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Geotermia profonda per usi diretti: potenzialità e applicazioni
Bruno Della Vedova, DIA UniTs e Unione Geotermica Italiana
http://www.unionegeotermica.it/
Geotermia e fonti rinnovabili in Provincia di Verona
S. Lucia di Pescantina, Verona
11 ottobre, 2013
Dipartimento di Ingegneria e Architettura
Bruno Della Vedova: geologo geofisico
Marzio Piller: ingegnere meccanico
Eugenio Castelli: ingegnere minerario
Giuseppe Brancatelli: ingegnere ambiantale
Alberto Liuzzo Scorpo: studente PhD
Alberto Marcon: ingegnere ambientale
Gruppo Geotermia Dipartimento di Ingegneria e Architettura
Energia dalla Terra
99 % T > 1000 C
0.1 % T < 100 C
Risorse in Italia
Valutazione potenzialità
Teleriscaldamento e GHP
Impatti e sostenibilità
1/36
Dove e quali risorse
in Italia?
T-T hot spot
(<10 Ma)
2/36
T > 150 C at 2 km
T > 100 C at 2 km
Risorse sulla piattaforma <200 m (fasce retinate a colori) Risorse su isole e Sea Mt. (cerchi)
Marsili SMt.
Vavilov SMt.
Campi Flegrei Deep Drilling Project
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Risorse & Utilizzi
Potenziale geotermico enorme Presente dappertutto Sempre disponibile A limitata prof. in aree attive
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Isoterme a 500 m in pianura padana (ENEL-CNR, 1988)
http://geothopica.igg.cnr.it
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Potenziale geotermico e applicazioni
(after Genter, Huenges, 2006) 6/36
Risorse accertate e probabili, entro 2000 m di profondità 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.
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Pieghe Ferraresi Dislocazione principale: Plio. sup. – Pleist. inf.
Gradiente 0-900 m: 6,8 C/100 m
Gradiente 900-2400 m: 2,6 C/100 m Gradiente 0-1400 m: 3,1 C/100 m
Gradiente 900-3400 m: 1,7 C/100 m
SEZIONE 3 “Vigarano M. – Occhiobello”
(Martelli, Molinari, 2009)
Struttura di Casaglia
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(Castellaccio,Collareda, 2013)
Fronte del sovrascorrimento Alpino
(Verona Nord)
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Definizione dominio: natura, estensione, eterogeneità, permeabilità, …
Caratterizz. termica: Temp., K, flussi di calore conduttivi e avvettivi, …
Caratterizz. idraulica: flussi, ricarica, velocità, variabilità, qualità, …
Valutazione preliminare potenzialità della risorsa geotermica
Valutazione impatti geotecnici, idraulici, termici e ambientali
Caratterizzazione della risorsa (Permesso di ricerca, prima fase)
Geologia, idrogeologia, campo degli sforzi Geochimica Geofisica: gravimetria, magnetometria, sismica, sismologia, flusso di calore, … Sondaggi e pozzi esistenti 10/36
Miglior modello concettuale iniziale Integrazione dati prima fase
Iter Autorizzativo, regime dei vincoli, PRC, …
Valutazione Risorsa Site survey Geol.& Geof.+ 1 Pozzo espl.
Valutazione potenz. energetico simulazione risposta in esercizio
Sostenibilità 20-30 anni, interferenze, impatti, … modellistica
Valutazione del Potenziale Geotermico 1
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Perforazione 1 pozzo, logs e prove portata
Reiniezione: migliora sostenibilità idraulica e termica + riduce impatti ambientali
Test di interferenza idraulica tra i due pozzi includono:
prove pompaggio, traccianti, modellistica
Monitoraggio ambientale (acque di falda) con impianti in produzione
Mantiene capacità produttiva sorgente
Valutazione Potenziale Geotermico 2 Doppietto geotermico: produzione-reiniezione
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0
1000
2000
3000
4000
5000
0 50 100 150 200
Profilo di T [°C]; GT= 36.9 °C/km
Profilo di T, Modello B
Profilo di T, Merano-1
A
B
Dati
Pozzo Merano (2002)
(Della Vedova, 2008)
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Risorse Geotermiche Provincia di Bolzano
Stime T(z) Sud-Tirolo:
Tarati a 10 km di profondità con informazioni “regionali”
Calibrati nei primi 2300 m con dati sperimentali
Modelli numerici stazionari 1-D
Limiti dei modello e incertezze sui parametri:
T5000 ≈ 170 – 190 °C
Valutazione dell’ incertezza sulla stima di T a ~5 km
Zona A Stima delle
temperature:
Analisi di sensitività
T5000 ≈ 145 ± 10 °C
T3000 ≈ 80 - 85 °C Zona B
Zona C Prob. come zona A (?)
