Potenzialità della Geotermia in Italia: Risorse, Prospettive e Applicazioni Energia per il futuro dal 2014 al 2020 e oltre! Sesto, Val Pusteria 23-27 Giu. 2014 Bruno Della Vedova, DIA UniTs e Unione Geotermica Italiana http://www.unionegeotermica.it/ 1931:Soffionissimo 1/50
Gruppo Geotermia al DIA, UniTS Bruno Della Vedova: geofisica e geotermia Marzio Piller: ingegneria e fisica tecnica Eugenio Castelli: ingegneria e geotecnica Aurelie Cimolino: geologia e geofisica 2/50
Geotermia e Risorse Stato e prospettive Applicazioni a bassa T 3/50
48% energia utilizzata in EU a 27 serve per produzione di calore (domestico + industriale) After Weiss, W., Biermayr. P.: Potential of solar thermal in Europe, ESTIF 2009, www.estif.org Mercato Europeo degli utenti calore per 2006? 4/50
La Terra si deforma perché genera più calore di quanto ne dissipi in superficie Radioattività: più importante sorgente entro litosfera (100 km) e Nucleo Pennacchi e hot spots da Mantello: trasferiscono calore alla base della litosfera Energia Termica: accumula energia gravitazionale (espansione e bouyancy) Gravità: condiziona vari processi geologici (catene, rifts, sismicità, cicolazione di fluidi, ) (Herndon s Nuclear Georeactor Theory, 1996) 5/50
(after Genter, Huenges, 2006) 6/50
Risorse accertate e probabili entro 1-2 km BALDI P., BARBIER E., BUONASORTE G., SQUARCI P. (1998). Geothermal Inventory of Italy for the development of National Geothermal Resources. Proceedings of V World Renewable Energy Congress 20-25 September 1998, Florence, Italy. Published by Elsevier Science Ltd. 7/50
ΔT/Δz K = Q (HF) cq = 149 mw m -2 (da Jessop, 1990) T grad.~12 mk m -1 Flusso artesiano da acquifero profondo 8/50
Tirreno caldo Adriatico freddo Profilo Toscana-Ancona Profilo Napoli- Gargano 320 C 360 C 9/50
Risorse & Riserve Potenziale geotermico enorme Presente dappertutto Sempre disponibile A limitata prof. in aree attive (Modified after B. Cociancig) 10/50
Shallow water resources <200 m (red and orange patterns) Deep resources (circles) Campi Flegrei Deep Drilling Project Vavilov SMt. Marsili SMt. T > 150 C at 2 km T > 100 C at 2 km 11/50
Reservoirs geotermici e applicazioni (after Genter, Huenges, 2006) 12/50
Come si può utilizzare l energia geotermica? Produzione elett. Aree geotermiche ad alta entalpia: circolazione idrotermale, serbatoio, pozzi di estrazione, utilizzi elettrici e diversificati Utilizzi diretti Scambio di calore mediante circolazione di fluidi, scambiatori in sup. e re-iniezione nel medesimo acquifero (Ferrara, Grado, ) oppure con scambiatori a circuito chiuso nel terreno ( DOVUNQUE ) 13/50
Geotermia e Risorse Stato e prospettive Applicazioni a bassa T 14/50
Quanto è utilizzata l energia geotermica? Gli Stati Uniti sono il paese che produce più corrente elettrica dall energia geotermica ad alta temperatura (oltre 3.000 MWe). L Italia è il quinto produttore al mondo (*). 3.086 MegaWatt prodotti nel 2010 1.904 1.197 958 843 *I dati sono riferiti al 2010 Stati Uniti Filippine Indonesia Messico Italia 15/50
Quanto è sviluppato il geotermico in Europa? Alcuni progetti e impianti di eccellenza: Larderello Centrali geotermiche Soultz-sous-Forêts (F) EGS Progetto EGS, Cornovaglia (UK) Islanda IDDP con 1050 C Bagnoli, NA CFDDP Project Zurigo Aereoporto Parigi Aeroporto di Orly Palermo Palazzo dei Normanni Pontebba (UD) Palaghiaccio Ferrara Teleriscaldamento Altheim (A) Impianto binario.. Geotermia ad alta temperatura Geotermia a bassa temperatura 16/50
6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 17/50 1914 1917 1920 1923 1926 1929 1932 1935 1938 1941 1944 1947 1950 1953 1956 1959 1962 1965 1968 1971 1974 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007 GWh Produzione geotermoelettrica in Italia 1931: Soffionissimo 1999: Montieri 1 The Geysers Esplorazione profonda 3-4 km Stimolazione e re-iniezione Reservoir più sup. Reservoir prof. e reiniezione (Cappetti G., Romagnoli P., Sabatelli F. - 2010 Geotherma power generation in Italy WGC, 2010
