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Convegno
«Gli impianti geotermici di nuova generazione»
La geotermia in Italia e gli impianti
geotermici pilota
Prof. Franco Barberi
ORSA
Palermo, 1 Dicembre 2015
La Terra è un pianeta caldo: nel nucleo interno a 6.400 km di profondità la T è
superiore a 5.000°C. La temperatura è superiore a 1.200°C nello strato di
mantello fuso, chiamato astenosfera, i cui moti convettivi sono la causa degli
spostamenti delle zolle litosferiche che producono le dorsali mediooceaniche, le grandi fosse tettoniche e le catene di montagne.
Il pianeta Terra rilascia continuamente calore verso la superficie. Questo flusso
di calore è particolarmente elevato nelle zone vulcaniche (dorsali oceaniche,
cordigliere, archi di isole, punti caldi) dove il magma fuso, con una T di 8001.100°C, può accumularsi in serbatoi a piccola profondità (<10 km).
Gradiente geotermico
In ogni punto della Terra la temperatura aumenta con la profondità. Il gradiente
geotermico medio è di circa 33 °C/km, ma può arrivare anche a valori dieci
volte superiori nelle zone “calde” al di sopra di serbatoi magmatici.
Il gradiente geotermico scende invece a valori di 10-20 °C/km nelle zone
“fredde” situate nelle aree geologicamente stabili, lontane dalle frontiere sia
divergenti che convergenti tra zolle litosferiche
Mappa del flusso di calore in Italia
L’Italia è un Paese
geologicamente giovane,
con molti vulcani attivi.
Il bacino del Mar Tirreno e la
fascia occidentale, tirrenica,
della penisola ospitano
vulcani attivi o recenti (es.
Etna, Stromboli, Vesuvio,
Amiata).
Queste zone, dove il flusso di
calore è elevato, hanno una
spiccata vocazione
geotermica.
Classificazione delle risorse geotermiche
L’entalpia esprime la quantità di energia termica di una data massa di fluido
Risorsa
Convenzionali
T °C
Alta entalpia
150 - 375
Generazione di elettricità
Media entalpia
90 - 150
Elettricità con sistemi binari,
utilizzando fluido di servizio a bassa
T di vaporizzazione (es. isobutano)
Bassa e bassissima entalpia
13 - 90
Agricoltura, industria,
riscaldamento/affrescamento
> 200
Generazione di elettricità
Usi principali
Non convenzionali
EGS – Enhanced geothermal
systems
Sistemi supercritici o
geopressurizzati
> 375
Generazione di elettricità
Schema di campo geotermico di entalpia alta o media
Sorgente di calore = intrusione magmatica
Serbatoio = rocce permeabili contenenti acqua di ricarica meteorica
Copertura = strato di rocce impermeabili (es. argille)
Generazione di
elettricità da sistemi:
• a vapore secco
(Larderello, The
Geysers)
• ad acqua dominante
(la maggioranza dei
campi)
• di media entalpia
(90-150°C) uso di
sistemi binari, ORC
Geotermia in Italia: produzione elettrica
La prima produzione di elettricità da fluidi
geotermici fu sperimentata nel 1904 a Larderello
Dopo più di un secolo l’Italia è ancora il
primo produttore in Europa (sesto nel mondo)
La geotermia fornisce il 25% del fabbisogno
elettrico della Toscana
Petrolio risparmiato = 1.100.000 ton/anno
Riduzione emissione CO2 = 3,8 milioni ton/anno
Energia geotermoelettrica in Europa 2015
Capacità installata (Mwe) Produzione annuale (GWh)
1. Italia
916
5660
2. Islanda
665
5245
3. Turchia
Tot. Europa
397
2133
3127
14821
Usi termici diretti della geotermia in Italia
(Capacità totale = 1014 MWt Utilizzazione = 2412 GWh/anno)
Uso
Impianti principali
Termale e balneologico
32%
Abano Terme, Ischia
Teleriscaldamento
toscani,
22%
Impianti geotermici
Ferrara, Grado
Piscicultura
16%
Orbetello
Serricultura
Civitavecchia
13%
Monte Amiata,
Pompe di calore
Parma
10%
Milano, Bergamo,
Processi industriali
1%
-
-
-
La pompa di calore geotermica
Permette di trasferire ad un edificio l’energia termica del sottosuolo
Utilizza energia elettrica ma per ogni KWh elettrico consumato
fornisce 4-6 KWh termici. Può far risparmiare fino al 75% della
bolletta energetica annua.
Gli ambienti possono essere riscaldati d’inverno e affrescati
d’estate e si può anche produrre acqua calda sanitaria. La
tecnologia non genera alcuna emissione di gas serra. Non
emette fumi, odori, rumori e non produce fiamma.
È il settore di più grande
espansione perché può
utilizzare risorse
geotermiche di entalpia
bassa o bassissima (T
anche <20°C)
Progetti geotermici pilota
Benché molto meno inquinante degli impianti che producono energia elettrica da
combustibili fossili e nonostante le nuove tecnologie per l’abbattimento dell’H2S,
il più fastidioso dei gas emessi, i problemi ambientali connessi allo scarico libero
dei gas in atmosfera hanno ostacolato lo sviluppo della geotermia in Italia.
