La Risorsa Geotermica. Paolo Romagnoli AdB Energie Rinnovabili Produzione Geotermica Palermo, 21 Dicembre 2006

Transcript

1 La Risorsa Geotermica Paolo Romagnoli AdB Energie Rinnovabili Produzione Geotermica Palermo, 21 Dicembre 2006

2 Agenda Il fenomeno geotermico L individuazione della risorsa Utilizzazioni elettriche ed usi diretti: la situazione nel mondo La geotermia in Italia Il potenziale geotermico 1 /41

3 Il fenomeno Geotermico Geotermia dal Greco gêo (terra) e thermòs (calore) Energia Geotermica calore contenuto all interno della Terra. Risorsa Geotermica quella parte di Energia Geotermica che può essere recuperata e sfruttata dall uomo. 2 /41 Una risorsa geotermica è costituita da un serbatoio naturale sotterraneo di calore, il cui sfruttamento per produzione di energia (e/o estrazione di sostanze associate come acqua e minerali) è tecnicamente possibile è può essere economicamente o socialmente utile ora o in un prevedibile futuro G.V. Subba Rao 2 Conf. Intern. N.U. Pisa

4 Il fenomeno Geotermico La genesi La Terra racchiude al suo interno una enorme quantità di calore, che in parte risale al momento della sua formazione (circa 4.5 miliardi di anni fa) e in parte è prodotta dalle reazioni di decadimento dei materiali radioattivi presenti negli strati interni. La temperatura della Terra aumenta con la profondità mediamente di circa 30 C al chilometro (gradiente medio terrestre G = 0.3 C/10m) fino a raggiungere valori dell ordine di migliaia di gradi. E questa enorme quantità di calore che costituisce l energia geotermica. T > 5000 C 3 /41

5 Il fenomeno Geotermico I punti di calore Esistono però alcune zone della crosta terrestre dove il calore è concentrato in regioni caratterizzate da frequenti fenomeni magmatici e vulcanici e da elevata l attività sismica. Ciò è la conseguenza della dinamica che caratterizza la crosta terrestre e delle relative modificazioni. Le terre emerse, circa 200 milioni di anni fa, erano raggruppate in un unica massa continentale: il Pangea. Il lentissimo movimento di deriva delle varie zolle sugli strati viscosi del mantello ha consentito ai continenti di raggiungere le loro attuali e provvisorie posizioni. 4 /41 I margini tra le zolle sono rappresentati dalle dorsali oceaniche e dalle zone di subduzione che costituiscono i punti caldi della Terra.

6 Il fenomeno Geotermico I sistemi geotermici Copertura Serbatoio Fonte di di di calore Calore Affinché la risorsa geotermica sia energeticamente sfruttabile, occorre potere trasportare in superficie il calore dovuto alla presenza dell intrusione magmatica che costituisce la fonte di calore profonda. Deve esistere, al di sopra di tale intrusione uno serbatoio (strato di rocce fratturate o porose), dove possano circolare fluidi geotermici ad elevata temperatura (acqua/vapore): Deve infine esistere una copertura di rocce impermeabili, che impedisca la fuoriuscita in superficie dei fluidi e la dissipazione del calore. Sono questi gli elementi di un sistema geotermico che è simile ad una caldaia naturale in cui le acque meteoriche, che circolano nelle rocce fratturate, immagazzinano il calore irradiato dall intrusione magmatica, raggiungendo temperature e pressioni assai elevate. 5 /41

7 Il fenomeno Geotermico I diversi sistemi geotermici Localmente, attraverso faglie e fratture, questi fluidi caldi possono attraversare le formazioni di copertura e dare origine a manifestazioni geotermiche naturali. In alcuni sistemi, caratterizzati da pressione idrostatica, il fluido geotermico è composto prevalentemente da acqua calda: Sistemi ad Acqua Dominante. ROCCE CALDE SECCHE 6 /41 In altri sistemi, particolari condizioni termodinamiche e geologiche, consentono la formazione di accumuli di vapore in serbatoi depressurizzati. Sono questi Sistemi a Vapore Dominante Infine possono esistere sistemi caratterizzati dalla presenza della sola fonte di calore, in quanto le rocce del potenziale serbatoio sono completamente anidre (impermeabili o affette da self-sealing). Sono questi Sistemi a Rocce calde Secche.

