geotermia - La Buona Terra

Sei in: agricoltura biologica>produzione di energia da fonti rinnovabili>geotermia(2)
LA PRODUZIONE DI ENERGIA DA FONTI RINNOVABILI IN AGRICOLTURA
LA GEOTERMIA
Per energia geotermica si intende il calore sviluppato all'interno della terra. Il calore interno si dissipa con
regolarità verso la superficie della terra e il gradiente geotermico è in media di 3°C ogni 100 m di
profondità. Esistono zone privilegiate della crosta terrestre ove il gradiente è nettamente superiore a quello
medio: ciò è dovuto alla presenza, non lontano dalla superficie (5-10 Km), di masse magmatiche fluide o già
solidificate in via di raffreddamento. Tali zone sono localizzabili nella vicinanza di: vulcani, gayser, fumarole,
hot spot e altri fenomeni.
L’utilizzo dell’energia geotermica può portare alla produzione di elettricità (dove la fonte di energia è
concentrata) oppure al soddisfacimento della richiesta di climatizzazione degli edifici.
A partire da 20 m di profondità, la temperatura del sottosuolo è costante e non dipende più dal giorno o
dalla notte, né dalle stagioni. Questa caratteristica, permette lo sfruttamento del sottosuolo per il
riscaldamento invernale e il raffrescamento estivo nelle abitazioni, il tutto tramite la tecnologia delle
“sonde geotermiche verticali (SGV) abbinate alle pompe di calore”. Le SGV sono degli scambiatori di calore
installati in perforazioni di 50 fino a 400 m. In Svizzera, ad esempio, più di 30.000 SGV accoppiate a delle
pompe di calore di piccola taglia sono
utilizzate per il riscaldamento di abitazioni
famigliari.
Il fluido circolante nelle sonde recupera il
calore dal terreno e fornisce l’energia
geotermica (75%) ad una pompa di calore
(PAC). Questa è dimensionata per la
potenza di riscaldamento necessaria. La
parte di elettricità che fa funzionare la PAC
è pari al 25% dell’energia globale. Questa
installazione può anche fornire l’acqua
calda sanitaria. Anche la climatizzazione
durante i periodi estivi è realizzabile, dato
che durante l’inverno il sistema inietta del
freddo nel terreno. In estate, senza
macchina
frigorifera,
è
possibile
recuperare il freddo stoccato nel terreno,
per farlo circolare nei locali da rinfrescare.
La pompa di calore è una macchina in grado di trasferire calore da un corpo a
temperatura più bassa ad un corpo a temperatura più alta. Tale processo è
inverso rispetto a quello che avviene spontaneamente in natura ed è dovuto al
fatto che viene fornita energia elettrica alla macchina che "pompa calore". Il
principio di funzionamento che sta alla base della pompa di calore è un ciclo
termodinamico chiamato ciclo frigorifero, o ciclo motore inverso, ed è analogo a
quello che sta alla base di un comune frigorifero.
Nel caso in cui si abbia sia l’interesse a riscaldare Figura 2: Trivellazione
(ad esempio durante per sonde
l’inverno) che a raffrescare (ad esempio, durante
l’estate), la pompa si dice "reversibile". L’efficienza
di una pompa di calore è rappresentata dal coefficiente di prestazione COP,
inteso come rapporto tra l’energia termica resa al corpo da riscaldare e
l’energia elettrica consumata perché possa avvenire il trasporto di calore
medesimo. Valori da considerare sufficienti di COP (secondo EN255) di pompe
di calore sono 3.0 per le pompe di calore aria-acqua 4.5 per pompe di calore a
Figura 1: Pompa di
Calore
Sei in: agricoltura biologica>produzione di energia da fonti rinnovabili>geotermia(2)
LA PRODUZIONE DI ENERGIA DA FONTI RINNOVABILI IN AGRICOLTURA
LA GEOTERMIA:
Esempio applicativo di pompa di calore con prelievo da pozzo geotermico
L’esempio riportato riguarda un impianto annesso ad un vivaio, con già la disponibilità di un pozzo.
Dato che la portata di acqua massima che si può emungere dal pozzo è di soli 6 l/s la potenza termica
massima disponibile per pompaggio in continuo è di 1.253 kW, inferiore alla potenza totale massima dei
generatori presenti all’oggi (circa 2.000 kW).
L’energia termica per geotermia si stima essere sufficiente al soddisfacimento al 50% del fabbisogno
termico invernale nei due mesi di picco (dicembre gennaio) e al pieno soddisfacimento del fabbisogno
termico invernale nei restanti tre mesi, per un totale di 639.734 kWhth/anno.
Essendo la temperatura dell’acqua di falda piuttosto alta (20°C), il C.O.P. che può ottenere la pompa di
calore può superare il valore di 5, che viene tuttavia tenuto cautelativamente come valore di progetto.
Risulta interessante considerare che la vasca di accumulo dell’acqua già esistente potrebbe essere utilizzata
nei mesi invernali, in cui la richiesta di acqua per l’irrigazione della serra è inferiore, come stoccaggio di
emergenza per un totale di 3.200.000 l a circa 15°C (capaci di produrre una potenza di 2.000 kW per quasi
40 ore).
Essendo già presente la pompa di emungimento con una potenza stimata intorno ai 5,5 kW, nell’analisi non
sono stati considerati i costi annui di energia elettrica necessari al suo funzionamento (12 ore/giorno per 5
mesi/anno + 24 ore/giorno per 6 giorni per riempimento della vasca di stoccaggio), mentre si è considerato
un potere calorifico del gasolio di 9,71 kWh/l e un costo di 0,41 €/l (circa 0,05 €/kWh).
I costi di investimento per il sistema pompa di calore con prelievo da pozzo geotermico di circa 213.000 €
sono da considerarsi indicativi e adatti ad una stima preliminare.
Riportiamo di seguito la tabella con i calcoli effettuati.
COSTI DI GESTIONE PREVISTI
RISCALDAMENTO
potenza termica richiesta
2.000
kWth
potenza termica disponibile da
pompaggio in continuo H2O
1.253
kWth
combustibile richiesto (gasolio)
117.650
l/anno
energia termica annua richiesta
799.667
kWhth/anno
energia termica che si può
soddisfare con sistema geotermico
639.734
kWhth/anno
c.o.p.
esigenza elettrica annua
5
127.947
kWhel/anno
DIMENSIONAMENTO POMPA EMUNGIMENTO
potenza elettrica pompa
ore di funzionamento annue
esigenza elettrica annua pompa
5,5
1.944
10.692
kWel
h/anno
kWhel/anno
ENERGIA ELETTRICA
costo unitario E.E.
costo annuo E.E.
0,12
€/kWh
15.354
€/anno
COSTI DI GESTIONE ATTUALI
energia termica annua
costo gasolio
costo energia termica
639.734
kWh/anno
0,05
€/kWh
31.987
€/anno
Come si può evincere dal grafico riportato di seguito il tempo di ritorno dell’investimento è di circa 13 anni.
(dicembre 2011)
1
sonda geotermica e 5 per pompe di calore acqua-acqua con acqua prelevata da pozzo o falda con acqua a
10 °c.
I vantaggi di questa tecnologia sono:
− Elevata efficienza
− Rapido ammortamento dei costi
− Sfruttamento di energia altrimenti persa
− Facile integrazione con altre fonti rinnovabili
Di contro necessita di una analisi approfondita delle potenzialità applicative per evitare scelte poco
efficienti.
(dicembre 2011)
1