Energia geotermica

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

ENERGIA GEOTERMICA LA TERRA È COSTITUITA DA UN NUCLEO CALDO (6.000°C) DI ELEVATISSIMA DENSITÀ (11 g/cm3) SUDDIVISO IN NUCLEO INTERNO ED ESTERNO, CIRCONDATO DA UN MANTELLO DI CIRCA 3.000 km DI SPESSORE. IL TRATTO PIÙ ESTERNO, CHIAMATO CROSTA TERRESTRE, HA UNO SPESSORE DI CIRCA 35 km IN CORRISPONDENZA DEI CONTINENTI E DI 5 km OVE INSISTONO GLI OCEANI.

IL CALORE DISPERSO IN QUESTO STRATO È GENERATO DAL DECADIMENTO RADIOATTIVO DI ALCUNI ELEMENTI (238U, 235U, 232TH, 40K, CON TEMPI DI DIMEZZAMENTO NELL’ORDINE DEL MILIARDO DI ANNI) E DALLA RISALITA DI CALORE DAGLI STRATI PIÙ INTERNI CHE DIVIENE PREDOMINANTE NEI PRESSI DEGLI ASSOTTIGLIAMENTI DELLA CROSTA STESSA. LA CROSTA TERRESTE È SUDDIVISA IN ZOLLE (O PLACCHE) GALLEGGIANTI SUL MANTELLO A CAUSA DELLA LORO MINORE DENSITÀ (2,7-3,0 g/cm3 CONTRO I 3,3 g/cm3) IN MOVIMENTO RECIPROCO (TETTONICA A ZOLLE).

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

MOSAICO DI PLACCHE E PRINCIPALI SISTEMI GEOTERMICI (BOWEN, 1989)

1

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

NELLE ZONE DI SUBDUZIONE E NEI PRESSI DELLE FESSURAZIONI SI HANNO RISALITE DI MAGMA DIRETTAMENTE DAL MANTELLO E CONSEGUENTE FORMAZIONE DI ATTIVITÀ VULCANICA. I VULCANI, UNA VOLTA TERMINATO IL CICLO ATTIVO, LASCIANO IL CAMPO AD UNA SERIE DI FENOMENI SECONDARI OVE NON SI HA PIÙ FUORIUSCITA DI LAVA MA SUSSISTONO DELLE ZONE DI ANOMALIA TERMICA CHE SI MANIFESTANO SOTTOFORMA DI FLUIDI BOLLENTI (GEYSER, SORGENTI CALDE, SOFFIONI).

FENOMENI GEOTERMICI

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

2

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

I SISTEMI GEOTERMICI

IL NORMALE GRADIENTE DI TEMPERATURA CHE SI OSSERVA PROCEDENDO VERSO L’INTERNO DELLA CROSTA TERRESTRE È DI 3°C/100 m; QUANDO TALE GRADIENTE È PIÙ MARCATO SIAMO IN PRESENZA DELLE AREE DI ANOMALIA TERMICA OVE SI HA ACCUMULO DI ENERGIA, OVVERO DI SISTEMI GEOTERMICI. LE AREE TERMICAMENTE ANOMALE SONO MOLTO PIÙ ESTESE DI QUELLE ATTUALMENTE COLTIVATE AD USI ENERGETICI (CAMPI GEOTERMICI).

LA CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI GEOTERMICI È LA SEGUENTE: •

SISTEMI IDROTERMALI

•

SISTEMI GEOPRESSURIZZATI

•

ROCCE CALDE SECCHE

•

SISTEMI MAGMATICI

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

I SISTEMI IDROTERMALI COSTITUISCONO IL CASO PIÙ FREQUENTE. SI POSSONO MANIFESTARE IN DIVERSE FORME A SECONDA DELLA TEMPERATURA DEL FLUIDO E DELLE SUE CARATTERISTICHE CHIMICHE (CONCENTRAZIONE DI SALI, ACIDITÀ, PRESENZA DI GAS). LA SORGENTE DI CALORE È UN’INTRUSIONE MAGMATICA).

I SISTEMI IDROTERMALI SONO I PIÙ UTILIZZATI SIA NELLA PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA CHE NEGLI IMPIEGHI DIRETTI.

SI DISTINGUONO IN DUE GRUPPI:

•

SERBATOI AD ACQUA DOMINANTE

•

SERBATOI A VAPORE DOMINANTE

3

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

I SISTEMI IDROTERMALI SERBATOI AD ACQUA DOMINANTE I SERBATOI AD ACQUA DOMINANTE PRODUCONO FLUIDI COSTITUITI DA ACQUA IN FASE LIQUIDA OPPURE MISCELE DI ACQUA E VAPORE. NEL SERBATOIO È PRESENTE ACQUA A TEMPERATURA E PRESSIONE ELEVATE. POSSONO ESSERE SUDDIVISI IN DUE TIPI: SISTEMI AD ACQUA CALDA E SISTEMI A VAPORE UMIDO. I PRIMI SONO QUELLI A TEMPERATURA PIÙ BASSA, L’ACQUA CHE RAGGIUNGE LA SUPERFICIE HA TEMPERATURE TRA I 30 ED I 100°C. IN PROFONDITÀ SI HANNO TEMPERATURE SUPERIORI COMUNQUE SEMPRE INFERIORI A QUELLA DI EBOLLIZIONE ALLA PRESSIONE ALLA QUALE L’ACQUA VIENE A TROVARSI. NEI SECONDI, IL SERBATOIO PRESENTA UNA COPERTURA CON ROCCE IMPERMEABILI CHE OSTACOLANO IL FLUSSO VERSO LA SUPERFICIE E METTONO IL SISTEMA IN PRESSIONE. L’ACQUA SALE VERSO LA SUPERFICIE INCONTRANDO PRESSIONI SEMPRE PIÙ BASSE, ALLA RAPIDA CADUTA DI PRESSIONE NON NE CORRISPONDE UNA DI TEMPERATURA, SINO A QUANDO LA TENSIONE DI VAPORE DEL LIQUIDO RAGGIUNGE IL VALORE DELLA PRESSIONE SOVRASTANTE PRODUCENDO L’EBOLLIZIONE (FLASH): IN SUPERFICIE ARRIVA UNA MISCELA DI ACQUA E VAPORE. SORGENTI BOLLENTI E GEYSER NE SONO MANIFESTAZIONI TIPICHE.

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

I SISTEMI IDROTERMALI SERBATOI A VAPORE DOMINANTE I SERBATOI A VAPORE DOMINANTE (ANCHE CHIAMATI A VAPORE SECCO O SURRISCALDATO) SONO SIMILI AI PRECEDENTI E HANNO UNA COPERTURA DEL SERBATOIO CON ROCCE IMPERMEABILI. ACQUA E VAPORE COESISTONO MA IL VAPORE È LA FASE CONTINUA E PREVALENTE (ARRIVANDO A SUPERARE IL 98% DELLA MASSA TOTALE DEL FLUIDO) E GENERA LA PRESSIONE A LIVELLO DEL SERBATOIO CHE, PERTANTO, SI MANTIENE COSTANTE CON LA PROFONDITÀ.

