Panel Specialistico : L energia della Terra Modulo/Sottomodulo: La Geotermia. Docente: Dott. Geol. Alessandro Murratzu Data 10/01/2014

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1 Panel Specialistico : L energia della Terra Modulo/Sottomodulo: La Geotermia Docente: Dott. Geol. Alessandro Murratzu Data 10/01/2014

2 Idrogeo Service S.r.l. Engineering and Consulting Via Silvio Pellico n. 14/16, Certaldo Florence - Tuscany Italy Tel/Fax Website: Mail: info@idrogeosrl.it Skype: alessandro.murratzu1

3 Idrogeo Service S.r.l. Engineering and Consulting Gli ambiti lavorativi con la maggiore esperienza sono le indagini geotecniche e geologiche a supporto di progetti edili, cave, strade, tunnel, frane e consolidamenti. Un ambito particolare e caratterizzato da ampia esperienza consiste nelle indagini geologiche a supporto della pianificazione urbanistica per i governi locali e nel consulting in ambito ambientale Un settore della società è inoltre specializzato nelle indagini termali ed idrogeologiche e nella ricerca geotermica. Negli ultimi anni si è aggiunto il campo dell ingegneria idraulica e delle bonifiche ambientali

4 Idrogeo Service S.r.l. Engineering and Consulting partner e collaborazioni IdroGeo Engineering & Consulting è associata all ANIPA (Associazione Nazionale Imprese Pozzi per Acqua) IdroGeo Engineering & Consulting è associata all UGI (Unione Geotermica Italiana) IdroGeo Engineering & Consulting è tra i Soci Fondatori della Piattaforma Tecnologica Italiana per l Energia Geotermica (Confindustria) IdroGeo Engineering & Consulting partecipa a due progetti europei finalizzati allo sviluppo dell energia geotermica ( GEOELEC - FP7). IdroGeo Engineering & Consulting è tra i promotori e fornisce docenti per il Master in Green Economy Management del Gruppo Moccia Università La Sapienza Roma Hudson Technologies con riferimento specifico all energia geotermica e per teleriscaldamento. IdroGeo Engineering & Consulting collabora con la società di Ingegneria Ing3Plus tramite la figura dell Ing.David Piazzini CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche) - I.G.G. (Istituto di Geoscienze e Georisorse) CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche) I.M.A.A. (Istituto di Metologie per l Analisi Ambientale) Università di Firenze Dipartimento di Scienze della Terra Università di Pisa Dipartimento di Patologia Sperimentale, Biotecnologie Mediche, Infettivologia ed Epidemiologia Università di Roma La Sapienza Dipartimento di Chimica Università di Roma La Sapienza Scuola di Specializzazione in Idrologia Medica Università di Losanna

5 Energia geotermica L energia geotermica è una fonte di energia pulita, alternativa e rinnovabile che si basa sul motore termico della Terra. Principi generali della Geotermia Studi geotermici Applicazioni geotermiche

6 Principi generali della Geotermia Per geotermia si intende la disciplina delle scienze della Terra che studia l'insieme dei fenomeni naturali coinvolti nella produzione e nel trasferimento di calore proveniente dall'interno della Terra Breve storia della geotermia in Italia e nel mondo Origini delle fonti di calore Flusso di calore Gradiente geotermico Classificazione delle risorse geotermiche Sistema geotermico

7 Breve storia della geotermia in Italia e nel mondo Neolitico medio-superiore (popolazioni italiche) Frequentazione di località termali ed uso di sottoprodotti di energia geotermica Uso funzionale Balneoterapia Uso religioso Culti e riti verso divinità sotterranee Uso razionale Spiegazione scientifica del fenomeno

8 Breve storia della geotermia in Italia e nel mondo Epoca Romana Frequentazione di località termali ed uso di sottoprodotti di energia geotermica (minerali idrotermali) Uso funzionale Balneoterapia Uso religioso Culti e riti verso divinità sotterranee

9 Breve storia della geotermia in Italia e nel mondo Scoperta di una miscela di borati (Tincal - con esso l acido borico) dalle manifestazioni a Monterotondo Marittimo e Castelnuovo Val di Cecina 1812 Prima società di produzione di acido borico dai lagoni a Larderello Nascita della società Chemin-Prat-La Motte-Larderel guidata da Francesco Larderel Utilizzo di lagoni naturali e lagoni artificiali (scavati in aree ricche di incrostazioni idrotermali) Introduzione della tecnologia del lagone coperto Separazione del vapore dall acqua Sostituzione della legna per il processo di essiccamento delle salamoie boriche