8 Il fenomeno Geotermico I diversi sistemi geotermici Temperatura del serbatoio ( C) Curva ebollizione acqua Sistemi caldi secchi HDR Sistemi ad acqua (Idrotermali) Sistemi a vapore Pressione idrostatica (bar) Gradiente Termico medio terrestre 0.3 C/10 m acqua dominante Punto critico 374 C 225 bar vapore dominante Sistemi con fluidi supercritici Bassa Entalpia T 180 C Alta Quantità energia termica di una massa di fluido E = U/PV * (kcal/kg) Produzione profittevole di elettricità con le tecnologie disponibili 7 / U = energia interna molecolare P = pressione V = volume

10 Metodologie di Esplorazione - Il Modello geotermico e gli Obiettivi DEFINIZIONE ANOMALIE GEOTERMICHE RICOSTRUZIONE STRUTTURALE DEL SERBATOIO E SORGENTI DI CALORE INDIVIDUAZIONE E CARATTERIZZAZIONE FRATTURE CARATTERIZZ. PETROFISICA DEL SERBATOIO 9 /41 RICOSTRUZIONE SISTEMI DI CIRCOLAZIONE FLUIDI

11 Metodologie di Esplorazione - Il Modello geotermico e gli Strumenti Geologia Strutturale Rilievi Gravimetrici Rilevi DC/MT Petrofisica Rilievi sismici 2D & 3D Petrologia Inclusioni fluide Modello geotermico predittivo Geochimica Tomografia sismica Sismica in pozzo (SWD & WSP) Modelli di Temperatura Log in pozzo 10 /41

12 Metodologie di Esplorazione Rilievi sismici 3D RICOSTRUZIONE 3D DEI PRINCIPALI ORIZZONTI GEOLOGICI E SISMICI BASE FLYSCH Potenziali obiettivi MARKER H MARKER K INTERPRETAZIONE E VISUALIZZAZIONE 3D DEI PRINCIPALI MARKER SISMICI (POTENZIALI TARGET GEOTERMICI) DIFFERENZIATI PER ANOMALIE DI AMPIEZZA PER IDIVIDUARE GLI OBIETTIVI PIU PROMETTENTI PER LA PERFORAZIONE

14 Uso dell energia geotermica nel mondo Generazione elettrica (24 Paesi) 8900 MW capacity 56,000 GWh/year Usi diretti del calore (72 paesi) MWt capacity 76,000 GWht/year 13 /41 In totale: - saving 41 million OET/y - avoiding 118 million t CO2/y

15 Principali campi geotermici The Geysers 1421 MW (California) Cerro Prieto 14 /41 Coso 274 MW (California) 720 MW (Messico) Los Azufres 188 MW (Messico) < 50 MW MW MW MW Salton Sea 336 MW (California) Miravalles 163 MW (Costa Rica) Larderello 810 MW (Italia) Salak 330 MW (Indonesia) Kamojang 140 MW (Indonesia) Darajat 135 MW (Indonesia) Wairakei 220 MW (Nuova Zelanda) Otake 153 MW (Giappone) Mak-Ban 426 MW (Filippine) Palinpinon 192 MW (Filippine) Tiwi 330 MW (Filippine) Tongonan 723 MW (Filippine)

16 I campi geotermici nel mondo 69 campi per MW Steam MW (23%) 7 Liquid 5.434MW (69%) ,0; Liquid/steam 659MW 8% (8%) Drilled area: 100km 2 Type reservoir: Steam Depth: m Temperature: 300C Production wells: 424 Drilled area: km 2 Type reservoir: Liquid Depth: m Temperature: C Production wells: 75 Drilled area: km 2 Type reservoir: Liquid Depth: 2.800m Temperature: C Production wells: 149 The Geyser USA Tongonan Philippines Cerro Prieto Mexico MW 1.404MW (18%) Oltre 400MW 3.206MW (41%) Drilled area: 250km 2 Type reservoir: Steam Depth: m Temperature: C Production wells: 180 Larderello Italy MW 1455,0; 1.455MW 18% (18%) MW MW (23%) Drilled area: 14km 2 Type reservoir: Liquid Depth: m Temperature: 345C Production wells: 72 Mak-Ban Philippines 402 MW 15 /41

17 Usi elettrici Crescita della potenza installata MW / Negli ultimi venti anni il tasso di crescita è risultato di circa 1,000 MW ogni 5 anni.