IL VAPORE SATURO UMIDO, MESCOLATO AD ANIDRIDE CARBONICA E IDROGENO SOLFORATO A TEMPERATURE DI CIRCA 200-400°C NEL SERBATOIO, SALENDO IN SUPERFICIE ATTRAVERSO LE ROCCE DIVIENE VAPORE SURRISCALDATO ED ESCE CON ELEVATE PRESSIONI (ANCHE 5-10 BAR) E GRANDI TEMPERATURE (OLTRE 250°C). ESSENDO IL VAPORE LA FASE CON VALORE ENERGETICO PIÙ ELEVATO E NON RICHIEDENDO L’ELIMINAZIONE DEL LIQUIDO, QUESTI SISTEMI RAPPRESENTANO LA RISORSA PIÙ RICERCATA PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA.

4

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

I SISTEMI GEOPRESSURIZZATI SI TROVANO IN BACINI SEDIMENTARI DOVE LA SEDIMENTAZIONE È STATA RELATIVAMENTE RAPIDA E SENZA ESPULSIONE DEI FLUIDI INTERSTIZIALI (CHE SI POSSONO TROVARE SINO A PROFONDITÀ DI 4-6 km).

LA PRESSIONE DEL SISTEMA PUÒ ARRIVARE A VALORI SUPERIORI A 100 MPa (1.000 atm).

LE AREE INTERESSATE DA QUESTO TIPO DI FENOMENO POSSONO ESSERE ANCHE MOLTO ESTESE. LA NECESSITÀ DI SPINGERSI SEMPRE PIÙ IN PROFONDITÀ PER LA RICERCA DI NUOVI GIACIMENTI DI IDROCARBURI HA PORTATO ALLA SCOPERTA DI SERBATOI GEOPRESSURIZZATI IN TUTTO IL MONDO. L’ELEMENTO CHE NE LIMITA LO SFRUTTAMENTO PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA VA RICERCATO NELLA SCARSA CAPACITÀ DI MANTENERE COSTANTI LE PORTATE DI FLUIDO SE NON REGOLANDOLE SU VALORI TROPPO BASSI PER ESSERE ECONOMICAMENTE CONVENIENTI.

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

I SISTEMI SISTEMI GEOTERMICI A SECCO (HOT DRY ROCKS) LE ROCCE CALDE SECCHE (200-400°C) POSSONO TROVARSI IN SISTEMI A BASSA PERMEABILITÀ, NEI QUALI SI È INTRUSO UN CORPO MAGMATICO O NEL CORPO MAGMATICO STESSO, IN FASE DI RAFFREDDAMENTO AVANZATO. LE ROCCE POSSONO ESSERE “COLTIVATE” IMMETTENDO ACQUA DOPO AVER CREATO IDONEI SERBATOI ARTIFICIALI NEL SOTTOSUOLO O DOPO AVERLI “STIMOLATI” FESSURANDO LE ROCCE POMPANDO ACQUA A PRESSIONE MOLTO ELEVATA.

SCHEMA DI IMPIANTO E DI CIRCOLAZIONE DI FLUIDI (GRISBY ET AL., 1989)

5

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

IMPIEGO DELLA RISORSA GEOTERMICA

SISTEMI GEOTERMICI AD ALTA ENTALPIA: PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA (USI INDIRETTI), È IL PRINCIPALE IMPIEGO DELLA FONTE GEOTERMICA MA NON L’UNICO. SISTEMI GEOTERMICI A MEDIA ENTALPIA: PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA TERMICA E/O ELETTRICA (USI CIVILI O PER L’IMPIEGO IN PROCESSI INDUSTRIALI).

SISTEMI GEOTERMICI A BASSA ENTALPIA: PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA TERMICA (USI DIRETTI) PER IL RISCALDAMENTO/RAFFRESAMENTO CIVILE MEDIANTE L’USO DI SONDE GEOTERMICHE E SPECIFICI IMPIANTI.

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

6

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

IMPIANTI GEOTERMOELETTRICI

AI FINI DELLA PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA LA MATERIA PRIMA È IL VAPORE: PER QUESTA RAGIONE I CAMPI A VAPORE DOMINANTE SONO I PIÙ PREGIATI. IN ESSI IL VAPORE PUÒ ESSERE INVIATO DIRETTAMENTE ALLA TURBINA, DOPO AVER RISOLTO EVENTUALI PROBLEMI CAUSATI DALLA PRESENZA DI SOSTANZE AGGRESSIVE, CON CENTRALI COSTITUITE SEMPLICEMENTE DAL GRUPPO TURBINA-GENERATORE, CON SCARICO LIBERO IN ATMOSFERA. I CICLI IMPIEGANTI FLUIDI GEOTERMICI A VAPORE DOMINANTE SONO TRE: •

FLASH SINGOLO SENZA CONDENSAZIONE (SINGLE FLASH NON CONDENSING)

•

FLASH SINGOLO CON CONDENSAZIONE (SINGLE FLASH CONDENSING)

•

DOPPIO FLASH CON CONDENSAZIONE (DUAL FLASH CONDENSING)

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

IMPIANTI A FLASH SINGOLO SENZA CONDENSAZIONE NEL SEPARATORE AVVIENE L’EBOLLIZIONE (FLASH), IL FLUIDO GEOTERMICO SI DIVIDE IN VAPORE, INVIATO IN TURBINA, E COMPONENTE LIQUIDA, CHE VIENE REINIETTATA. ALL’USCITA DELLA TURBINA IL VAPORE ED I GAS DI SCARICO SONO LIBERATI DIRETTAMENTE IN ATMOSFERA (BACKPRESSURE) ATTRAVERSO UN CAMINO DOTATO DI SILENZIATORE. L’ESTRAZIONE DI CALORE NON È OTTIMIZZATA, TUTTAVIA SI HA IL VANTAGGIO DI UNA RAPIDA INSTALLAZIONE A COSTI RELATIVAMENTE CONTENUTI. IN PRESENZA DI UN’ELEVATA PERCENTUALE (10-15% IN PESO) NEL FLUIDO GEOTERMICO DI GAS INCONDENSABILI, POSSONO RAPPRESENTARE LA SOLUZIONE OTTIMALE.

7

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

IMPIANTI A FLASH SINGOLO CON CONDENSAZIONE I GAS DI SCARICO SONO INVIATI TRAMITE IMPIANTO A TENUTA AD UN CONDENSATORE CHE, PROVOCANDONE LA LIQUEFAZIONE PER MEZZO DI PIOGGIA DI ACQUA FREDDA, CREA UNA DEPRESSIONE IN TURBINA. L’AGGIUNTA DI UN CONDENSATORE RADDOPPIA LA POTENZA DELL’IMPIANTO A PARITÀ DI CONSUMO DI VAPORE E, CONTEMPORANEAMENTE, AUMENTA COMPLESSITÀ E COSTI. L’AUMENTO DI EFFICIENZA È DOVUTO AL FATTO CHE IL VAPORE VIENE FATTO ESPANDERE NELLA TURBINA DALLA DEPRESSIONE DEL CONDENSATORE, MANTENUTO POCO AL DI SOTTO DI 0,1 BAR. L’ACQUA VIENE QUINDI INVIATA ALLA TORRE DI RAFFREDDAMENTO. SPESSO VI È UN SISTEMA DI ESTRAZIONE A DOPPIO STADIO PER LA RIMOZIONE DEI GAS INCONDENSABILI DAL CONDENSATORE, COSTITUITO DA TUBI DI VENTURI CHE IMPIEGANO LA PRESSIONE DEL VAPORE PER PRODURRE VUOTO IN GRADO DI ESTRARRE GAS. IL GETTO IN USCITA DAGLI EIETTORI VIENE A SUA VOLTA CONDENSATO.

