RISORSE GEOTERMICHE E APPLICAZIONI

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1 DIPARTIMENTO DI SCIENZE BIOLOGICHE, GEOLOGICHE E AMBIENTALI Corso di laurea magistrale in Scienze geofisiche Anno accademico 2016/ anno RISORSE GEOTERMICHE E APPLICAZIONI GEO/08-6 CFU - 2 semestre Docente titolare dell'insegnamento MARCO VICCARO m.viccaro@unict.it Edificio / Indirizzo: Palazzo Ramondetta - Corso Italia 57 Telefono: Orario ricevimento: Tutti i giorni 9-19 OBIETTIVI FORMATIVI Il corso ha l obiettivo di fornire adeguate conoscenze sui tipi di risorse geotermiche, con particolare riferimento a quelle di bassa entalpia, e sulle metodologie moderne per il loro sfruttamento. PREREQUISITI RICHIESTI Fondamenti di petrologia, geochimica, vulcanologia, petrofisica, geofisica della terra solida. FREQUENZA LEZIONI Obbligatoria. CONTENUTI DEL CORSO Introduzione al concetto di Thermogeology Risorse energetiche, fonti e produzione di energia Status delle riserve fossili Potenziale derivante da risorse rinnovabili Proiezioni future della sostenibilità energetica Principi base sul trasferimento di calore Heat Flux Density a scala globale Conducibilità termica delle rocce Parametri chimico fisici che influenzano la conducibilità

2 Flussi di calore e anomalie geotermiche sulla Terra Distribuzione del flusso di calore Anomalie in funzione degli ambienti geodinamici Esempi di variabilità del flusso in ambienti di rift, subduzione e intraplacca Modalità di origine delle anomalie geotermiche in zone non magmatiche Esempi di sistemi geotermici in zone non magmatiche Tipologie di sistemi geotermici Classificazione dei sistemi geotermici in funzione della temperatura/entalpia Elementi fondamentali di un sistema geotermico Sistemi geotermici idrotermali ad acqua dominante (acqua calda e vapore umido) Sistemi geotermici idrotermali a vapore dominante (vapore secco e vapore surriscaldato) Sistemi geotermici non idrotermali: hot dry rocks Centrali geotermiche Ciclo termodinamico di produzione energetica in centrali a flash singolo Ciclo termodinamico di produzione energetica in centrali a flash doppio Impatto ambientale di centrali con tecnologia flash Ciclo termodinamico di produzione energetica in centrali dry-steam Impatto ambientale di centrali con tecnologia dry-steam Ciclo termodinamico di produzione energetica in centrali a ciclo binario Impatto ambientale di centrali con tecnologia a ciclo binario Il sottosuolo inteso come Heat Storage Reservoir Capacità e diffusività termica Fattori naturali che influenzano la temperatura media del sottosuolo Fattori antropici che influenzano la temperatura media del sottosuolo Ground Source Heat Pumps (GSHP) Principi di funzionamento Efficienza e benefici Situazione e prospettive di mercato per le GSHP Tipologie di impianti geotermici di bassa entalpia a GSHP Dimensionamento di impianti a GSHP Concetto di degree days Open-loop systems Closed-loop systems: vertical- e pond-loop systems Impatto ambientale, regolamentazione e geohazards associati a impianti geotermici di bassa entalpia

