Valutazione della Risorsa Geotermica, sostenibilità, impatti e rischi

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1 GEOTERMIA E POMPE DI CALORE: Sostenibilità ed Aspetti Economici, Operativi Normativi GEOFLUID 2014, Piacenza, 01 Ottobre 2014 Valutazione della Risorsa Geotermica, sostenibilità, impatti e rischi Bruno Della Vedova, Dip. Ingegneria e Architettura, UniTs Unione Geotermica Italiana /28

2 Quale contributo può dare la GEOTERMIA? RISPONDERE alla enorme DOMANDA di ENERGIA! Final Energy and Heat Use by EU 27 (RHC-ETP, 2011) 2/28

3 Con quali RISORSE e in che modo? Direttiva Europea 2009/28 CE: Fonti Energetiche Rinnovabili Direttiva Europea 2010/31 CE: Prestazione energetica in edilizia Direttiva Europea 2012/27/CE: Efficienza Energetica DL 102/14 3/28

4 Fino a che profondità? Risorse sono potenziali, Riserve sono la parte ORA tecnicamente ed economicamente utilizzabile Potenziale geotermico enorme Disponibile a limitata prof. in aree attive Sorgente costante, pulita e rinnovabile (Modified after B. Cociancig) 4/28

5 USI DIRETTI GEOTERMIA IN EUROPA CAPACITA INSTALLATA 2012 & SHARE del TELERISCALDAMENTO GEOTERMICO EGC 2013 Country updated Reports (Antics, 2013) other geothermal direct use geothermal district heating Installed Capacity (MW th ) TURKEY ICELAND ITALY HUNGARY FRANCE GERMANY ROMANIA SERBIA POLAND GREECE SLOVENIA AUSTRIA SWEDEN MACEDONIA NETHERLANDS SWITZERLAND LITHUANIA PORTUGAL BOSNIA-HERZEGOVINA DENMARK ALBANIA BELARUS 7 BELGIUM CZECH REPUBLIC ? GEORGIA BULGARIA UNITED KINGDOM SLOVAKIA 5/28

6 Produzione Calore da FER: prospettiva al 2050 UE energy policy: - Competitività - Sicurezza - Sostenibilità - Coesione - Infrastrutture BAU: Business as Usual RDP: Research & Develop. Policy Geotermia 28 % (RHC-ETP, 2011) 6/28

7 Come realizzare impianti geotermici efficienti, convenienti e sostenibili? Caratterizza la risorsa geotermica alla scala appropriata Valuta il potenziale geotermico e la capacità produttiva Analizza e verifica impatti e rischi potenziali Stima capacità produttiva SOSTENIBILE a minimo impatto Progetta e realizza gli impianti geotermici Ottimizza gestione mediante monitoraggio (1-2 anni) 7/28

8 Risorsa Geotermica in Italia: Tirreno caldo-adriatico freddo Toscana-Ancona Napoli-Gargano 320 C 360 C Enorme differenza in input di calore dal mantello! 8/28

9 Caratterizzazione della risorsa Definizione dominio: natura, estensione, eterogeneità, permeabilità, Bilancio idraulico: ricarica, circuiti, tempi, velocità, qualità, flussi, Bilancio termico: Temp., K, flussi di calore conduttivi e avvettivi, Geologia, idrogeologia, geochimica, campo degli sforzi Geofisica: gravimetria, sismica, sismologia, flusso calore, Sondaggi e pozzi esistenti Valutazione preliminare potenzialità della risorsa geotermica 9/28

10 Serbatoio della Struttura di Ferrara: FE B B Energia tot. prodotta nel 2012 dall impianto integrato: 179 GW th Quasi metà fornita da geotermia Alto strutturale della dorsale ferrarese 10/28

11 Progetto pilota per teleriscaldamento di Grado: Geofisica per ubicazione 2 pozzo (fondi POR-FESR) Geophysical Survey, OGS 2012 GRADO - 2 GRADO - 2 (Della Vedova et al., 2013) 11/28

12 Progetto Grado: Misure VSP nel 1 pozzo Misure in pozzo migliorano sostanzialmente rapporto S/R In contesto urbano: - Rumore antropico elevato - Limitata disponibilità energia sismica 12/28

13 Well Grado-1: Logs 13/28

14 Valutazione del Potenziale Geotermico 1 Miglior modello concettuale iniziale Integrazione dati prima fase Valutazione Risorsa Indagini Geol.& Geof.+ 1 Pozzo espl. Valutazione potenz. energetico simulazione risposta in esercizio Sostenibilità anni, interferenze, impatti, modellistica 14/28

15 Grado Doublet 3-D HEAT +FLUID FLOW MODELLING Temperature ( C) Profondità (m) (COMSOL Multiphysics) 3500 (Della Vedova et al., 2013) 15/28

