La geotermia in Italia e gli impianti geotermici pilota

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1 Convegno «Gli impianti geotermici di nuova generazione» La geotermia in Italia e gli impianti geotermici pilota Prof. Franco Barberi ORSA Palermo, 1 Dicembre 2015

2 La Terra è un pianeta caldo: nel nucleo interno a km di profondità la T è superiore a C. La temperatura è superiore a C nello strato di mantello fuso, chiamato astenosfera, i cui moti convettivi sono la causa degli spostamenti delle zolle litosferiche che producono le dorsali mediooceaniche, le grandi fosse tettoniche e le catene di montagne. Il pianeta Terra rilascia continuamente calore verso la superficie. Questo flusso di calore è particolarmente elevato nelle zone vulcaniche (dorsali oceaniche, cordigliere, archi di isole, punti caldi) dove il magma fuso, con una T di C, può accumularsi in serbatoi a piccola profondità (<10 km).

3 Gradiente geotermico In ogni punto della Terra la temperatura aumenta con la profondità. Il gradiente geotermico medio è di circa 33 C/km, ma può arrivare anche a valori dieci volte superiori nelle zone calde al di sopra di serbatoi magmatici. Il gradiente geotermico scende invece a valori di C/km nelle zone fredde situate nelle aree geologicamente stabili, lontane dalle frontiere sia divergenti che convergenti tra zolle litosferiche

4 Mappa del flusso di calore in Italia L Italia è un Paese geologicamente giovane, con molti vulcani attivi. Il bacino del Mar Tirreno e la fascia occidentale, tirrenica, della penisola ospitano vulcani attivi o recenti (es. Etna, Stromboli, Vesuvio, Amiata). Queste zone, dove il flusso di calore è elevato, hanno una spiccata vocazione geotermica.

5 Classificazione delle risorse geotermiche L entalpia esprime la quantità di energia termica di una data massa di fluido Convenzionali Risorsa T C Usi principali Alta entalpia Generazione di elettricità Media entalpia Bassa e bassissima entalpia Elettricità con sistemi binari, utilizzando fluido di servizio a bassa T di vaporizzazione (es. isobutano) Agricoltura, industria, riscaldamento/affrescamento Non convenzionali EGS Enhanced geothermal systems > 200 Generazione di elettricità Sistemi supercritici o geopressurizzati > 375 Generazione di elettricità

6 Schema di campo geotermico di entalpia alta o media Sorgente di calore = intrusione magmatica Serbatoio = rocce permeabili contenenti acqua di ricarica meteorica Copertura = strato di rocce impermeabili (es. argille) Generazione di elettricità da sistemi: a vapore secco (Larderello, The Geysers) ad acqua dominante (la maggioranza dei campi) di media entalpia ( C) uso di sistemi binari, ORC

7 Geotermia in Italia: produzione elettrica La prima produzione di elettricità da fluidi geotermici fu sperimentata nel 1904 a Larderello Dopo più di un secolo l Italia è ancora il primo produttore in Europa (sesto nel mondo) La geotermia fornisce il 25% del fabbisogno elettrico della Toscana Petrolio risparmiato = ton/anno Riduzione emissione CO 2 = 3,8 milioni ton/anno Energia geotermoelettrica in Europa 2015 Capacità installata (Mwe) Produzione annuale (GWh) 1. Italia Islanda Turchia Tot. Europa

8 Usi termici diretti della geotermia in Italia (Capacità totale = 1014 MWt Utilizzazione = 2412 GWh/anno) Uso Impianti principali Termale e balneologico 32% Abano Terme, Ischia Teleriscaldamento 22% Impianti geotermici toscani, Ferrara, Grado Piscicultura 16% Orbetello Serricultura 13% Monte Amiata, Civitavecchia Pompe di calore 10% Milano, Bergamo, Parma Processi industriali 1% - - -

9 La pompa di calore geotermica Permette di trasferire ad un edificio l energia termica del sottosuolo Utilizza energia elettrica ma per ogni KWh elettrico consumato fornisce 4-6 KWh termici. Può far risparmiare fino al 75% della bolletta energetica annua. Gli ambienti possono essere riscaldati d inverno e affrescati d estate e si può anche produrre acqua calda sanitaria. La tecnologia non genera alcuna emissione di gas serra. Non emette fumi, odori, rumori e non produce fiamma. È il settore di più grande espansione perché può utilizzare risorse geotermiche di entalpia bassa o bassissima (T anche <20 C)

