1/50 GEOTERMIA A BASSA ENTALPIA NUOVA OPPORTUNITÀ E RUOLO DEL GEOLOGO CHIETI, 27 NOVEMBRE 2012

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2 Bruno Della Vedova DIA UniTs e Unione Geotermica Italiana. 2/50

3 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, distribution of heat users for the /50

4 Utilizzi diretti Geoscambio open loop, scambio in sup. e re-iniezione nel medesimo acquifero (Ferrara, Grado, ) Geoscambio closed loop, scambiatori a circuito chiuso nel terreno ( DOVUNQUE ) Produzione elett. Aree geot. ad alta entalpia: circolazione idrotermale, serbatoio, pozzi estrazione e reiniezione, utilizzi elettrici e integrati (co-generazione) 4/50

5 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 5/50

6 Risorse a bassa T (< C) Potenziale geotermico enorme Presente dappertutto Sempre disponibile A limitata prof. in aree attive ecosostenibile quando ben utilizzato Valutazione potenzialità e Rischi Impatti e Monitoraggio: Grado e Palaghiaccio 6/50

7 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. Risorse accertate e probabili entro 1-2 km 7/50

8 Tirreno caldo Adriatico freddo ProfiloToscana- Ancona Profilo Napoli- Gargano 320 C 360 C 8/50

9 Flusso di calore sup. e T profonde (Della Vedova et al., 2001) DATASET: 2700 misure grad. T (700 offshore) 255 nuovi pozzi ENI ( ) Errore stimato: 5-20 mw m -2 9/50

10 Usi diretti del calore Geotermico Basement HF (mw/m 2 ) Risorse da valorizzare a) corpi idrici superficiali (canali, fiumi, bacini, mare) b) pozzi artesiani fluenti c) derivazioni da pozzi in acquiferi freatici entro m d) acquiferi a bassa termalità da pozzi esistenti, o nuovi Geotermia a circuito aperto Economica ed efficiente 10/50

11 Risorse & Utilizzi Potenziale geotermico enorme Presente dappertutto Sempre disponibile A limitata prof. in aree attive 11/50

12 Acquiferi Mesozoici S N Alluvium Arenarie Marne & Flysch Carbonati Geoterma di Cesarolo 12/50 5/27

13 ΔT/Δz K = Q (HF) cq = 149 mw m -2 (da Jessop, 1990) T grad.~12 mk m -1 Groundwater outflow from deep acquifer 13/50

14 HF e variazioni climatiche Variazioni superficiali di T periodiche o non- periodiche (diurna, stagionale, multi-annuale & climatica) Non-periodiche (sedimentazione, erosione, sollevamento) + ΔT T ΔT Q t - ΔT z z 14/50

15 Risorse a bassa T (< C) Valutazione potenzialità e Rischi Impatti e Monitoraggio: Grado e Palaghiaccio 15/50

16 Stima potenzialità: obiettivi Geologia, estensione, neotettonica dei sistemi Gradiente T, conducibilità termica, HF Permeabilità, flussi idrici e ricarica acquiferi Qualità dei fluidi e sua variabilità Valutazione impatti geotecnici, idraulici e termici Sostenibilità termica e idraulica 16/50

17 Geothermal Potential Assessment 1 Integrate available data & produce best conceptual model Evaluate energy production potential, through Monte Carlo model Model geothermal system to simulate production response and to estimate the system energy production potential Estimate effects of reinjection by numerical modelling Evaluate the production characteristics of reservoir fluids based on chemical characteristics and prevailing reservoir conditions. 17/50

18 Geothermal Potential Assessment 2 Reinjection is used to increase hydraulic + thermal sustainibility & to reduce environmental impacts Mantain Geothermal production capacity Reinjection interference tests include pumping, tracer tests, monitoring & modelling Environmental monitoring of operating plants (air, groundwater, flora +fauna) 18/50