16 Valutazione Potenziale Geotermico 2 Doppietto geotermico: produzione-reiniezione Perforazione 1 pozzo, logs e prove portata Reiniezione: migliora sostenibilità idraulica e termica + riduce impatti ambientali Mantiene capacità produttiva sorgente Test di interferenza idraulica tra i due pozzi includono: prove pompaggio, traccianti, modellistica Monitoraggio ambientale (acque di falda) con impianti in produzione 16/28

17 Grado 2: perforazione e air lift 17/28

18 Interferenza idraulica Grado 1 - Grado 2 Prova a gradini in GRADO l/s 25 l/s 28 l/s T = 47 C Modulazione di marea Risposta idraulica in GRADO 1 15 cm GRADO - 2 GRADO /28

19 MODELLISTICA TERMO FLUIDO-DINAMICA G1 Pozzo reiniezione G2 Pozzo produzione Sistema fratturato G1 G2 (Della Vedova et al., 2013) Campo di pressione a regime attorno ai pozzi di derivazione e produzione e re-iniezione 19/28

20 Analisi di Sensitività Permeability is critical High permeability time: 50 years Low permeability Model Name Eocene limestone Cretaceous limestone Unit of measure RE-INJECTION perm. 100 (iniziale) md perm md perm RE-INJECTION PUMPING 8000 md PUMPING 20/28

21 POTENZIALE GEOTERMICO: RISCHI E IMPATTI Questa geotermia non ha bisogno di fracking e perciò non c è rischio di sismicità innescata (after Schiemann, Gottwald, 2011) 21/28

22 Rischi geologici e ambientali associati ai sistemi geotermici per usi diretti Sistemi a circuito aperto Interconnessione di acquiferi Rischio di contaminazione Problemi geotecnici: subsidenza, crolli, allagamenti, riduzione permeab. Sostenibilità e variabilità ricarica Pennacchio termico Biofilm su piastre scambiatori Riduzione portata per intasamento filtri Sistemi a circuito chiuso Contaminazione in perforazione Rottura di scambiatori e condotte Contaminazione termica acquiferi Lungo tempo di recupero per campi sonde usate in modo non bilanciato Elevata occupazione di suolo Impronta di lungo termine nel terreno (rimozione e smaltimento non previsti) 22/28

23 Linee Guida per valutazione risorse Individua areee con adeguato potenziale (T, permebilità) Indagini G&G per identificare strutture, regime sforzi e sistemi fratture (ubicazione pozzi) Caratterizza risorsa e valuta capacità produtt (drilling + modelling) Temp., profondità e costi perforazione sono parameteri critici Ricarica e permeabilità sono critiche per sostenibilità open-loop Progetta sitema geot. integrato con FER e non- disponibili in loco Valuta impatti e riduci rischio geologico per ridurre rischio finanz. Esegui monitoraggio e ottimizza la performance 23/28

24 Linee Guida per limitare impatti ambientali Campatibilità con PRC, evita aree protette/escluse (aree instabili, siti inquinati, aree archeologiche, siti militari, prese acquedotti, ) Valuta impatti geologici e ambientali e rischi: subsidenza, frane, depauperamento risorse, contaminazione, a scala adeguate Ottieni permessi e autorizzazioni, mantieni distanze da confini Esegui monitoraggio fenomeni sensibili per minimizzare impatti re-iniezione totale è una valida opzione (non sempre realizzabile) 24/28

25 Strategic Research and Innovation Agenda for Renewable Heating & Cooling (RHC) Sfide strategiche Geotermia per il 2020 Riduzione significativa costi esplorazione, perforazione Aumentare performance e affidabilità sistemi geotermici Ridurre rischio geologico, impatti e tempo di ritorno Direttiva Europea 2009/28 CE: Fonti Energetiche Rinnovabili Direttiva Europea 2010/31 CE: Prestazione energetica in edilizia Direttiva Europea 2012/27/CE: Efficienza Energetica DL 102/14 25/28

26 VANTAGGI degli impianti geotermici Produzione costante senza variazioni temporali Bassi costi di gestione Ottimo potenziale per integrazione con altre fonti Potenziale per un alta efficienza Limitato impatto (cfr impianti eolici/carbone) Basse emissioni (cfr impianti a gas/carbone) 26/28 35/36

27 Commento conclusivo. Scambiare calore con il serbatoio geotermico ad un tasso comparabile a quello con il quale il calore si rigenera (evita deriva termica) impianti bilanciati (caldo/freddo), heat storage Dimensionamento efficiente, sostenibile e duraturo: è necessario conoscere le condizioni del sito, progettare con rigore e ottimizzare il funzionamento dell impianto durante i primi 1-2 anni 27/28

28 Gruppo Geotermia DIA, UniTS Eugenio Castelli, Aurelie Cimolino, Bruno Della Vedova, Marzio Piller and Alberto Marcon* 28/28

29 Grazie per la vostra attenzione! 29/28