3 TESTI DI RIFERIMENTO Banks D. (2012). An Introduction to Thermogeology: Ground Source Heating and Cooling. Wiley- Blackwell, 526 pp. Buntebarth G. (1984). Geothermics, an Introduction. Springer-Verlag, 144 pp. Di Pippo R. (2012). Geothermal Power Plants. Elsevier Academic Press, 573 pp. Eppelbaum L., Kutasov, I., Pilchin A. (2014). Applied Geothermics. Springer, 751 pp. Kalaiselvam S., Parameshwaran R. (2014). Thermal Energy Storage Technologies for Sustainability - Systems Design, Assessment and Applications. Elsevier Academic Press, 430 pp. Tinti F. (2009). Geotermia per la Climatizzazione. Dario Flaccovio Editore, 209 pp. ALTRO MATERIALE DIDATTICO A disposizione presso il docente prima dell'inizio dell'insegnamento. PROGRAMMAZIONE DEL CORSO * Argomenti Riferimenti testi 1 * Concetto di Thermogeology Banks (2012); 2 * Ruolo del geologo nella Thermogeology Banks (2012); 3 * Status delle riserve fossili e rinnovabili sulla Terra Kalaiselvam e Parameshwaran (2014); 4 * Proiezioni future e sostenibilità delle riserve fossili e rinnovabili Kalaiselvam e Parameshwaran (2014); 5 * Flusso di calore e Heat Flux Density Buntebarth (1984); Eppelbaum et al. (2014); 6 * Conducibilità termica delle rocce e parametri chimico-fisici che la influenzano Buntebarth (1984); Eppelbaum et al. (2014); Tinti (2009); 7 * Distribuzione del flusso di calore sulla Terra Eppelbaum et al. (2014); 8 * Anomalie geotermiche in funzione degli ambienti geodinamici 9 * Origine di anomalie geotermiche in zone non magmatiche 10 * Tipologie di sistemi geotermici ; Di Pippo (2012) 11 * Centrali geotermiche ; Di Pippo (2012) 12 * Capacità e diffusività termica del sottosuolo Banks (2012); 13 * Temperatura media del sottosuolo Banks (2012);

4 14 * Principi di funzionamento di GSHP Banks (2012); 15 * Coefficient of Performance e Seasonal Performance Factor Banks (2012); 16 * Benefici energetici legati a GSHP Banks (2012); 17 * Dimensionamento di impianti a GSHP Banks (2012); 18 * Degree days per il dimensionamento di impianti GSHP Banks (2012); 19 * Open-loop GSHP systems Banks (2012); Tinti (2009); 20 * Closed vertical-loop GSHP systems Banks (2012); Tinti (2009); 21 * Closed pond-loop GSHP systems Banks (2012); Tinti (2009); 22 Impatto, regolamentazione e geohazards associati ad uso di GSHP systems Banks (2012); Tinti (2009); * Conoscenze minime irrinunciabili per il superamento dell'esame. N.B. La conoscenza degli argomenti contrassegnati con l'asterisco è condizione necessaria ma non sufficiente per il superamento dell'esame. Rispondere in maniera sufficiente o anche più che sufficiente alle domande su tali argomenti non assicura, pertanto, il superamento dell'esame. VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO Esame orale con votazione su tutti gli argomenti del programma. Essa è finalizzata a valutare il grado di apprendimento dello studente e le capacità di esporre correttamente in forma orale i concetti acquisiti, nonché di mostrare un'adeguata padronanza del metodo scientifico di indagine. PROVE IN ITINERE Non sono previste prove in itinere. PROVE DI FINE CORSO Non sono previste prove di fine corso. ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI Concetto di Thermogeology e ruolo del geologo Status e proiezione futura delle riserve fossili e rinnovabili Equazione del flusso di calore e Heat Flux Density Conducibilità termica delle rocce e fattori che la influenzano

5 Distribuzione e anomalie del flusso di calore sulla Terra Modalità di origine delle anomalie geotermiche in zone non magmatiche Elementi fondamentali di un sistema geotermico Sistemi geotermici idrotermali e non-idrotermali Ciclo di produzione e processo termodinamico in centrali geotermiche con tecnologia flash Ciclo di produzione e processo termodinamico in centrali geotermiche con tecnologia dry-steam Ciclo di produzione e processo termodinamico in centrali geotermiche con tecnologia a ciclo binario Capacità e diffusività termica del sottosuolo Funzionamento ed efficienza delle Ground Source Heat Pumps (GSHP) Dimensionamento di impianti a GSHP Impianti GSHP con geometrie open-loop Impianti GSHP con geometrie closed-loop Impatto ambientale, regolamentazione e geohazards associati a impianti geotermici di bassa entalpia