19 Geothermal Project: Identification of risk factors (after Schiemann, Gottwald, 2011) 19/50

20 GEOTHERMAL POTENTIAL: GEOLOGICAL RISK STRUCTURE (after Schiemann, Gottwald, 2011) 20/50

21 Applicazioni geotermiche dirette in Italia Energia termica tot. usata 2010: TJ (stima UGI) Greenhouse heating 13% Fish farming 16% Geothermal heat pump 10% Industrial processes 1% Thermal and balneology 32% Heating and teleheating installations 27% 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% 21/50

22 Risorse a bassa T (< C) Valutazione potenzialità e Rischi Impatti e Monitoraggio: Grado e Palaghiaccio 22/50

23 Progetto Geotermia-Grado 1 pozzo vert. da 1110 m (Fase 1, ) 2 pozzo vert. da 1200 m sarà perforato a 1 km di distanza (Fase 2, ) 23/50

24 Teleriscaldamento: Doppietti Geotermici industrial residential Metanopoli (Mattei, 50-60) 2 pozzi, 50 m 3 /h, T = 62 C, 2000 appartamenti IN DIVERSE REGIONI GLI ACQUIFERI CARBONATICI SONO ADEGUATI A SOSTENERE DOPPIETTI GEOTERMICI Ora inutilizzato perché non economico Temperature: C Bacino di Profondità: Parigi: 1-2 km 36 impianti funzionanti (da 80) altri in costruzione 24/50

25 Survey sismico a Grado Pleist.? GRADO-1 Paleoc-Eoc Up. Creta Fractured RESERVOIR 25/50

26 Geophysical Logging Logging interval: m 3 RUNS comprehensive of: DualLatero, 4CAL, TTRM, Orientation, GR and G-Spectrometry, Density, Neutron, Vp/Vs, XMAC, CBIL Circolazione di fluidi nelle fratture 26/50

27 GRADO-1: Monitoraggio T, P, Prove Portata Portata: 100 ton/h (28 l/s) P: 2.8 bar T : C Salinità: 16 NaCl Potenza termica: 2 MW 27/50

28 RISORSA GEOTERMICA: PROGETTO GRADO Acquiferi sup. ad acqua dolce Acquiferi carb. ad acqua salata CESAROLO-1 Flysh & Molasse chiudono serbatoio carb. Grado-1 Conduzione Convezione GRADO Conduzione 28/50

29 POR-FESR Pozzo di re-iniezione (1200 m) nel 2013 Rete di superfice + Scambiatori (2014) Monitoraggio termico, idraulico e sostenibilità Prove di interferenza idraulica, tracer test (?) Teleriscaldamento di Grado Grado m Altri doppietti geotermici si possono proporre in Italia 29/50

30 3-D HEAT +FLUID FLOW MODELLING Temperature ( C) Profondità (m) NUOVA OPPORTUNITÀ (COMSOL E RUOLO Multiphysics) DEL GEOLOGO 30/50

31 ANALISI DI SENSITIVITA Permeabiltà è critica Alta permeabilità time: 50 anni Bassa permeabilità Nome del modello Calcare Eocenico Calcare Cretacico Unità misura perm. 100 (iniziale) md perm md perm. RE-INIEZIONE 1000 EMUNGIMENTO 5000 RE-INIEZIONE 8000 EMUNGIMENTO md 31/50

32 Usi diretti: Geoscambio a circuito aperto o chiuso Scambio di calore con il sottosuolo mediante pompe di calore geotermiche (GHP) Mare = heat storage Terreno RISCALDAMENTO Pompa di calore Edificio RAFFRESCAMENTO 32/50

33 IMPIANTO GEOTERMICO A CIRCUITO APERTO STADIO DEL GHIACCIO DI PONTEBBA Prelievo in falda Re-immissione 2 pozzi di derivazione 1 pozzo di re immissione 33/50