18 Usi diretti L utilizzazione diretta del calore geotermico è l applicazione più antica, più versatile e più diffusa. Usi termali Riscaldamento domestico ed urbano Usi agricoli Acquacultura Usi industriali come calore di processo 17 /41

19 Usi diretti Coolin g / Sno w 1.2% Indu st. 1.8% Agricult 0.6% Aqua 2.2% Green 4.8% Bath 17.7% Other 0.3% G HP 56.5% Space 14.9% 18 /41

20 Usi diretti MWt Installed Capacity Year 19 /41 Negli ultimi venti anni tasso di crescita di circa 11% annuo, con un raddoppio negli ultimi 5 anni.

22 La Geotermia in Italia Le anomalie termiche Temperature a 3000 m di profondità 21 /41 Classificazione delle aree ad elevata vocazione geotermica

23 Temperature a 3000 m di profondità in Italia Negli ultimi 30 anni indagini estese a tutto il territorio nazionale LARDERELLO M. AMIATA LATERA Perforati oltre 120 pozzi all esterno della Toscana Vaste aree del Lazio, Umbria, area Napoletana, Isola Vulcano ed altre zone Nessun progetto per la produzione di energia elettrica industrialmente sostenibile 22 /41

24 Schema produzione elettrica da fonte geotermica 23 /41

25 Articolazione di un impianto geo 24 /41

26 Evoluzione storica della produzione !" / # $%!" #!" #& &'!(!" Esplorazione Esplorazioneprofonda profonda m Reiniezione Reiniezione // Iniezione Iniezione Stimolazione Stimolazionedi dipozzi ) * + ) *, Verso la metà degli anni 70 fu avviato un programma di Ricerca & Sviluppo per contrastare il declino della produzione

27 Effetti della reiniezione a Larderello / '50 '60 '70 '80 '90 '00, 26 /41 #12 3 4

28 Coltivazione : due approcci a confronto 2,000 Larderello and The Geyser: running capacity comparison Running Capacity [MW] 1,500 1, The Geyser Larderello year 27 /41

29 I numeri del GEO Enel Dati 31/12/2005 *!' 5!2" 6 7 5!2" ( (TWh) ) **5" +( **' + ",- *&! 5+" -,!"! 10.4 % della produz. da Rinnovabili 25 %# $%&## # 28 /41

30 Impianti e Risorse Dati 31/12/2005 Produzione Geotermica 760 *!" 8 *, *,+ * ( *." ( * +) * 4,) Operations Servizi Manutenzione Servizi Minerari Ing. Mineraria Fuori Perimetro /41 Tot Sedi: Pisa 157 Larderello 695 Altre Sedi 152

31 Usi diretti del calore geotermico in Italia Capacità termica installata: 607 MW t Energia termica utilizzata: 7554 TJ/anno ~ TEP/anno Categorie: Stabilimenti Termali Riscaldamento abit. Ittiocoltùra Serre/Agricoltura Altri Pompe di calore [TJ/anno] * Calore di processo (*) Dati al Dicembre /41

33 Il potenziale geotermico Per valutare il potenziale geotermico occorre definire alcuni concetti chiave. Accessible Resource Base all of the thermal energy stored between the Earth's surface and a specified depth in the crust, beneath a specified area and measured from local mean annual temperature 32 /41

34 Il potenziale geotermico 33 /41 Resource that part of the Accessible Resource Base that could be extracted economically and legally at some specified time in the future (less than a hundred years). Questa categoria include le: Reserve that part of the Resources of a given area that can be extracted legally at a cost competitive with other commercial energy sources and that are known and characterized by drilling or by geochemical, geophysical and geological evidence.

35 Il potenziale geotermico E difficile stimare l ammontare delle RISERVE MONDIALI; il loro sfruttamento economico dipende anche da miglioramenti tecnologici Incremento artificiale di permeabilità, Miglioramenti nelle tecniche di perforazione, Hot Dry Rocks - Enhanced Geothermal System, Produzione di elettricità da sistemi a bassa temperatura. Minimo: 35/70 GW Massimo: 140 GW 34 /41

36 Il potenziale geotermico 8.3% della produzione elettrica nel mondo, 17% della popolazione mondiale. 39 paesi (Africa, Centro/Sud America, Pacifico) possono essere 100% energia elettrica geotermica. 35 /41

37 Il potenziale geotermico MW Current Today's Technology Enhanced Technology /41 0 World Geothermal Potential

38 Grazie per l attenzione 37 /41 Travale Sud 1B Chiusdino 16/1/2006