10 Breve storia della geotermia in Italia e nel mondo Introduzione dei lagoni a cascata Diversificazione della produzione chimica Acido borico Perdorato di sodio Carbonato di ammonio Acibo carbonico Talco Primo esperimento di produzione di energia elettrica (1904) Ciclo indiretto e utilizzo di scambiatore di calore

11 Breve storia della geotermia in Italia e nel mondo Prima centrale geotermica al mondo (Larderello 1) Alimentati gli abitati della Regione Boracifera, Pomarance, Saline di Volterra e Volterra 1923 primo gruppo geoelettrico sperimentale a ciclo diretto 1930 introduzione del ciclo diretto in produzione

12 Breve storia della geotermia in Italia e nel mondo Prima centrale geotermica al mondo (Larderello 1) Alimentati gli abitati della Regione Boracifera, Pomarance, Saline di Volterra e Volterra 1923 primo gruppo geoelettrico sperimentale a ciclo diretto 1930 introduzione del ciclo diretto in produzione Guerra Mondiale distruzione pressoché totale degli impianti Diffusione nel mondo della geotermia Wairakei (Nuova Zelanda) Pathè (Messico) The Geysers (USA).

13 Origini delle fonti di calore Origini delle fonti di calore Primordiale Calore che esiste dal momento in cui si formò il pianeta, grazie alla separazione del ferro nel nucleo terrestre. Radiogenico Calore derivante dal decadimento radioattivo di elementi radiogenici (i principali Uranio, Torio e Potassio)

14 Flusso di calore Il flusso di calore terrestre è la quantità di calore che dall interno della Terra sfugge per unità di area nell unità di tempo sulla superficie del pianeta. Flusso di calore medio terrestre 65 mw/m 2 Modalità di trasmissione del calore Flusso di calore regionale Intera Terra (80 mw m-2) Oceani (100 mw m -2 ) Continenti (40 mw m -2 ) Aree attive tettonicamente (80-90 mwm -2 ) Cratoni stabili (30-40 mw m -2 ) Flusso di calore in Italia

15 Flusso di calore in Italia

16 Modalità di trasmissione del calore Conduzione Convezione Irraggiamento

17 Gradiente geotermico Viene chiamato gradiente geotermico la variazione di temperatura all'incremento della profondità entro la crosta terrestre; questo parametro viene generalmente indicato con il valore dell'aumento della temperatura in gradi Celsius ogni 100 m di profondità Media in superficie 3,3 C/100 m Anomalie geotermiche Situazione europea Situazione italiana

18 Situazione europea

19 Isoterme a 3000 m C C C

20 Classificazione delle risorse geotermiche Entalpia Acqua dominante/vapore dominante Sistemi dinamici / statici

21 Classificazione delle risorse geotermiche - Entalpia D. Lgs n. 20 del 11/02/2010 Risorse geotermiche ad alta entalpia (T del fluido reperito > 150 C) Entalpia: grandezza fisica che esprime il contenuto termico (energia termica) dei fluidi Risorse geotermiche a media entalpia (T del fluido reperito compreso tra 90 C e 150 C) Principali risorse geotermiche in Italia Risorse geotermiche a bassa entalpia (T del fluido reperito < 90 C)

22 Classificazione delle risorse geotermiche Acqua dominante / vapore dominante Acqua dominante Acqua liquida controlla la pressione Vapore (se presente in forma di bolle) 125 C < T < 225 C Produzione (a seconda della T e P) Acqua calda Miscela acqua e vapore Vapore umido Vapore secco Alcune nozioni di base Vapore dominante Vapore controlla la pressione È presente anche acqua Alta temperatura Produzione Vapore secco Vapore surriscaldato

23 Alcune nozioni di base T > 20 C rispetto alla T ebollizione P = 1 atm Vapore surriscaldato T > 100 P = 1 atm Evaporazione completa (vapore secco) T = 100 P = 1 atm Ebollizione (acqua liquida + vapore umido)

24 Sistemi dinamici / statici Sistema dinamico Acqua ricarica continuamente il serbatoio Calore per conduzione e per circolazione dei fluidi Sistema statico Ricarica del serbatoio ridottissima Calore solo per conduzione