34 Dati Geologici Viadotto autostradale Pontebba (Italstrade, 1983) SW NE m 34/50

35 Derivazione e Reimmissione Salto termico massimo 3 o C Condizioni climatiche più critiche (estate) Potenza termica richiesta > 500 kw Accensione impianto-creazione ghiaccio (1-2 giorni) Derivazione 40 l/s ( da D1 e D2) Mantenimento del ghiaccio (4-12 h) 2 Pozzi di derivazione D1 e D2 Pozzo di re-immissione R Profondità 32 m Finestrati da -6 a -32 m Diametro 323 mm Profondità 30 m Finestrati da -6 a -30 m Diametro 450 mm 35/50

36 Misure e prove di portata 36/50

37 Prove di portata e monitoraggio CTD 37 37/50

38 Prova di portata a gradini 38/50

39 Simulazioni numeriche Modello numerico del campo di moto Visual Modflow 4.3 Griglia con passo in x e y di 4 m e di 2 m in z 39/50

40 Simulazione con prelievi max. in magra (Condizioni critiche) D1+D2=72 l/s R=72 l/s K=1x10-3 m/s, K Fella =1x10-5 m/s i=1-1.5 x /50

41 Simulazione re-immisione in piena (Condizioni piena) D1+D2=36 l/s R=36 l/s K=1x10-3 m/s; K Fella =1x10-5 m/s i=2 x /50

42 Impatto termico Open loop Simulazione FE (Fluent 6.3) Pozzo di re-immisione Condizioni idrauliche di magra Differenza di temperatura 3 C Campo naturale di moto Re-immissione Dispersione rapida del transiente di T (a 10 m T<1 C) 42/50

43 Impatto termico Closed loop (Fluent 6.3) Materiale fine: v = 0.1 m/gg, campo termico. Materiale fine: v = 1 m/gg, campo termico. 43/50

44 Applicazioni Geotermiche in Agricoltura 1. Serra agricola Dati di progetto 300 m 2 T i = 16 C (Temperatura interna) P = 66 kw Q = kwh (fabbisogno termico annuale 2000 ore) PdC Geotermica (Acqua-Acqua) Impianto tradizionale (caldaia a metano) 3 l/s (T = 15 ± 2 C) (da pozzi freatici o acque sup.) Costo iniziale: Spesa annuale energia elettrica: CO 2 prodotta: kg/anno Costo iniziale: Spesa annuale energia elettrica: CO 2 prodotta: kg/anno Pay back time 5 anni PdC % di risparmio sui costi di gestione 44/50

45 Applicazioni Geotermiche in Agricoltura 2. Piscicoltura Dati di progetto 400 m 2 T i = 17 C (Temperatura vasca) P = 90 kw Q = kwh (fabbisogno termico annuale 6 mesi) PdC Geotermica (Acqua-Acqua) Impianto tradizionale (caldaia a metano) 4-5 l/s (T = 15 ± 2 C) (da pozzi, acque sup., laguna) Costo iniziale: Spesa annuale energia elettrica: CO 2 prodotta: kg/anno Costo iniziale: Spesa annuale energia elettrica: CO 2 prodotta: kg/anno Pay back time 3-4 anni PdC % di risparmio sui costi di gestione 45/50

46 Applicazioni Geotermiche in Agricoltura 3. Conservazione di alimentari (Carne, Frutta, Verdura, Cantine) Dati di progetto Prosciuttificio con allevamento di 450 capi/anno T i = 4-5 C (Temperatura interna) P = 50 kw Q = kwh (fabbisogno termico annuale circa 6/8 mesi) PdC Geotermica (Acqua-Acqua) 2-3 l/s (T = 15 ± 2 C) (da pozzi artesiani-freatici o acque superficiali) Costo iniziale: Spesa annuale energia elettrica: PdC % di risparmio sui costi di gestione (rispetto gruppi frigoriferi) 46/50

47 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) 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 Poca esperienza ind. e limitata competizione per questi impianti Costi elevati e rischio minerario 48/50

49 Grazie per l attenzione DELLAVEDOVA@UNITS.IT European Geothermal Congress 2013 Pisa, 3-7 June /50