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

LA COMPONENTE GASSOSA PUÒ ESSERE SOTTOPOSTA ALL’ABBATTIMENTO DELL’H2S CON UNO DEI SISTEMI DISPONIBILI PER POI ESSERE INVIATA ALLA TORRE DI RAFFREDDAMENTO PER LA DISPERSIONE IN ARIA. IN ALTERNATIVA AGLI EIETTORI, POSSONO ESSERE INSTALLATI UNO O PIÙ COMPRESSORI CENTRIFUGHI. I COSTI DI ISTALLAZIONE E DI ESERCIZIO DEI SISTEMI DI ESTRAZIONE DEI GAS VENGONO RECUPERATI ATTRAVERSO UNA RIDUZIONE DEI CONSUMI DI VAPORE A PARITÀ DI ENERGIA PRODOTTA.

8

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

IMPIANTI A DOPPIO FLASH

GLI IMPIANTI A DOPPIO FLASH PERMETTONO UNA MIGLIORE UTILIZZAZIONE DELL’ENERGIA DA UN PUNTO DI VISTA TERMODINAMICO, PRESENTANO DUE SEPARATORI IN SERIE CHE LAVORANO RISPETTIVAMENTE A PRESSIONE PIÙ ALTA (5–7 BAR) E PIÙ BASSA (2 BAR); NEL SECONDO VIENE PRODOTTO NUOVO VAPORE CHE VIENE INVIATO AD UN’ALTRA TURBINA CON INCREMENTO DI ENERGIA PRODOTTA SUPERIORE AL 50%.

SPESSO QUESTI IMPIANTI PRESENTANO UN SISTEMA DI ELIMINAZIONE DEI GAS INCONDENSABILI DAL CONDENSATORE CHE VENGONO EMESSI IN ATMOSFERA PREVIO ABBATTIMENTO DEGLI INQUINANTI.

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

SCHEMA DI IMPIANTO TIPO

POZZI DI ESTRAZIONE – CONSENTONO ESTRARRE I FLUIDI GEOTERMICI

DI

TURBINA – CONSENTE LA TRASFORMAZIONE DELL'ENERGIA DEL VAPORE (PRESSIONE) IN ENERGIA MECCANICA ALTERNATORE - L'ENERGIA MECCANICA VIENE TRASFORMATA IN ENERGIA ELETTRICA TRASFORMATORE - INNALZA IL VALORE DELLA TENSIONE E LA IMMETTE NELLA RETE DI DISTRIBUZIONE

CONDENSATORE - IL VAPORE VIENE CONDENSATO DALL'ACQUA FREDDA PROVENIENTE DALLA TORRE DI REFRIGERAZIONE E DISTRIBUITA DA UGELLI SPRUZZATORI. L'ACQUA DI CONDENSA VIENE RACCOLTA IN UNA ZONA DETTA "POZZO CALDO" POMPA - ESTRAE L’ACQUA DI CONDENSA DAL POZZO CALDO E LA INVIA ALLA TORRE DI RAFFREDDAMENTO TORRE DI RAFFREDDAMENTO – AL SUO INTERNO L’ACQUA DI CONDENSA CEDE CALORE ALL'ATMOSFERA E LA SUA TEMPERATURA SI ABBASSA PER RICOMINCIARE IL CICLO NEL CONDENSATORE POZZI DI REINIEZIONE – L'ACQUA DI SCARICO VIENE REINIETTATA IN PROFONDITÀ NEL SERBATOIO, MANTENENDO COSÌ LA PRESSIONE DEL SERBATOIO ED EVITANDO L'INQUINAMENTO DI FALDE O CORSI D'ACQUA IN SUPERFICIE

9

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

CAPACITÀ DEGLI IMPIANTI IN PASSATO SI CONSIDERAVANO SFRUTTABILI FLUIDI CON TEMPERATURE DI ALMENO 177°C (TEMPERATURA MINIMA PER LA PRODUZIONE DEL VAPORE), LA MODERNA TECNOLOGIA SI È SVILUPPATA IN MODO DA CONSENTIRE LO SFRUTTAMENTO DI FLUIDI A PIÙ BASSA TEMPERATURA. CON QUESTI IMPIANTI SI PRODUCE ENERGIA ELETTRICA DA FLUIDI A BASSA ENTALPIA. UNA POSSIBILITÀ SAREBBE UTILIZZARE ACQUA A TEMPERATURE MINORI DI 100°C, CIÒ COMPORTEREBBE GRANDI CONSUMI: ANCHE 400 kg/kWh. A PARITÀ DI CONDIZIONI DI IMPIANTO, UN FLUIDO PIÙ FREDDO, E QUINDI CON MINOR CONTENUTO CALORICO, DOVRÀ ESSERE FATTO AFFLUIRE CON MAGGIORE PORTATA PER SVILUPPARE LA STESSA POTENZA. TEMPERATURA DEL FLUIDO [°C]

FLUSSO IN ARRIVO [t/ora]

POTENZA SVILUPPATA [MWe]

190 170 150 130

7,5 98 138 233

1 1 1 1

TEMPERATURA E FLUSSO DI FLUIDO NECESSARI PER SVILUPPARE LA POTENZA DI 1 MWe (SHULMAN, 1995; LAZZERI ET AL., 1995)

10

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

IN GENERALE PER PRODURRE UN kWh DI ENERGIA ELETTRICA OCCORRONO IN UN MODERNO IMPIANTO CIRCA 2.200 kCal (PARI A 0,314 kg DI CARBONE) CON UN CONSUMO DI FLUIDO DIVERSO A SECONDA DEL TIPO DI IMPIANTO.

TIPO DI FLUIDO

TIPO DI IMPIANTO

CONSUMO [kg/kWh]

VAPORE SECCO

CONDENSAZIONE

6-9

VAPORE SECCO

SCARICO LIBERO

12-15

MISCELA ACQUA/VAPORE

SINGOLO FLASH

40-80

MISCELA ACQUA/VAPORE

DOPPIO FLASH

30-60

MISCELA ACQUA/VAPORE

CICLO BINARIO (BASSA ENTALPIA)

80-300

CONSUMO DI FLUIDO PER PRODURRE 1 kWh (SOMMARUGA E VERDINI, 1995)

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

PROBLEMI TECNOLOGICI

NELL’AMBITO DELLE VALUTAZIONI INERENTI AD UN PIÙ RAZIONALE SFRUTTAMENTO DELLE RISORSE GEOTERMICHE ED ALL’EFFETTIVA FATTIBILITÀ DEI PROGETTI, OCCORRE ANCHE AVERE PARTICOLARE RIGUARDO AI DANNI CHE POSSONO ESSERE PRODOTTI ALLE COMPONENTI IMPIANTISTICHE, NEL CORSO DEL LORO ESERCIZIO, DOVUTI ALLA NATURA CHIMICO-FISICA DEI FLUIDI GEOTERMICI. I DUE PRINCIPALI PROBLEMI CHIMICI E METALLURGICI RIGUARDANO I FENOMENI DI CORROSIONE DEI MATERIALI E DI EUTROFIZZAZIONE DEGLI IMPIANTI DOVUTI AL TRASPORTO IN SUPERFICIE DA PARTE DEL FLUIDO GEOTERMICO DI UNA SERIE DI COMPOSTI MINERALI CHE PERMETTONO LO SVILUPPO DI GRUPPI MICROBICI A VOLTE COMPLETAMENTE DIVERSI FRA LORO.