Nuove richieste di permessi in Italia 120 nuove Richieste di Permessi di Ricerca (2010-2012) (in rosso) 10 Richieste per Impianti sperimentali (in blu) 7 9 5 4 6 Nuovi operatori e sviluppo del settore Verifica delle potenzialità e messa in produz. Prospettive di alcune centinaia di MWe Investimenti stimati (circa 5-6 M /MW) 18/50
Applicazioni geotermiche dirette in Italia Energia termica tot. usata 2010: Greenhouse heating 13% Fish farming 16% Geothermal heat pump 10% Industrial processes 1% Thermal and balneology 32% Heating and teleheating installations 27% 12.600 TJ (stima UGI) Impianti termali 32% Riscaldamento e telerisc. 27% Itticoltura 16% Serricoltura 13% Pompe di calore 10% Processi industriali 1% VENETO 38% TOSCANA 23% CAMPANIA 10% Tutte queste applicazioni hanno grandi margini di sviluppo ALTRE REGIONI 29% 19/50
VANTAGGI degli impianti geotermici Produzione costante senza variazioni temporali Bassi costi di gestione Ottimo potenziale per cogenerazione (CHP) Potenziale per un alta efficienza Limitato impatto (cfr impianti eolici/carbone) Basse emissioni (cfr impianti a gas/carbone) 20/50
Geotermia e Risorse Stato e prospettive Applicazioni a bassa T 21/50
Impianto geotermico a bassa entalpia, Altheim, Austria 1 pozzo 2300 m 1 pozzo deviato 100 l/s @ 106 C 1 MWe ORC 10 MWt 4,7 cent /kwh Turbogeneratore Tueboden, Brescia 1 pozzo di estrazione e 1 di re-iniezione 22/50
Progetto Geotermia-Grado (Fondi Europei DOCUP-2) 1 pozzo verticale fino a 1110 m è stato completato in Aprile 2008 23/50
POR-FESR 2007-2013 Re-injection well (1200 m) in the 2014 Distribution network + heat exchangers (2014) Thermal and hydraulic monitoring and sustainability Hydraulic re-injection interference tests, tracer test (?) District heating of Grado Grado-1 500 m Other geothermal doublets may be proposed in Italy 24/50
GRADO-1: Monitoraggio di T e Prove di Portata Portata: 100 ton/h (28 l/s) P: 2.8 bar T : 44-48 C Salinità: 16 NaCl Potenza termica: 2 MW 25/50
LOW T RESERVOIR: GRADO PROJECT Salt water in carbonates Freshwater in shallow aquifers CESAROLO-1 Flysh & Molasse capping rocks Grado-1 Heat conduction Conduction + Advection GRADO Heat conduction 26/50
Well Grado-1: Geophysical Logs Logging interval: 692 1110 m 3 RUNS comprehensive of: DualLatero, 4CAL, TTRM, Orientation, GR and G-Spectrometry, Density, Neutron, Vp/Vs, XMAC, CBIL Fluids circulation in fractures 27/50
Seismic data acquisition 2012 GRADO - 2 28/50
VSP data acquisition 2012 29/50
3-D HEAT +FLUID FLOW MODELLING Temperature ( C) (Comsol Multiphysics) 500 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 0 1000 Profondità (m) 1500 2000 2500 3000 3500 (COMSOL Multiphysics) 30/50
THERMO FLUID-DYNAMIC MODELLING G1 Re-injection well G2 Production well Fracture G1 G2 Steady-state pressure field around the production and re-injection wells 31/50
Grado 2 drilling 32/50
TOC e posa rete primaria 33/50
GHP systems Closed loop: vertical horizontal slinky thermal piles, Open loop: groundwater (two well, single well) surface water (river, lake, ) 34/50
Usi diretti: il Geoscambio Scambio di calore con terreno mediante pompe di calore geotermiche (GHP) Mare = heat storage Terreno RISCALDAMENTO Pompa di calore Edificio RAFFRESCAMENTO 35/50
Schema per Geoscambio 2. Pompa di Calore 3. Distribuzione a bassa Temp. 1. Scambiatore di calore in pozzo (100-300 m) Cosa bisogna fare? Dimensionare bene i 3 Circuiti! 36/50
Stima scambio termico TRT Si applica una forzante al terreno: Riscaldamento Raffreddamento Si simula con codice di calcolo il comportamento del sistema Si valutano i parametri termici e la potenza specifica (per m lineare di pozzo) 37/50