10 Progetti geotermici pilota Benché molto meno inquinante degli impianti che producono energia elettrica da combustibili fossili e nonostante le nuove tecnologie per l abbattimento dell H 2 S, il più fastidioso dei gas emessi, i problemi ambientali connessi allo scarico libero dei gas in atmosfera hanno ostacolato lo sviluppo della geotermia in Italia. L Enel ha chiuso circa 15 anni fa la centrale di 26 MWe di Latera nel Lazio e sta incontrando difficoltà per aumentare la produzione del campo geotermico dell Amiata. Il D.lgs. 22/2011 ha introdotto la sperimentazione di impianti geotermici pilota con le seguenti caratteristiche: emissioni nulle in atmosfera con obbligo della reiniezione dei fluidi nel sottosuolo nella formazione di provenienza produzione di energia elettrica fino a 5 Mwe per impianto e per un totale di 50 Mwe a livello nazionale limite di 3 impianti sperimentali per ogni operatore. Il successo della sperimentazione di questi impianti può aprire importanti prospettive allo sviluppo ecocompatibile di risorse geotermoelettriche e rappresenta un occasione per valorizzare una delle poche risorse energetiche nazionali con impatto pressoché nullo

11 Il progetto geotermico pilota di Castel Giorgio Nel 2011 la società ITW&LKW Geotermia Italia ha presentato al Ministero dello Sviluppo Economico istanza di permesso di ricerca per la sperimentazione di due impianti geotermici pilota denominati Castel Giorgio e Torre Alfina, ubicati rispettivamente nella Regione Umbria e nella Regione Lazio. I due impianti sono relativi ad un unico campo geotermico esplorato da ENEL negli anni (concessione Torre Alfina). Nell aprile 2015 il Ministero dell Ambiente ha approvato, con prescrizioni, la VIA per il progetto Castel Giorgio ed ha attualmente in esame quella del progetto Torre Alfina. È in corso il rilascio del titolo minerario per Castel Giorgio.

12 Modello geotermico del campo di Torre Alfina Serbatoio geotermico in alto strutturale di rocce carbonatiche permeabile per fratturazione Copertura impermeabile molto efficace di rocce flyschoidi Presenza di una cappa confinata di gas (CO 2 ) al tetto del serbatoio (~50 bar, spessore 100m) T media fluido del serbatoio 140 C = sistema di media entalpia Salinità acqua = ppm; 2% CO 2 disciolta

13 Elementi progettuali dell impianto pilota Per evitare emissioni di gas in atmosfera, il fluido geotermico verrà mantenuto sotto una pressione (circa 40 bar) sufficiente ad impedire la liberazione di anidride carbonica in tutto il circuito dai pozzi di produzione a quelli di reiniezione. La CO 2 rimane sempre disciolta nel liquido. Il calore del fluido geotermico verrà utilizzato in un impianto ORC (Organic Rankine Cycle), utilizzando un fluido organico di servizio in circuito chiuso.

14 Elementi progettuali dell impianto pilota L impianto pilota è stato progettato con le seguenti specifiche: taglia dell impianto: 5 MWe netti temperatura del fluido geotermico: 140 C utilizzo pompa immersa per la pressurizzazione del fluido che impedirà anche le incrostazioni di carbonato di calcio assenza di emissioni in atmosfera consumi idrici minimi solo in fase di perforazione raffreddamento fluido organico mediante utilizzazione di condensatore ad aria reiniezione totale del fluido estratto nella formazione di provenienza predisposizione impianto per la cessione di calore per usi civili, industriali o agricoli.

15 Schema circuito idraulico dell impianto pilota P = 45 bar T = 140 C Impianto ORC P = 43 bar T = C recupero energia idraulica ~ 500 Kw Pozzo produttivo Pozzo reiniettivo Pompa sommersa Valvola regolazione pressione/portata Sovrapressione in frattura <10 bar, NON 43bar!!!

16 Inserimento ambientale ORC e postazione CG3 A parità di produzione elettrica un impianto geotermico occupa una superficie di terreno inferiore da 1/20 a 1/30 rispetto al fotovoltaico

17 Monitoraggio ambientale Lo sviluppo del progetto Castel Giorgio sarà accompagnato da un intensa attività di monitoraggio che comprende: Controllo delle emissioni di gas dal suolo e della concentrazione in atmosfera Controllo dei movimenti del suolo per valutare eventuali fenomeni di subsidenza Controllo della microsismicità locale, con particolare riferimento allo studio di eventuali fenomeni indotti dalla reiniezione.

18 Conclusioni L Italia è il Paese europeo con il più alto potenziale geotermico. La crescita della produzione geotermoelettrica è rimasta invariata negli ultimi 20 anni e gli usi diretti sono cresciuti in modo insignificante. La generazione di energia elettrica potrebbe crescere di un fattore da 2 a 3 nei prossimi anni. Gli usi diretti (in particolare le pompe di calore geotermiche) potrebbero crescere di un fattore da 6 a 7 nello stesso periodo di tempo. Per perseguire questi obiettivi non sono necessarie risorse pubbliche ma è fondamentale la semplificazione e lo snellimento delle procedure. Serve azione di classe politica consapevole, a livello nazionale e regionale.