11

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

PROBLEMI TECNOLOGICI LA CORROSIONE

LA CORROSIONE MICROBICA PUÒ MANIFESTARSI IN DUE FORME FONDAMENTALI: DIRETTA ED INDIRETTA. NELLA CORROSIONE DI TIPO DIRETTO IL SUBSTRATO È PARTE INTEGRANTE DEL METABOLISMO MICROBICO. AD ESEMPIO, IL FERRO, IN PARTICOLARI CONDIZIONI, VIENE UTILIZZATO ALLO STATO RIDOTTO ED OSSIDATO BATTERIOLOGICAMENTE. TALE REAZIONE VITALE PER QUESTI MICRORGANISMI, IN QUANTO FONTE DI ENERGIA LIBERA, PORTA ALLA FORMAZIONE DI OSSIDI (RUGGINE).

NELLA CORROSIONE DI TIPO INDIRETTO INVECE, IL MATERIALE VIENE ATTACCATO DAI METABOLITI MICROBICI ED IL SUBSTRATO NON PARTECIPA CHE CASUALMENTE ED INDIRETTAMENTE AL METABOLISMO MICROBICO. È IL CASO DEI SOLFOBATTERI CHE PRODUCONO ACIDO SOLFORICO DALLO ZOLFO MOLECOLARE CHE ATTACCA INDISTINTAMENTE TUTTI I MATERIALI CON I QUALI VIENE A CONTATTO CHE REAGISCONO CON TALE ACIDO.

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

PROBLEMI TECNOLOGICI IL FOULING MICROBICO

CONSISTE IN UNO SVILUPPO DI MICRORGANISMI, SENZA CHE I MATERIALI VENGANO SOSTANZIALMENTE CORROSI, MA CON GENERAZIONE DI UNA MASSA ORGANICA CHE VIENE A COSTITUIRE UN SERIO INCONVENIENTE PER IL REGOLARE FUNZIONAMENTO DI MACCHINE ED IMPIANTI.

12

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

BARRIERE ALLO SVILUPPO DELLA GEOTERMIA LE GRANDI POTENZIALITÀ DI SVILUPPO DELL’ENERGIA GEOTERMICA POSSONO TROVARE UN LIMITE NELLA SENSIBILITÀ MATURATA DALLE COMUNITÀ LOCALI SULLE QUESTIONI DI IMPATTO AMBIENTALE. L’IMPATTO AMBIENTALE NELL’UTILIZZO DI ENERGIA GEOTERMICA DEVE RIFERIRSI SIA AGLI EFFETTI TOSSICI SULLE FORME BIOTICHE DA PARTE DI ELEMENTI E COMPOSTI CONTENUTI NEI FLUIDI PORTATI IN SUPERFICIE, CHE AGLI EFFETTI DI TIPO GEOFISICO E GEOLOGICO. QUELLA GEOTERMICA È UNA RISORSA (PARZIALMENTE) RINNOVABILE AD IMPATTO AMBIENTALE NON NULLO. A PARTE L’IMPATTO SUL PAESAGGIO, GLI EFFETTI SULL’AMBIENTE SONO DOVUTI AI COSTITUENTI DEI FLUIDI GEOTERMICI ED A POSSIBILI FENOMENI DI SUBSIDENZA E SISMICITÀ INDOTTI DALLO SFRUTTAMENTO DEI CAMPI. CIÒ IMPONE DI SCIOGLIERE IL NODO DELLA COMPATIBILITÀ TRA SVILUPPO DELLA GEOTERMIA E TUTELA AMBIENTALE, È QUINDI INDISPENSABILE UNA VALUTAZIONE COSTI/BENEFICI ALLARGATA AGLI ASPETTI SOCIO-ECONOMICI ED AMBIENTALI OLTRE CHE A QUELLI PURAMENTE TECNICI E FINANZIARI.

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

BARRIERE ALLO SVILUPPO DELLA GEOTERMIA EFFETTI SULL’AMBIENTE I FLUIDI GEOCHIMICI SONO ESSENZIALMENTE COMPOSTI DA ACQUA CALDA, VAPORE E DA UNA MINIMA PERCENTUALE DI GAS NON CONDENSABILI, CHE VARIA AMPIAMENTE DA ZONA A ZONA. TALE PORZIONE È COSTITUITA PREVALENTEMENTE DA CO2 E H2S, MA POSSONO ESSERE PRESENTI ANCHE PICCOLE QUANTITÀ DI CH4, N2, H2, NH3, H3BO3 E TRACCE DI ELEMENTI RADIOATTIVI. IN BASE A TALE COMPOSIZIONE CHIMICO-FISICA, GLI EFFETTI AMBIENTALI CHE SI SONO MANIFESTATI POSSONO ESSERE INDIVIDUATI E RAGGRUPPATI NELLE SEGUENTI CATEGORIE PRINCIPALI: •

EFFETTI DOVUTI AI COSTITUENTI MAGGIORI DEI FLUIDI GEOTERMICI;

•

EFFETTI DOVUTI AI COSTITUENTI MINORI ED IN TRACCIA (SIA STABILI CHE RADIOATTIVI) DEI FLUIDI GEOTERMICI;

•

EFFETTI ASCRIVIBILI ALLA SUBSIDENZA E SISMICITÀ;

•

EFFETTI DOVUTI A DISTURBI SUPERFICIALI (RUMORE, TRASFORMAZIONE DEL TERRITORIO, DANNI AL PAESAGGIO).

13

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

EFFETTI DOVUTI AI COSTITUENTI MAGGIORI DEI FLUIDI GEOTERMICI IDROGENO SOLFORATO

È IL PIÙ PERICOLOSO TRA I GAS INCONDENSABILI PRESENTI NEI FLUIDI GEOTERMICI PER LA SUA TOSSICITÀ (OLTRE ALLA SUA CARATTERISTICA DI PRODURRE “CATTIVO ODORE”). QUANDO È PRESENTE AD ELEVATE CONCENTRAZIONI PRODUCE LA PARALISI DEI NERVI OLFATTIVI IN CASO DI ESPOSIZIONE PROLUNGATA. A CONCENTRAZIONI PIÙ ALTE RISPETTO AI VALORI LIMITE (10-15 ppm) SI HANNO EFFETTI SULLA SALUTE UMANA SEMPRE PIÙ GRAVI: COSÌ A 50 ppm SI HA IRRITAZIONE DEGLI OCCHI; A 150-250 ppm SI VERIFICA LA PARALISI OLFATTIVA; A 300 ppm SI HA LA MORTE DOPO UNA ESPOSIZIONE DI CIRCA 10 MINUTI, MENTRE A 500 ppm LA MORTE SOPRAVVIENE IN POCHI MINUTI PER BLOCCO DEL SISTEMA RESPIRATORIO. PER QUESTO TALE EFFLUENTE VIENE TRASFORMATO DURANTE IL CICLO DI UTILIZZO. I PRINCIPALI METODI APPLICATI SONO: L’OSSIDAZIONE A SOLFATO, OPPURE LA CONVERSIONE IN ZOLFO ELEMENTARE (2H2S + SO2 = 3S + 2H2O), IN CUI L’ANIDRIDE SOLFOROSA È OTTENUTA BRUCIANDO PARTE DEL GAS DI SCARICO (2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O).