Flusso acqua di falda Materiale fine: v = 0.1 m/gg, Materiale fine: v = 1 m/gg, 38/50
Geoscambio (Courtesy Prof. L. Rybach) 39/50
Evoluzione dei costi (al netto dell inflazione) per sistema di riscaldamento geotermico in Svizzera 1980-2004 [Cortesia Prof. L. Rybach] 2 0 0 0 0 1 5 6 0 0 6 0 0 0 1 9 0 0 0 1 5 0 0 0 5 8 0 0 1 8 0 0 0 1 4 4 0 0 5 7 0 0 1 7 0 0 0 1 3 8 0 0 5 6 0 0 1 6 0 0 0 1 3 2 0 0 5 5 0 0 1 5 0 0 0 1 2 6 0 0 5 4 0 0 1 4 2 0 0 1 2 0 0 0 5 3 0 0 1 3 6 0 0 1 1 7 6 0 5 2 0 0 1 3 4 0 0 1 1 5 2 0 5 1 0 0 1 3 2 0 0 1 1 2 8 0 5 0 0 0 1 3 0 0 0 1 1 0 4 0 4 9 0 0 1 2 8 0 0 1 0 5 6 0 4 8 0 0 1 2 6 0 0 9 0 0 0 4 7 0 0 1 2 4 0 0 8 6 4 0 4 6 0 0 1 2 2 0 0 8 6 4 0 4 5 0 0 1 2 0 0 0 8 4 0 0 4 4 0 0 1 0 0 0 0 8 4 0 0 4 3 0 0 1 0 0 0 0 8 4 0 0 4 2 0 0 9 8 0 0 8 4 0 0 4 1 0 0 9 6 0 0 8 4 0 0 4 0 0 0 9 4 0 0 8 1 6 0 3 9 0 0 9 2 0 0 8 1 6 0 3 8 0 0 9 1 0 0 7 8 0 0 3 7 0 0 8 2 0 0 7 6 8 0 3 6 0 0 8 0 0 0 7 5 6 0 3 5 0 0 40000 30000 20000 10000 C H F PdC 7.6 kw Scambiatore 120 m Connessioni 12k 0 1 9 8 0 1 9 8 1 1 9 8 2 1 9 8 3 1 9 8 4 1 9 8 5 1 9 8 6 1 9 8 7 1 9 8 8 1 9 8 9 1 9 9 0 1 9 9 1 1 9 9 2 1 9 9 3 1 9 9 4 1 9 9 5 1 9 9 6 1 9 9 7 1 9 9 8 1 9 9 9 2 0 0 0 2 0 0 1 2 0 0 2 2 0 0 3 2 0 0 4 Jahr 40/50
Human generated RES to run a heat pump 41/50
Usi diretti: sistemi a circuito aperto Teleriscaldamento (Ferrara, Grado,..) Risorse da valorizzare a) Corpi idrici superficiali (canali, fiumi, bacini, mare): 10-22 C b) Acque di drenaggio dei tunnel montani : 8-40 C c) Pozzi artesiani fluenti: 13-18 C d) Derivazioni da pozzi in acquiferi freatici entro 50-100 m: 8-14 C e) Derivazioni acque termali da pozzi esistenti, o nuovi: 12-30 C f) Acquiferi profondi a bassa T (impianti teleriscaldamento): 30-90 C Geotermia a circuito aperto Economica ed efficiente Stadio del Ghiaccio Pontebba,. 42/50
IMPIANTO GEOTERMICO A CIRCUITO APERTO STADIO DEL GHIACCIO DI PONTEBBA Prelievo in falda Re-immissione 2 pozzi di derivazione 1 pozzo di re immissione 2 PdC da 350 kw 43/50
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Critical conditions for pumping Wells: Simulation in dry season D1+D2=72 l/s R=72 l/s K=1x10-3 m/s,k Fella =1x10-5 m/s (max. pumping rate) i=1-1.5 x 10-2 45/50
General guidelines It s not sustainable to exchange heat with the geothermal reservoir at a rate higher than that naturally occurring Literature parameters are not adequate for an efficient, sustainable and long-lasting system It is IMPORTANT to: Characterize and assess the geothermal potential design geothermal systems carefully; optimize its operation during the first 1-2 years 46/50
GHP systems guidelines 1 Geothermal Resources Oriented Find out areas with good potential (Thermal K, T gradient, geothermal springs, surface water bodies, ) Carry out geological and geophysical surveys to identify geological structures, water depth, fractures orientation, Temperature, depth and drilling costs are critical design parameters Locate and design BHE field and IN/OUT wells Groundwater flow in aquifers enhances heat source/sink Recharge is critical for sustainable open-loop systems Integrate possibly locally available RES and conventional.. Monitor and optimize the performance 47/50
Progetti geotermici: sfide Individuare aree con buone potenzialità Eseguire indagini geofisiche per identificare strutture, orientazione delle fratture ubicazione dei pozzi Pozzi di derivazione e re-immissione si devono collegare idraulicamente permeabilità Impatti: subsidenza, depauperamento risorse, impatti ambientali re-iniezione totale Impianti di superficie sono complessi: separatori, turbine, raffreddamento e ricondensazione, re-iniezione Poca esperienza ind. e limitata competizione per questi impianti Costi elevati e rischio minerario 48/50
http://ecsac.ictp.it/ecsac14/ 49/50
Grazie per l attenzione! DELLAVEDOVA@UNITS.IT http://www.unionegeotermica.it/ http://www.egec.org/ 50/50