25 Principali risorse geotermiche in Italia Lazio Sicilia Sardegna

26 Lazio

27 Sistema geotermico Un sistema acqueo convettivo, che, in uno spazio confinato della parte superiore della crosta terrestre, trasporta il calore da una sorgente termica al luogo, generalmente la superficie, dove il calore stesso è assorbito (disperso o utilizzato) (Hochstein, 1990). Componenti Sorgente di calore Serbatoio Fluido che trasporta il calore

28 Sorgente di calore Intrusione magmatica Normale calore terrestre

29 Serbatoio Unità litologiche permeabili

30 Fluido che trasporta il calore Acqua, spesso meteorica, in fase liquida o vapore in base alla pressione e temperatura. L acqua spesso trasporta composti chimici e gas CO 2, H 2 S, Moto Convettivo Il fluido caldo e di minor densità tende a salire e ad essere sostituito dal fluido più freddo e di densità maggiore, proveniente dal margine del sistema.

31 Principi generali della Geotermia Risorsa geotermica Media / Bassa entalpia < 90 C Media / Alta entalpia > 90 C Produzione di energia elettrica Media/ bassa Entalpia Media/ alta Entalpia

32 Medio/bassa entalpia < 90 C Sonde geotermiche Pompe di calore Teleriscaldamento

33 Sonde geotermiche Al di sotto dei primi 4-5 m di profondità, la temperatura rimane costante intorno ad C. Gli impianti a bassa entalpia utilizzano il calore del sottosuolo a profondità ridotte attraverso l utilizzo di sonde geotermiche. Nelle sonde geotermiche scorre un fluido termovettore che trasferisce il calore dal o al terreno

34 Pompe di calore La pompa di calore è una macchina termica ad alta efficienza. Nello specifico utilizza il sottosuolo come serbatoio di calore per condizionare termicamente gli ambienti interni di edifici sia in estate che in inverno. Nei mesi invernali il calore viene trasferito in superficie Nei mesi estivi il calore in eccesso presente negli edifici, viene restituito al terreno Sistema Open Loop Sistema Closed Loop

35 Sistemi di teleriscaldamento Sistema di riscaldamento a distanza di un quartiere o di una città che utilizza il calore prodotto da una centrale termica, da un impianto di cogenerazione o da una sorgente geotermica. In un sistema di teleriscaldamento il calore viene distribuito agli edifici tramite una rete di tubazioni in cui fluisce l acqua calda o il vapore (Autorità Energia Elettrica e Gas) Componenti: Centrale termica Rete di trasporto e distribuzione Sottocentrali

36 Media/Alta entalpia > 90 C Media / Alta entalpia > 90 C Sistema HDR o EGS Sistema idrotermale

37 Studi geotermici Un componente fondamentale di un sistema geotermico è il fluido. Fase liquida e/o Ciclo del carbonio Fase Gassosa

38 Parametri chimico - fisici Temperatura Conducibilità elettrica ph Alcalinità (AT) Potenziale redox (Eh) Durezza totale Gas disciolti Salinità

39 Tipi di Acque

40 Tipi di Acque

41 Caratteristiche chimico fisiche dei vari gas

42 Ciclo del Carbonio Emissioni di CO 2 non vulcaniche in Italia

43 Emissioni di CO 2 non vulcaniche in Italia Flusso della CO 2

44 Flusso della CO 2

45 Applicazioni geotermiche Normative Applicazioni pratiche Permesso di Ricerca Murlo Progetto Coop Certaldo Diffusione della geotermia in Italia

46 Normative D.P.R. n.395 del 27 Maggio 1991 D.P.R. n.485 del 18 Aprile 1994 Vecchia normativa Permessi di ricerca D.L. n.22 del 11 Febbraio 2010 D.L. n.28 del 3 Marzo 2011 Nuova normativa D.M. 28 Dicembre 2012 Conto Termico Quinto Conto Energia L. n.134 del 7 Agosto 2012 Detrazione 55% Incentivi D.M. 6 Luglio 2012 Incentivi da fonti rinnovabili elettriche

47 D.P.R. n.395 del 27 Maggio 1991 Competenza Ministero dell industria, del commercio e dell artigianato Direzione generale delle Miniere Ufficio Nazionale Minerario per gli idrocarburi e la geotermia Permesso di ricerca