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

EFFETTI DOVUTI AI COSTITUENTI MAGGIORI DEI FLUIDI GEOTERMICI BIOSSIDO DI CARBONIO

È IL MAGGIOR COSTITUENTE DEI GAS GEOTERMICI E, INSIEME AL METANO, RAPPRESENTA UN RILEVANTE PROBLEMA AMBIENTALE PER IL SUO RUOLO IN RAPPORTO ALL’EFFETTO SERRA. LA PRINCIPALE SOLUZIONE A TALE CONTAMINAZIONE AMBIENTALE È RAPPRESENTATA DALLA PRATICA DELLA REINIEZIONE DEI FLUIDI NEL SOTTOSUOLO DOPO L’USO, AL FINE DI EVITARE DI SCARICARE IN SUPERFICIE SOLUZIONI ACQUOSE REFLUE CON UN TENORE ESTREMAMENTE DANNOSO ED ETEROGENEO DI COMPOSTI DISCIOLTI. TUTTAVIA LE EMISSIONI DOVUTE AGLI IMPIANTI GEOTERMICI SONO ESTREMAMENTE CONTENUTE SE COMPARATE A QUELLE DEGLI IMPIANTI DI COMBUSTIBILI FOSSILI, CHE RAPPRESENTANO LA FONTE ENERGETICA PIÙ DANNOSA DAL PUNTO DI VISTA AMBIENTALE.

14

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

EFFETTI DOVUTI AI COSTITUENTI MINORI DEI FLUIDI GEOTERMICI ALCUNI ELEMENTI DI RILEVANTE INTERESSE TOSSICOLOGICO SONO ESSENZIALMENTE As E Hg, MA POSSONO ESSERE PRESENTI ANCHE TRACCE DI ELEMENTI RADIOATTIVI (222RN, 210PO, 226RA).

I TENORI DI ARSENICO E MERCURIO RISCONTRATI NEI FLUIDI GEOTERMICI NON SONO IN LINEA DI MASSIMA TALI DA DESTARE PREOCCUPAZIONI AMBIENTALI E SANITARIE, IN QUANTO PARAGONABILI AI LIVELLI RISCONTRABILI NELLE MANIFESTAZIONI TERMALI NATURALI. PER QUANTO RIGUARDA LA RADIOATTIVITÀ INDOTTA DALLO SFRUTTAMENTO DEI CAMPI GEOTERMICI, LA PROBLEMATICA È PIÙ COMPLESSA. INFATTI, LA VERA ENTITÀ DEL PROBLEMA È RICONDUCIBILE ALLA VALUTAZIONE ATTENDIBILE DELLE VARIAZIONI INDOTTE DALL’INTERVENTO UMANO, SIA RISPETTO AI FLUSSI GLOBALI VERSO LA SUPERFICIE, CHE ALLE CONCENTRAZIONI CHE SI VERIFICANO AL SUOLO. PURTROPPO, È PIUTTOSTO DIFFICILE GIUNGERE AD UNA VALUTAZIONE PRECISA DI QUELLE CHE SONO LE VARIAZIONI INDOTTE, PERCHÉ NON SI HANNO CONOSCENZE ESAURIENTI DEL VALORE DEI FLUSSI VERSO LA SUPERFICIE IN CONDIZIONI INDISTURBATE.

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

IL PRINCIPALE TRA GLI ELEMENTI RADIOATTIVI PRESENTI IN TRACCIA NEI FLUIDI GEOTERMICI È IL RADON. QUESTO ELEMENTO DAL PESO ATOMICO 222 È UN GAS INCOLORE, INODORE, PIÙ PESANTE DELL’ARIA E SI PRODUCE PER DECADIMENTO DEL RADIO 226, A SUA VOLTA PRODOTTO DALL’ URANIO 238. VIENE DISPERSO NELL’ATMOSFERA DA PARTE DEL TERRENO E DELLE ROCCE CHE CONTENGONO QUESTI ELEMENTI. LA SUA PERICOLOSITÀ È DOVUTA AL FATTO CHE TALE EMISSIONE, ANCHE SE POCO PENETRANTE, PUÒ PRODURRE DANNI IRREPARABILI SE INTERESSA IL TRATTO BRONCOPOLMONARE. TUTTI QUESTI POSSIBILI EFFETTI AMBIENTALI VENGONO GENERALMENTE RIMOSSI, COME GIÀ DETTO IN PRECEDENZA, SIA DALLA REINIEZIONE DEI REFLUI LIQUIDI, CHE DALLA EFFICIENTE DISPERSIONE E DILUIZIONE IN ATMOSFERA DEI REFLUI GASSOSI. I RISULTATI DELLE RICERCHE SULLA CONTAMINAZIONE AMBIENTALE DA ELEMENTI IN TRACCE NELLE AREE CIRCOSTANTI GLI IMPIANTI GEOTERMOELETTRICI DELLA TOSCANA INDICANO CHE NON DOVREBBERO SUSSISTERE RISCHI DI EFFETTI TOSSICI DI TIPO ACUTO PER LE COMPONENTI BIOTICHE DEGLI ECOSISTEMI. TUTTAVIA, SONO NECESSARIE ULTERIORI RICERCHE PER POTER FORMULARE PREVISIONI E VALUTAZIONI SUGLI EFFETTI A LUNGO TERMINE. INFATTI È NOTO CHE GLI ECOSISTEMI MOSTRANO UNA CERTA RESISTENZA E/O RESILIENZA AGLI IMPATTI DI TIPO ACUTO, MA RISULTANO PIUTTOSTO VULNERABILI ALL’AZIONE PROLUNGATA DEI CONTAMINANTI.

15

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

EFFETTI SUL SOTTOSUOLO E SULLE ACQUE DI FALDA È DIMOSTRATO CHE L’ESTRAZIONE DI FLUIDI (ACQUA, GAS, PETROLIO) DAL SOTTOSUOLO PUÒ PORTARE A FENOMENI DI SUBSIDENZA (SPOSTAMENTI LENTI DEL LIVELLO DELLA SUPERFICIE).

ALTRO EFFETTO È QUELLO PRODOTTO DALLA PERFORAZIONE, SIA DEI POZZI SUPERFICIALI ESEGUITI PER MISURE DI GRADIENTE GEOTERMICO, SIA DEI POZZI D’ESPLORAZIONE O DI PRODUZIONE. ANCHE LO SFRUTTAMENTO DEI FLUIDI GEOTERMICI PUÒ CAUSARE SIMILI EFFETTI; RECENTEMENTE SONO STATE INTRAPRESE ALCUNE MISURAZIONI GEODETICHE PER STUDIARE QUANTITATIVAMENTE IL FENOMENO. È STATO INOLTRE NOTATO CHE ESISTE UN NESSO CAUSALE TRA L’IMMISSIONE DI ACQUE REFLUE IN PROFONDITÀ ED IL VERIFICARSI DI TERREMOTI. QUESTA CONSTATAZIONE SOLLEVA POSSIBILI PROBLEMI LADDOVE È PREVISTA LA REINIEZIONE IN PROFONDITÀ DEI FLUIDI GEOTERMICI INUTILIZZATI. I RILEVAMENTI DELL’ATTIVITÀ SISMICA DOVUTA A TALE FENOMENO INDICANO CHE IN ITALIA LA REINIEZIONE DEI FLUSSI GEOTERMICI REFLUI PROVOCA ESCLUSIVAMENTE UN’ATTIVITÀ MICROSISMICA DI MINIMA IMPORTANZA.

