La Geotermia a Basso Impatto Ambientale

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1 La Buona Geotermia- Rimini 6 nov 2015 La Geotermia a Basso Impatto Ambientale Stefano Carlino Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia INGV Sezione di Napoli- Osservatorio Vesuviano

2 Temperatura La Buona Geotermia- Rimini 6 nov 2015 Profondità Il calore della Terra Nucleo interno Nucleo esterno Mantello

3 I primi passi verso l Energia Geotermica Primo rudimentale impianto a vapore per la generazione di 15kW ideato dal Principe Piero Ginori Conti nel 1904

4 Entalpia Bassa media alta La Buona Geotermia- Rimini 6 nov 2015 Calore ed energia Fluidi Supercritici: Geotermia non convenzionale ad altissimi rendimenti Alta Entalpia: Produzione elettrica con impianti Flash ed ibridi Media Entalpia: Produzione elettrica con cicli binari Bassissima-Bassa: Pompe di calore Teleriscaldamento Temperatura

5 Impatto sull ambiente Minore maggiore La Buona Geotermia- Rimini 6 nov 2015 Tipologie impianti e impatto ambientale Geotermia stimolata Enanched Geothermal Systems (EGS) Impiati tradizionali (flash/dry steam) Ciclo Binario a re-iniezione totale

6 La Buona Geotermia- Rimini 6 nov 2015 Geotermia stimolata Enanched Geothermal Systems (EGS) Production well Injection well Problematiche ambientali Production well Stimulated Zone: induced seismicity

7 La Buona Geotermia- Rimini 6 nov 2015 Impianti Tradizionali (es.: Larderello) T>180 C Vapore direttamente in turbina Problematiche ambientali Larderello The Geyser

8 La Buona Geotermia- Rimini 6 nov 2015 Impianti a Ciclo Binario Problematiche ambientali T>150 C Vapore direttamente in turbina Impianto a ciclo binario da 5MWe (Germania)

9 La Buona Geotermia- Rimini 6 nov 2015 Problematiche ambientali: emissioni in atmosfera (Kagel et al., 2005).

10 La Buona Geotermia- Rimini 6 nov 2015 Problematiche ambientali: emissioni in atmosfera (DiPippo, 2008).

11 La Buona Geotermia- Rimini 6 nov 2015 Problematiche ambientali: uso del suolo Uso del suolo per diverse fonti energetiche in relazione ai gigawatt prodotti (GWh) (fonte Geothermal Energy Association)

12 La Buona Geotermia- Rimini 6 nov 2015 Problematiche ambientali: sismicità indotta dalla re-iniezione Pozzo di emungimento Pozzo di re-iniezione Livello a bassa permeabilità Acquifero produttivo Fronte di pressione Livello a bassa permeabilità

13 Pressione La Buona Geotermia- Rimini 6 nov 2015 Problematiche ambientali: sismicità indotta - l aumento di pressione è confinato in piccoli volumi; - Il volume pressurizzato è costante nel tempo, ossia non si espande come durante la semplice iniezione di fluidi - si può controllare il livello di pressione di reiniezione nel serbatoio con opportuni accorgimenti (es. distanza fra i pozzi, quantità di fluido re-iniettato e quindi numero di pozzi di re-iniezione) - Il monitoraggio geofisico-geochimico è una pratica che incrementa la sicurezza Tempo

14 Variazione dello sforzo di frattura di Coulomb in un semispazio omogeneo per una pressione di fluido di +50 e -50 bar Troiano ed al., MPa +1.5 MPa +6.0 MPa -0.1 MPa +0.1 MPa +1.0 MPa -0.1 MPa -1.5 MPa -6.0 MPa +0.1 MPa -0.1 MPa -1.0 MPa

15 Simulazione di estrazione e re-iniezione di fluidi geotermici in un area con proprietà medie simili ai Campi Flegrei per la produzione di 5MWe (serbatoio superficiale m) con 4 pozzi (2 produzione, 2 re-iniezione) Variazione di pressione dopo 30 anni di simulazione (profondità pozzi 1km; estrazione e reiniezione di 55ls -1, per ogni pozzo, temperatura del serbatoio T =250 C) Pozzo di emungimento Pozzo di re-iniezione (Dati da: AGIP 1987; Carlino et al, 2012, 2014)

16 La Buona Geotermia- Rimini 6 nov 2015 La nuova Legge Geotermica n. 22 del 2010 punti essenziali Liberalizza il mercato geotermico (elimina il diritto di prelazione ENEL-ENI sui permessi di ricerca). Incentiva lo sviluppo di nuove tecnologie per l utilizzo della media entalpia per la produzione elettrica (impianti pilota). Introduce il concetto innovativo di impianti a emissione nulla (con re-iniezione totale di tutti i fluidi, compresi i gas incondensabili).

17 Generatore binario da 300 kwe Re-iniezione totale La Geotermia moderna: alcuni esempi Hellisheidi, Islanda, 300 MWe Emissione nulla, re-iniezione totale di fluido in pozzo

18 p=3 km T=106 C L Impianto binario di Altheim (Austria) TURBODEN Potenza: 1 MWe Co-generazione Elettrica/Termica

19 L Impianto binario di Fang (Tailandia) ORMAT Potenza: 300 kwe Cogenerazione Termica/Condizionamento

20 Impianto binario di Sauerlach (Germania) Impianto Turboden (2013) Ciclo Binario Potenza: 5MWe Fluido estratto: 150 C Profondità pozzi 4km

21 Impianto binario di Dürrnhaar (Germania) Impianto Turboden (2013) Ciclo Binario Potenza: 5.6MWe Fluido estratto: 138 C Profondità pozzi 4km

22 Altri piccoli impianti nel mondo Location: DAL Kapisya, Zambia Anno: 1988 Fluido geotermico 88 C Potenza elettrica: 2 x 100 kw Location: Soultz-sous-Forêts Alsace, France Anno: II quarter 2008 Fluido geotermico 180 C Potenza elettrica: 1.5 MW

23 Altri piccoli impianti nel mondo Location: Turchia Anno: 2008 Fluido geotermico 182 C Potenza elettrica: 13.2 MW

24 La Buona Geotermia- Rimini 6 nov 2015 Strategie di Mitigazione Monitoraggio sismico conottimizzazione reti Monitoraggio multiparametrico geodetico, geochimico. Test preliminari per la reiniezione di liquidi e misure delle pressioni di poro Test di pressurizzazione con pressioni crescenti, per rilevare l andamento della eventuale micro-sismicità Aumento del numero di pozzi di re-iniezione in relazione alla permeabilità, in modo da minimizzare la sovrapressione a fondo pozzo.

25 Conclusioni La Geotermia con le nuove tecnologie è poco invasiva. Con impianti a reiniezione Le prescrizioni della legge Italiana sulla re-iniezione totale ne fanno una fonte energetica a emissione virtualmente nulla. Il modello di piccoli impianti diffusi sul territorio, ad emissione nulla e con prelievo a basse profondità (media entalpia), può essere inserito anche in contesti urbanizzati. L impiego più razionale, anche per massimizzare i rendimenti, è quello di co-generazione elettrica-termica, magari con impianti ibridi (es. geotermico-solare-biomassa vegetale) Il rischio di sismicità indotta, per le caratteristiche stesse della reiniezione negli stessi serbatoi, è minimo perché preserva su larga scala la naturale distribuzione degli sforzi e ripristina i normali livelli di pressione nel serbatoio.

26 Grazie per l attenzione! The simplest use of geothermal energy. Enjoy your meal!!! National Park of Tymanfaia, Lanzarote (Canary Island)