L’Enel ha chiuso circa 15 anni fa la centrale di 26 MWe di Latera nel Lazio e sta
incontrando difficoltà per aumentare la produzione del campo geotermico
dell’Amiata.
Il D.lgs. 22/2011 ha introdotto la sperimentazione di impianti geotermici pilota
con le seguenti caratteristiche:
• emissioni nulle in atmosfera con obbligo della reiniezione dei fluidi nel
sottosuolo nella formazione di provenienza
• produzione di energia elettrica fino a 5 Mwe per impianto e per un totale di 50
Mwe a livello nazionale
• limite di 3 impianti sperimentali per ogni operatore.
Il successo della sperimentazione di questi impianti può aprire importanti
prospettive allo sviluppo ecocompatibile di risorse geotermoelettriche e
rappresenta un’occasione per valorizzare una delle poche risorse energetiche
nazionali con impatto pressoché nullo
Il progetto geotermico pilota di Castel Giorgio
Nel 2011 la società ITW&LKW Geotermia Italia ha presentato
al Ministero dello Sviluppo Economico istanza di permesso di
ricerca per la sperimentazione di due impianti geotermici
pilota denominati Castel Giorgio e Torre Alfina, ubicati
rispettivamente nella Regione Umbria e nella Regione Lazio.
I due impianti sono relativi ad un unico campo geotermico
esplorato da ENEL negli anni ‘70-’80 (concessione Torre
Alfina).
Nell’aprile 2015 il Ministero dell’Ambiente ha approvato, con
prescrizioni, la VIA per il progetto Castel Giorgio ed ha
attualmente in esame quella del progetto Torre Alfina.
È in corso il rilascio del titolo minerario per Castel Giorgio.
Modello geotermico del campo di Torre Alfina
•
Serbatoio geotermico in alto strutturale di rocce carbonatiche permeabile
per fratturazione
• Copertura impermeabile molto efficace di rocce flyschoidi
• Presenza di una cappa confinata di gas (CO2) al tetto del serbatoio (~50 bar,
spessore 100m)
•
•
T media fluido del serbatoio 140°C = sistema di media entalpia
Salinità acqua = 5.000 ppm; 2% CO2 disciolta
Elementi progettuali dell’impianto pilota
Per evitare emissioni di gas in atmosfera, il fluido
geotermico verrà mantenuto sotto una pressione (circa
40 bar) sufficiente ad impedire la liberazione di
anidride carbonica in tutto il circuito dai pozzi di
produzione a quelli di reiniezione. La CO2 rimane
sempre disciolta nel liquido.
Il calore del fluido geotermico verrà utilizzato in un
impianto ORC (Organic Rankine Cycle), utilizzando un
fluido organico di servizio in circuito chiuso.
Elementi progettuali dell’impianto pilota
L’impianto pilota è stato progettato con le seguenti specifiche:
taglia dell’impianto: 5 MWe netti
• temperatura del fluido geotermico: 140 °C
• utilizzo pompa immersa per la pressurizzazione del fluido che
impedirà anche le incrostazioni di carbonato di calcio
• assenza di emissioni in atmosfera
• consumi idrici minimi solo in fase di perforazione
• raffreddamento fluido organico mediante utilizzazione di
condensatore ad aria
• reiniezione totale del fluido estratto nella formazione di
provenienza
• predisposizione impianto per la cessione di calore per usi
civili, industriali o agricoli.
Schema circuito idraulico dell’impianto pilota
Impianto ORC
P = 43 bar
T=
60°÷80°C
P = 45
bar
T = 140
°C
recupero energia idraulica
~ 500 Kw
῀
Pozzo produttivo
Pozzo reiniettivo
Pompa
sommersa
Valvola regolazione
pressione/portata
Sovrapressione in
frattura <10 bar, NON
43bar !!!
Inserimento ambientale ORC e postazione CG3
A parità di produzione elettrica un impianto geotermico
occupa una superficie di terreno inferiore da 1/20 a 1/30
rispetto al fotovoltaico
Monitoraggio ambientale
Lo sviluppo del progetto Castel Giorgio sarà
accompagnato da un’intensa attività di
monitoraggio che comprende:
• Controllo delle emissioni di gas dal suolo e della
concentrazione in atmosfera
• Controllo dei movimenti del suolo per valutare
eventuali fenomeni di subsidenza
• Controllo della microsismicità locale, con
particolare riferimento allo studio di eventuali
fenomeni indotti dalla reiniezione.
Conclusioni
L’Italia è il Paese europeo con il più alto potenziale geotermico.
La crescita della produzione geotermoelettrica è rimasta
invariata negli ultimi 20 anni e gli usi diretti sono cresciuti in
modo insignificante.
La generazione di energia elettrica potrebbe crescere di un
fattore da 2 a 3 nei prossimi 15-20 anni. Gli usi diretti (in
particolare le pompe di calore geotermiche) potrebbero
crescere di un fattore da 6 a 7 nello stesso periodo di tempo.
Per perseguire questi obiettivi non sono necessarie risorse
pubbliche ma è fondamentale la semplificazione e lo snellimento
delle procedure.
Serve azione di classe politica consapevole, a livello nazionale e
regionale.