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

L’EMISSIONE DI ACQUE DI SCARICO È UN’ALTRA FONTE POTENZIALE DI INQUINAMENTO. I FLUIDI GEOTERMICI GIÀ SFRUTTATI, SE HANNO ELEVATE CONCENTRAZIONI DI SOSTANZE CHIMICHE, COME BORO, FLUORURI O ARSENICO, DOVREBBERO ESSERE TRATTATI (I FLUIDI GEOTERMICI A TEMPERATURA MEDIOBASSA, SFRUTTATI NELLA MAGGIOR PARTE DEGLI USI DIRETTI, GENERALMENTE CONTENGONO PICCOLE QUANTITÀ DI SOSTANZE CHIMICHE E RARAMENTE LE ACQUE DI SCARICO CREANO PROBLEMI IMPORTANTI).

RISCHIO POTENZIALE DI INQUINAMENTO DELLA FALDA FREATICA DURANTE LA PERFORAZIONE ED IL RINTERRO DEL FORO DA PARTE DI ADDITIVI UTILIZZATI. RISCHIO CORRELATO ALLA MESSA IN COMUNICAZIONE DI ACQUIFERI SUPERFICIALI CON QUELLI PROFONDI. RISCHIO D’INTERFERENZA TRA I POZZI O LE SONDE (O CAMPO SONDE) CON L’ASSETTO IDROGEOLOGICO LOCALE. RISCHIO CORRELATO ALLA DINAMICA DEI VERSANTI: VALUTAZIONE DEL RISCHIO DI DANNEGGIAMENTO POST OPERAM IN AREE FRANOSE.

16

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

EFFETTI DOVUTI A DISTURBI SUPERFICIALI

LE ZONE DI PRODUZIONE DI ENERGIA GEOTERMICA SONO CARATTERIZZATE DALL’ADDENSAMENTO DI NUMEROSI POZZI DI TRIVELLAZIONE E DI CONDOTTE DISTRIBUITE IN UN’AREA SUPERFICIALE ESTREMAMENTE PICCOLA. SPESSO, PERÒ, TALI SCENARI SONO PIUTTOSTO VISIBILI IN AREE DI NOTEVOLE BELLEZZA NATURALE, DI INTERESSE STORICO E DI ATTRAZIONE TURISTICA. LE OPERAZIONI DI ESTRAZIONE DEI FLUIDI GEOTERMICI SONO QUINDI FONTE DI DISTURBI SUPERFICIALI, QUALI UN ECCESSIVO RUMORE, DANNI AL PAESAGGIO, VARIAZIONI CLIMATICHE ED IMPLICANO PERTANTO UNA TRASFORMAZIONE DEL TERRITORIO. INFATTI, SE È VERO CHE IL SOTTOSUOLO DELLE AREE SFRUTTATE HA UNA VOCAZIONE GEOTERMICA, PER COSÌ DIRE NATURALE, NON È DETTO CHE IL SOPRASUOLO E I COMPLESSI ECOSISTEMI PRESENTI CONDIVIDANO TALE VOCAZIONE. UN RAPPORTO DI IMPATTO AMBIENTALE NON PUÒ QUINDI PRESCINDERE DA UN’ATTENTA VALUTAZIONE DI TALI PROBLEMI, AL FINE DI EVITARE CHE UN USO MASSICCIO E SCRITERIATO DELLA RISORSA GEOTERMICA POSSA PRODURRE DEI DANNI NON ACCETTABILI DALLA COLLETTIVITÀ.

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

LA SITUAZIONE MONDIALE

AL 2010, NEL MONDO, RISULTANO INSTALLATI PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA (ALTA ENTALPIA), OLTRE 10.700 MWe PER UNA PRUDUZIONE ANNUA DI 67.246 TWh. GLI STATI UNITI HANNO IL PRIMATO CON CIRCA 3.000 MWe INSTALLATI, SEGUITI DA FILIPPINE, INDONESIA, MESSICO ED ITALIA. LE PREVISIONI AL 2015 SONO DI UNA CRESCITA DELLA POTENZA SINO A 18.500 MWe. A QUESTI VANNO SOMMANO I CIRCA 20.000 MWt RELATIVI AGLI USI DIRETTI (MEDIA E BASSA ENTALPIA), COME TERME, SERRE E RISCALDAMENTO CIVILE, PER UNA PRODUZIONE ANNUA SUPERIORE A 154.000 TJ. QUESTO VALORE INDICA CHE IL CONTRIBUTO FORNITO DALLA GEOTERMIA AL FABBISOGNO ENERGETICO MONDIALE È DI CIRCA LO 0,5%.

NONOSTANTE IL RENDIMENTO CONTENUTO ED IL LIMITATO POTERE CALORIFICO DEI FLUIDI GEOTERMICI, I COSTI DI GENERAZIONE DI ENERGIA ELETTRICA RIMANGONO MOLTO COMPETITIVI: IL COSTO MEDIO DI PRODUZIONE DI CIRCA 0,03 €/kWh È INFATTI TRA I PIÙ BASSI FRA QUELLI DELLE FONTI RINNOVABILI.

17

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

18

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

19

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

Country

Installed Thermal Power [MWth]

Australia

130

3,672

2,236

19,470

EC

*

EC

**

France

Annual Energy Used [TJ/year]

7,328

na

[1,230]

[6,485]

Germany

952

8,280

Iceland

(1,844)

26,000

Italy

650

8,000

Japan

3,385

41,518

Mexico

164

(1,932)

New Zealand

(308)

9,800

Republic of Korea

107

993

Switzerland

880

6,063

USA

10,897

41,817

Total

20,547

154,560

20

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

LA SITUAZIONE IN ITALIA CENNI STORICI GRAZIE ALLE NUMEROSE MANIFESTAZIONI NATURALI DI ACQUE CALDE, SPARSE UN PO’ OVUNQUE NEL TERRITORIO NAZIONALE, FIN DALL’ANTICHITÀ SI È DIFFUSO L’USO DELLE TERME, CHE COSTITUISCE L’IMPIEGO DIRETTO PIÙ IMMEDIATO E NATURALE DELLA GEOTERMIA. IL PRIMO SFRUTTAMENTO INDUSTRIALE A LIVELLO MONDIALE È NATO IN TOSCANA AGLI INIZI DEL 1800, DOVE ORA SORGE LARDERELLO (PISA). DALLE ACQUE CALDE SGORGANTI DAL SUOLO SI ESTRAEVA L’ACIDO BORICO: ELEMENTO BASE PER LA PREPARAZIONE DEL SALE “BORACE”, LARGAMENTE UTILIZZATO IN TUTTA EUROPA IN PARTICOLARI INDUSTRIE (METALLURGIA, VETRO, CERAMICA). SEMPRE A LARDERELLO, NEL 1913 È NATA LA FORMA DI UTILIZZAZIONE CHE GRADUALMENTE È DIVENUTA PREDOMINANTE: LA PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA. IN EPOCA MODERNA, LA GAMMA DELLE UTILIZZAZIONI SI È ALLARGATA NOTEVOLMENTE ED ABBRACCIA MOLTEPLICI SETTORI, IN PARTICOLARE QUELLO CIVILE ED AGROZOOTECNICO (PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA, RISCALDAMENTO, PISCINE, SERRE E PISCICOLTURA).

