Potenzialità della Geotermia in Italia:

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
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.
Risorse accertate e
probabili entro 1-2 km
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
320 °C
Profilo NapoliGargano
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 (*).
MegaWatt prodotti nel 2010
3.086
1.904
1.197
*I dati sono riferiti al 2010
Stati
Uniti
958
Filippine Indonesia Messico
843
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
Reservoir più sup.
2007
2004
2001
1998
1999: Montieri 1
1995
1992
1989
1986
1983
1980
1977
1974
1971
1968
1931: Soffionissimo
1965
1962
1959
1956
1953
1950
1947
1944
1941
1938
1935
1932
1929
6000
1926
1923
1920
4000
1917
1914
(Cappetti G., Romagnoli P., Sabatelli F. - 2010 – Geotherma power generation in Italy – WGC , 2010
Produzione
geotermoelettrica in Italia
The Geysers
GWh
5000
Esplorazione profonda 3-4 km
Stimolazione e re-iniezione
3000
2000
1000
0
Reservoir prof. e reiniezione
17/50
Nuove richieste di permessi in Italia
9
120 nuove Richieste di Permessi
di Ricerca (2010-2012) (in rosso)
5
4
10 Richieste per Impianti
sperimentali (in blu)
7
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:
Geothermal
heat pump
10%
Greenhouse
heating
13%
Fish farming
16%
12.600 TJ (stima UGI)
Industrial
processes
1%
Thermal and
balneology
32%
Heating and
teleheating
installations
27%
Impianti termali
Riscaldamento e telerisc.
Itticoltura
Serricoltura
Pompe di calore
Processi industriali
32%
27%
16%
13%
10%
1%
VENETO
38%
TOSCANA
23%
CAMPANIA
10%
ALTRE REGIONI
29%
Tutte queste applicazioni hanno grandi margini di sviluppo
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 MWe ORC
► 1 pozzo deviato
► 10 MWt
Turbogeneratore Tueboden, Brescia
► 100 l/s @ 106 °C
► 4,7 cent €/kWh
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
Other geothermal doublets
may be proposed in Italy
500 m
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
Flysh & Molasse
capping rocks
CESAROLO-1
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)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
(Comsol
Multiphysics)
500
1000
Profondità (m)
1500
2000
2500
3000
3500
(COMSOL Multiphysics)
30/50
110
THERMO FLUID-DYNAMIC MODELLING
G1 Re-injection well
G2 Production well
G1
Fracture
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
Jahr
9100
8200
8000
2002
2003
2004
12000
1995
9200
12200
1994
2001
12400
1993
9400
12600
1992
2000
12800
1991
9600
13000
1990
1999
13200
1989
9800
13400
1988
1998
13600
1987
10000
14200
1986
1997
15000
1985
4000
4100
4200
4300
3600
3700
3800
7560 3500
7680
7800
8160
8160
8400
8400
8400
4500
4600
4700
120 m
3900
8400
8640
8640
9000
5000
4900
5600
5400
5100
5800
6000
5700
5500
5300
4800
4400
11040
11280
11520
11760
12000
12600
5200
13800
14400
15000
13200
10560
8400
16000
1984
10000
17000
1983
20000
1996
18000
0
1982
7.6 kW
19000
PdC
1981
10000
15600
30000
20000
40000
1980
CHF
Evoluzione dei costi (al netto dell‘inflazione) per sistema
di riscaldamento geotermico in Svizzera 1980-2004
[Cortesia Prof. L. Rybach]
Scambiatore
Connessioni
12k €
40/50
Human generated RES to run a heat pump
…
41/50
Usi diretti: sistemi a circuito aperto
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
Teleriscaldamento
(Ferrara, Grado, ..)
Stadio del Ghiaccio
Pontebba, ….
42/50
IMPIANTO GEOTERMICO A CIRCUITO APERTO
STADIO DEL GHIACCIO DI PONTEBBA
Prelievo in falda
2 pozzi di derivazione
Re-immissione
1 pozzo di re immissione
2 PdC da 350 kW
43/50
44/50
Critical conditions for pumping
Wells: Simulation in dry season
D1+D2=72 l/s
R=72 l/s
K=1x10-3 m/s,KFella=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!
[email protected]
http://www.unionegeotermica.it/
http://www.egec.org/
50/50