T3000 ≈ 100 ± 5 °C
B
A
C
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Thermal and balneology
32%
Heating and teleheating installations
27%
Fish farming 16%
Greenhouse heating
13%
Geothermal heat pump
10%
Industrial processes
1%
VENETO 38%
TOSCANA 23%
CAMPANIA 10%
ALTRE REGIONI 29%
Energia termica tot. usata 2009:
10.000 TJ (stima UGI)
Applicazioni geotermiche dirette in Italia
Tutte queste applicazioni hanno grandi margini di sviluppo
Impianti termali 32%
Riscaldamento e telerisc. 27%
Itticoltura 16%
Serricoltura 13%
Pompe di calore 10%
Processi industriali 1%
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Gotthard Base Tunnel (57 km) Simplon Tunnel (20 km)
Usi diretti: acque tunnels Alpini
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Sistemi geotermici superficiali e profondi
Efficienza Economia di gestione Sostenibilità
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District heating: Geothermal Doublets
CARBONATI PROFONDI SONO ADEGUATI A
SOSTENERE DOPPIETTI GEOTERMICI In Itala ci sono parecchi
sistemi a 1-2 km di profondità con T fra 50 e100 C
industrial residential
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ENERGIA prodotta nel 2003 Energia Geotermica 77,49 GWht 52,68% Energia dall’inceneritore 21,47 GWht 14,60% Energia dal 1 impianto a metano 46,74 GWht 31,77% Energia dal 2 impianto a metano 1,40 GWht 0,99% Energia Totale Prodotta 147,1 GWht 100 %
TELERISCALDAMENTO di FERRARA
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1 pozzo di estrazione e 1 di re-iniezione
Impianto geotermico a bassa entalpia, Altheim, Austria 1 pozzo 2300 m 1 pozzo deviato 100 l/s @ 106 °C 1 MWe ORC 10 MWt 0,047 €/kWh
Turbogeneratore Tueboden, Brescia
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Progetto Geotermia-Grado (Fondi Europei DOCUP-2 e POR-FESR 2007-2013)
1 pozzo (1110 m) completato 2008 2 pozzo (~1200 m) + rete (2013-14)
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Indagini sismiche per ubicare Grado-1
(2004-2005)
GRADO-1
Fronte Dinarico esterno
Che coinvolge piattaforma carbonatica
Calcari fratturati
Plio-Q
Paleoc-Eoc
Up. Creta
Flysch Eo
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Logging interval: 692 – 1110 m
3 RUNS comprehensive of:
DualLatero, 4CAL, TTRM, Orientation,
GR and G-Spectrometry, Density, Neutron,
Vp/Vs, XMAC, CBIL
Hanno permesso di localizzare sistemi fratturati
Perdite di circolazione
per faglie e fratture Brusco cambiamento
Proprietà Fisiche al
passaggio K-T
Logs Geofisici Grado-1
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Calcari 2 famiglie con diversa tessitura, struttura, porosità
Fratture con acqua salmastra/salata
Porosità reservoir
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Velocità, Vp/Vs e T
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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
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Pozzo di re-iniezione (1200 m) nel 2013 Rete di superfice + Scambiatori (2014) Monitoraggio termico, idraulico e sostenibilità
Prove di interferenza idraulica, tracer test (?)
POR-FESR 2007-2013
Altri doppietti geotermici si possono proporre nei reservoirs carbonatici 500 m
Teleriscaldamento di Grado
Grado-1
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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
Pro
fon
dità
(m)
Temperature (°C)
(COMSOL Multiphysics)
3-D HEAT +FLUID FLOW MODELLING
(Comsol Multiphysics)
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Permeabiltà è critica
RE-INIEZIONE EMUNGIMENTO RE-INIEZIONE EMUNGIMENTO
Alta permeabilità Bassa permeabilità
time: 50 anni
ANALISI DI SENSITIVITA’
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Individuare aree con buone potenzialità
Eseguire indagini geofisiche per identificare strutture, orientazione
delle fratture … campi sonde e ubicazione dei pozzi IN/OUT
Pozzi di derivazione e re-immissione si devono collegare
idraulicamente permeabilità
Impatti: subsidenza, depauperamento risorse, impatti ambientali
re-iniezione totale
Poca esperienza ind. e limitata competizione per questi impianti
Costi elevati e rischio minerario
Progetti geotermici: sfide
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Produzione costante senza variazioni temporali
Bassi costi di gestione
Ottimo potenziale per integrazione con altre fonti
Potenziale per un’alta efficienza
Limitato impatto (cfr impianti eolici/carbone)
Basse emissioni (cfr impianti a gas/carbone)
VANTAGGI degli impianti geotermici
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Commenti conclusivi ….
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Risorse di bassa-media temperatura: presenti su tutto il territorio
nazionale, zone costiere ed offshore, anche sul lato Adriatico
Buone prospettive di crescita per usi diretti del calore: condizionamento, usi termali, serre, allevamenti, usi industriali
Necessità di normativa specifica in diverse regioni (ad es. per sonde geotermiche)
Scambio sostenibile di calore con il serbatoio geotermico: realizzato con il medesimo tasso con il quale il calore si rigenera
Per dimensionamento efficiente e duraturo è necessario conoscere le condizioni del sito, progettare con rigore e ottimizzare il funzionamento dell’impianto durante i primi 1-2 anni