ATTUALMENTE LE CENTRALI GEOTERMOELETTRICHE PRODUCONO DELL’ENERGIA ELETTRICA GENERATA IN ITALIA PARI A 5,3 TWh NEL 2009.

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

L’1,8%

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

21

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

22

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Centrale

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

Comune

Bagnore 3 Santa Fiora (GR) Carboli 1 Monterotondo Marittimo (GR) Carboli 2 Monterotondo Marittimo (GR) Cornia 2 Castelnuovo Val di Cecina (PI) Farinello Pomarance (PI) Lagoni Rossi 3 Pomarance (PI) Le Prata Castelnuovo Val di Cecina (PI) Monteverdi 1 Monteverdi Mari ttimo (PI) Monteverdi 2 Monteverdi Mari ttimo (PI) Nuova Castelnuovo Castelnuovo Val di Cecina (PI) Nuova Gabbro Pomarance (PI) Nuova Lago Monterotondo Marittimo (GR) Nuova Larderello Pomarance (PI) Nuova Molinetto Castelnuovo Val di Cecina (PI) Nuova Monterotondo Monterotondo Marittimo (GR) Nuova San Martino Monterotondo Marittimo (GR) Nuova Sasso Castelnuovo Val di Cecina (PI) Nuova Serrazzano Pomarance (PI) Selva 1 Castelnuovo Val di Cecina (PI) Travale 3 Montieri (GR) Travale 4 Montieri (GR) Valle Secolo Pomarance (PI) Totale Province di Pisa e Grosseto Nuova Radicondoli Radicondoli Pianacce Radicondoli Piancastagnaio 2 Piancastagnaio Piancastagnaio 3 Piancastagnaio Piancastagnaio 4 Piancastagnaio Piancastagnaio 5 Piancastagnaio Rancia 1 Radicondoli Rancia 2 Radicondoli Sesta 1 Radicondoli Totale Provincia di Siena Totale Toscana (Italia)

Anno di Potenza costruzione [MW] 1998 20 1998 20 1997 20 1994 20 1995 60 1981 8 1996 20 1997 20 1997 20 2000 14,5 2002 20 2002 10 2005 20 2002 20 2002 10 2005 40 1996 20 2002 60 1999 20 2003 20 2002 40 1991 120 622,5 2002 40 1987 20 1969 8 1990 20 1991 20 1996 20 1986 20 1988 20 2002 20 188 810,5

N° gruppi 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Producibilità Impianto [GWh/anno] AMIS* 160,2 Sì 98,3 119,9 103,3 359,3 Sì 35,1 114,5 95,2 101,2 111,1 152,3 Sì 83,1 Sì 114,4 Sì 125,6 52,9 Sì 285,2 Sì 106,1 376,2 Sì 134,1 149,6 Sì 318,4 Sì 862,3 Sì 4 .058,3 279,5 Sì 140,6 Sì 27,4 148,9 Sì 87,0 140,8 Sì 110,3 143,2 96,3 Sì 1 .174,0 5 .232,3

* Impianto di abbatt imento del Mercurio e dell'Idrogeno Solforato

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

23

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

IL 100% DEGLI IMPIANTI HA AVUTO ORE DI UTILIZZAZIONE MAGGIORI DI 4.600 PER IL 2007, DI 4.900 PER IL 2008 E DI 1.150 PER IL 2009, MENTRE IL 50% HA AVUTO IN TUTTI GLI ANNI PERFORMANCE MIGLIORI DI 7.500 ORE. NEL 2009 I VALORI PIÙ BASSI SONO DOVUTI AD UN IMPIANTO CHE È ENTRATO IN ESERCIZIO NEL CORSO DELL’ANNO E AD UNA MINORE PRODUZIONE DI ALTRI DUE IMPIANTI.

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

LA SITUAZIONE IN ITALIA LA SITUAZIONE ATTUALE

ATTUALMENTE LA TOTALITÀ DELLA PRODUZIONE GEOTERMOELETTRICA NAZIONALE È LOCALIZZATA IN TOSCANA, NEI CAMPI GEOTERMICI AD ALTA ENTALPIA SITUATI NELLA ZONA SUD-OCCIDENTALE DELLA REGIONE. L’ENEL È L’UNICO PRODUTTORE DI ENERGIA E PROPRIETARIO DEI POZZI. L’ENERGIA TERMICA UTILIZZATA (USI DIRETTI) È PARI A CIRCA 9.500 TJ PER UNA POTENZA INSTALLATA DI CIRCA 770 MWt. LE REGIONI ITALIANE CON LA PIÙ ALTA UTILIZZAZIONE DELLA GEOTERMIA SONO IL VENETO CON IL 38%, LA TOSCANA CON IL 23% E LA CAMPANIA CON IL 10%.

24

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

LE PROSPETTIVE FUTURE L’ITALIA

UNA LINEA DI INDIRIZZO PRATICABILE IN QUESTO SETTORE PUÒ ESSERE L’ADEGUAMENTO DI TUTTE LE CENTRALI AL MASSIMO RENDIMENTO DELLA MIGLIORE PRESENTE IN TOSCANA. ATTUALMENTE IL RENDIMENTO NETTO, ESPRESSO DALLE kCal NECESSARIE PER PRODURRE UN kWh DI ELETTRICITÀ VARIA IN UN INTERVALLO ALQUANTO ESTESO. ESSO RAGGIUNGE I SEGUENTI VALORI DI MINIMO E MASSIMO: •

MINIMO 13.996 kCal/kWh, EQUIVALENTI A CIRCA 1,4 MIGLIAIA DI TEP/GWh, CHE È IL DATO DELLA CENTRALE DI LAGO ENTRATA IN FUNZIONE NEL 1960;

•

MASSIMO 4.392 kCal/kWh, EQUIVALENTI A CIRCA 0,44 MIGLIAIA DI TEP/GWh, CHE È LA PRESTAZIONE REGISTRATA NELLA CENTRALE DI PIANCASTAGNAIO 2, MESSA IN ESERCIZIO NEL 1990.

ALLA SITUAZIONE ODIERNA, SE TUTTE LE CENTRALI VENISSERO PORTATE AD AVERE UN RENDIMENTO PARI A 4.392 kCal/kWh, SI PRODURREBBERO 1.261 GWh IN PIÙ OGNI ANNO.

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

PREVISIONI DI SVILUPPO AL 2020 IN ITALIA PER L’ENERGIA ELETTRICA, LA POTENZA INSTALLATA POTREBBE GIUNGERE A 1.500 MWe, CON UNA GENERAZIONE DI 10 TWh/ANNO, PARI AL FABBISOGNO ELETTRICO DI 9 MILIONI DI ABITANTI, ED UN RISPARMIO DI OLTRE 2 MILIONI DI TEP. PER GLI USI DIRETTI, A FRONTE DEI 770 MWt INSTALLATI E DI UNA PRODUZIONE CORRISPONDENTE AD OLTRE 200.000 TEP, LA POTENZA INSTALLATA (SENZA NULLA SOTTRARRE ALLA GENERAZIONE DI ENERGIA GEOTERMOELETTRICA) POTREBBE GIUNGERE A 6.000 MWt, CON UNA PRODUZIONE EQUIVALENTE AD 1.800.000 TEP (75.000 TJ/anno), IDONEA PER RISCALDARE 800.000 APPARTAMENTI. LE APPLICAZIONI DIRETTE DELLA GEOTERMIA HANNO QUINDI PROSPETTIVE DI CRESCITA DECISAMENTE PIÙ AMPIE DI QUELLE INDICATE PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA. CONSIDERATI NELL’INSIEME, GLI USI ELETTRICI E NON ELETTRICI DEL CALORE TERRESTRE POTREBBERO QUINDI PASSARE DAGLI 1,3 MILIONI DI TEP A QUASI 4 MILIONI DI TEP DEL 2020, CORRISPONDENTI AD OLTRE 1,2% DEL CONSUMO TOTALE LORDO DI ENERGIA. L’IMPORTANZA DI TALE CONTRIBUTO RISULTA ANCORA PIÙ EVIDENTE SE SI PENSA CHE CONSENTIREBBE DI EVITARE L’EMISSIONE DI CIRCA 10 MILIONI DI TONNELLATE DI CO2 ALL’ANNO.

