Oriented Find out areas with good potential (Thermal K, T gradient, geothermal springs, surface water bodies, ) Carry out geological and geophysical surveys to identify geological structures, water depth, fractures orientation, Temperature, depth and drilling costs are critical design parameters Locate and design BHE field and IN/OUT wells Groundwater flow in aquifers enhances heat source/sink Recharge is critical for sustainable open-loop systems Integrate possibly locally available RES and conventional.. Monitor and optimize the performance 47/50

48 Progetti geotermici: sfide Individuare aree con buone potenzialità Eseguire indagini geofisiche per identificare strutture, orientazione delle fratture ubicazione dei pozzi Pozzi di derivazione e re-immissione si devono collegare idraulicamente permeabilità Impatti: subsidenza, depauperamento risorse, impatti ambientali re-iniezione totale Impianti di superficie sono complessi: separatori, turbine, raffreddamento e ricondensazione, re-iniezione Poca esperienza ind. e limitata competizione per questi impianti Costi elevati e rischio minerario 48/50

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50 Grazie per l attenzione! DELLAVEDOVA@UNITS.IT /50