25

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

LE PROSPETTIVE FUTURE A LIVELLO MONDIALE

NEL MEDIO E LUNGO TERMINE SI PREVEDE UNO SVILUPPO DELLA TECNICA BASATA SULL'UTILIZZO DI ROCCE CALDE SECCHE SITUATE IN PROFONDITÀ.

GLI ESPERTI DI MOLTI PAESI, TRA CUI USA, GIAPPONE, INGHILTERRA, FRANCIA, GERMANIA, BELGIO E ITALIA, STANNO STUDIANDO LA POSSIBILITÀ DI PERFORARE POZZI IN ZONE DOVE NON CI SONO SERBATOI GEOTERMICI NATURALI, E DI INIETTARVI ACQUA PER FARLA SCALDARE DAL CALORE DELLA TERRA, FARLA RISALIRE DA ALTRI POZZI E INFINE UTILIZZARLA COME FLUIDO ENERGETICO.

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

LA GEOTERMIA A BASSA ENTALPIA UNA DELLE PIÙ RECENTI ED INTERESSANTI APPLICAZIONI DELLA GEOTERMIA È L’UTILIZZO DELLA GEOTERMIA A BASSA ENTALPIA ASSOCIATA A SONDE GEOTERMICHE E POMPE DI CALORE PER IL RISCALDAMENTO ED IL RAFFRESCAMENTO DI EDIFICI E PER LA PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SANITARIA. È POSSIBILE INFATTI UTILIZZARE IL SOTTOSUOLO COME SORGENTE DI CALORE: OLTRE I 20 m CIRCA DI PROFONDITÀ LA TEMPERATURA NON RISENTE DELLE CONDIZIONI ATMOSFERICHE SUPERFICIALI (OSCILLAZIONI GIORNALIERE E STAGIONALI). NELLA MAGGIOR PARTE DEI CASI, QUESTA TEMPERATURA È COMPRESA TRA 12 E 17°C, VALORI SUPERIORI ALLA MEDIA INVERNALE ED INFERIORI A QUELLI ESTIVI. variazione con la profondita'

T 35

GEN

FEB

MAR

APR

MAG

GIU

LUG

AGO

SET

OTT

NOV

DIC

30

25

20

15 0

2

4

6

8

10

12

z

10

5

0

26

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

QUESTA DIFFERENZA DI TEMPERATURA È ALLA BASE DEL FUNZIONAMENTO DELLE GHP (GEOTHERMAL HEAT PUMPS) CHE RILASCIANO ED ASSORBONO CALORE (CICLO TERMODINAMICO) ATTRAVERSO UN FLUIDO TERMOVETTORE (ACQUA E ANTIGELO) CHE CIRCOLA NELLE SONDE GEOTERMICHE POSIZIONATE IN POZZI PROFONDI ANCHE POCHE DECINE DI METRI. QUESTI IMPIANTI HANNO BISOGNO PER FUNZIONARE DI UNA QUANTITÀ DI ENERGIA ELETTRICA VARIABILE TRA IL 25 ED IL 35% DELL’ENERGIA TOTALE PRODOTTA, NON NECESSITANO DI PARTICOLARI ANOMALIE TERMICHE DEL SOTTOSUOLO E PERMETTONO DURANTE TUTTO L’ANNO CONDIZIONAMENTO TERMICO ED ACQUA CALDA SANITARIA. IL RISPARMIO È STIMABILE COME: -65% RISPETTO ALL’UTILIZZO DI FORME DI RISCALDAMENTO A GAS; -75% RISPETTO ALL’UTILIZZO DI FORME DI RISCALDAMENTO ELETTRICHE; -50% SULLA PRODUZIONE DI ACQUA CALDA DURANTE L’INTERO ANNO. SECONDO L’EPA NON ESISTE OGGI SUL MERCATO UN SISTEMA DI CONDIZIONAMENTO PIÙ EFFICIENTE E PULITO RISPETTO ALLA TECNOLOGIA GEOTERMICA.

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

LE COMPONENTI DI UN IMPIANTO GHP SONO: - UNO O PIÙ SCAMBIATORI DI CALORE CHE VENGONO INSERITI NELLA SORGENTE E HANNO LO SCOPO DI ASSORBIRE/CEDERE CALORE DALLA STESSA; - UNA POMPA DI CALORE INSTALLATA ALL'INTERNO DELL’EDIFICIO CHE SERVE A TRASFERIRE CALORE TRA LE SONDE E L'AMBIENTE INTERNO; - UN SISTEMA DI DISTRIBUZIONE INSTALLATO ALL'INTERNO DELL'AMBIENTE CHE PUÒ ESSERE COSTITUITO DA PANNELLI RADIANTI, BOCCHETTE DI VENTILAZIONE, ECC.

27

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

SOLUZIONE ORIZZONTALE SOLUZIONE COMPATTA

CON ACQUA SUPERFICIALE

Corso di TEFE – A.A. 2010-2011

SOLUZIONE VERTICALE

CON ACQUA DI FALDA

Ing. Nicola Graniglia PhD – graniglia2@unisi.it

LA POMPA DI CALORE ASSORBE CALORE ATTRAVERSO IL FLUIDO IN UN EVAPORATORE, NE ALZA LA TEMPERATURA ATTRAVERSO IL COMPRESSORE, CEDE CALORE ALL’AMBIENTE ATTRAVERSO IL CONDENSATORE. DURANTE QUESTO PROCESSO SI CONSUMA ENERGIA ELETTRICA MA IL BILANCIO ENERGETICO È A FAVORE DEL SISTEMA: SI FORNISCE PIÙ ENERGIA SOTTO FORMA DI CALORE DI QUELLA ELETTRICA UTILIZZATA PER IL FUNZIONAMENTO. IL COEFFICIENTE DI PRESTAZIONE GENERALMENTE SI AGGIRA INTORNO A VALORI PROSSIMI A 4 MA PUÒ VARIARE A SECONDA DEL TIPO DI MACCHINA. IL COP È DATO DAL RAPPORTO TRA ENERGIA RESA (ALLA SORGENTE DI INTERESSE) ED ENERGIA CONSUMATA (DI SOLITO ELETTRICA). UN VALORE DEL COP PARI A 4 INDICA QUINDI CHE PER OGNI kWh DI ENERGIA ELETTRICA CONSUMATO, LA POMPA DI CALORE RENDERÀ 4 kWh DI CALORE. IN ESTATE IL CICLO SI INVERTE, LA POMPA DI CALORE ASSORBE CALORE DALL’ABITAZIONE E LO CEDE AL TERRENO (DIRECT COOLING).

28