Geotermia

La risorsa geotermica a bassa entalpia è una fonte di energia pulita, gratuita, rinnovabile, sicura nel tempo, ecocompatibile e diffusa in gran parte del territorio nazionale. Il maggiore sviluppo nei prossimi decenni è atteso nella climatizzazione degli ambienti, soprattutto per le potenzialità offerte dagli impianti a pompa di calore geotermica (Ground Source Heat Pump - GSHP): il sistema geotermico accoppiato alle pompe di calore costituisce ad oggi il sistema di condizionamento più efficiente dal punto di vista energetico ed ambientale. Il primo impianto pilota che sfrutta questa fonte, presente in un Centro di Ricerca ENEA, è stato realizzato in Casaccia nell'anno in corso, nell'ambito della Ricerca di Sistema Elettrico Nazionale (Piano Triennale 2019-2021). Un sistema di monitoraggio costituito da fibre ottiche di tipo DTS (Distributed Temperature Sensors), inserite contestualmente alla messa in posa delle sonde geotermiche nei quattro pozzi realizzati, permetterà di acquisire in maniera distribuita il profilo verticale della temperatura. Pertanto, sarà possibile la ricostruzione tridimensionale del campo termico nell'intorno dell'area occupata dal campo geosonde, la sua evoluzione nell'arco delle stagioni, e non ultimo l'efficienza del sistema sonde-terreno nel tempo.

Il sistema di cogenerazione ORC consente una grande flessibilità nella scelta di differenti sorgenti di calore, prima fra tutte la biomassa. Tante le applicazioni nell'industria con ottima valorizzazione termica e produzione elettrica, il tutto rispettando l'ambiente e in modo economicamente vantaggioso e sostenibile. Basato sul principio termodinamico che utilizza fluidi organici anziché acqua per la produzione di energia elettrica e calore, il ciclo Rankine organico (ORC Organic Rankine Cycle) si basa su recuperi termici nelle tipologie più svariate: da rifiuti urbani, cascami di calore da processi produttivi ma anche da altre fonti quali il calore geotermico o dalla combustione di biomassa. Nell'ambito della produzione combinata di energia elettrica e calore, ricopre una precisa collocazione in funzione delle prestazioni energetiche fornite.

È stato pubblicato sul sito del GSE il Rapporto "Energia da fonti rinnovabili in Italia - 2018" che fornisce il quadro statistico completo e ufficiale sulla diffusione e sugli impieghi delle fonti rinnovabili di energia (FER) in Italia, aggiornato al 2018, articolato tra i settori Elettrico, Termico e Trasporti. In particolare per il settore Termico sono riportati i consumi finali di energia da FER, così ripartiti: - Consumi diretti di energia termica: - da fonte solare (attraverso collettori solari termici); - da bioenergie (biomasse solide, frazione biodegradabile dei rifiuti, biogas, bioliquidi); - da fonte geotermica; - da fonte aerotermica, idrotermica e geotermica (ambient heat) sfruttata mediante pompe di calore per il riscaldamento degli ambienti.

L'articolo presenta uno studio di fattibilità di un impianto di climatizzazione di un edificio sito in Sardegna costituito da una pompa di calore accoppiata ad una sonda geotermica a bassa entalpia, verticale o ad acqua di falda. È emerso che tale intervento riduce l'impatto ambientale, ma l'uso della geotermia in un clima mediterraneo risulta essere fortemente dipendente dai costi di trivellazione che rendono economicamente conveniente l'utilizzo dell'acqua di falda e non delle sonde verticali.

La gestione razionale delle risorse energetiche è da anni uno degli obiettivi fondamentali da perseguire in gran parte delle opere di inge-gneria. Molti processi, sia nel settore industriale che civile, richiedono calore a temperature relativamente basse, tale da essere exergica-mente poco efficiente ed economicamente poco conveniente ottenerlo attraverso la combustione di risorse non rinnovabili [1] (evitando, così, l’immissione di atmosfera di ulteriori quantità di gas climalteranti). Meglio sarebbe sfruttare sistemi che permettono l’impiego di risorse energetiche più rispettose dell’ambiente come l’irraggiamento solare [2] o la geotermia a bassa entalpia [3].

La sostenibilità del progetto è raggiungibile solo prendendo in considerazione i benefici sociali che deriverebbero dalla creazione di una infrastruttura produttiva nelle aree a rischio di essere abbandonato e degradato. Le Amministrazioni Locali dovrebbero approfittare di questi vantaggi, poiché potrebbero ottenere un risparmio di risorse per la manutenzione delle aree. Le Comunità Locali potrebbero essere inserite in una filiera alimentare di qualità che riuscirebbe a fornire prodotti di qualità anche in periodi non convenzionali.

(in lingua inglese) Actions to support energy efficiency and promote RES H/C discussed during CGCs This lead to a catalogue of 52 shared actions/projects For each action: general objective, specific objective, actors involved, resources and tools, opportunities and threats, technology group, timeline, territorial scope

Geotermia in edilizia = geoscambio o geotermia «superficiale» Si utilizza l’inerzia termica della parte più superficiale del terreno che ha una temperatura costante Energia termica e acqua calda sanitaria per edifici residenziali, industriali e commerciali Gli impianti geotermici possono svolgere sia la funzione di riscaldamento che di raffrescamento degli ambienti

L’efficienza energetica di una pompa di calore elettrica è espressa dal coefficiente di prestazione (medio stagionale): - Energia termica fornita dalla pompa di calore durante la stagione di riscaldamento - Energia elettrica consumata dalla pompa di calore durante la stagione di riscaldamento

Il contributo del progetto E-USE vuole essere quello di raccogliere dati sulla sostenibilità ambientale ed economica dei siti pilota per supportare una diffusione piu’ capillare della tecnologia. La geotermia a bassa entalpia con pompe di calore può essere una tecnologia utile per l’utilizzo dei cascami termici a bassa temperatura (smart thermal energy grid) e può essere combinata facilmente con altre rinnovabili (e.g. solare a concentrazione, o con altri usi della risorsa acquifera).

Misurare le proprietà di scambio termico di una sonda pilota L'analisi dei risultati del test permette di determinare: temperatura del terreno indisturbato Tg conducibilità termica media effettiva λ [W/(m K)] del suolo interessato resistenza termica Rb [K/(W/m)] della sonda geotermica

L’utilizzo di apparati altamente performanti come ad es. impianti di climatizzazione tipo VRF (come vedremo in seguito) con altissimi rendimenti e bassi consumi energetici, oppure impianti di trattamento aria con recuperatori di calore e con l’abbinamento di fonti energetiche rinnovabili (solare e geotermica), consentono di avere ottimi risultati sia in termini di riqualificazione energetica che in termini di risparmio economico.

(in lingua inglese) Demonstration of flexible RES power plants: Some renewables, including geothermal plants, usually run as base load, but new technology such as binary turbines allow them to be flexible in their production. More demonstration plants must be installed in different market contexts. Research and Development of the next generation of RES technologies such as EGS: Breakthrough renewable technologies could be the future game changer for decarbonising the energy system. Enhanced Geothermal Systems (EGS) is a technology already demonstrated but an Action Plan must be launched for increasing its contribution to the electricity mix.

Analisi e valutazione della sostenibilità economica e ambientale degli impianti di generazione di calore ed elettricità che sfruttano la biomassa legnosa come combustibile, applicati al settore della serricoltura.

Il bilancio delle emissioni è effettuato sulla base del contenuto energetico del combustibile utilizzato. Eccezione per geotermico (uso finale) e solare termico (energia disponibile al fluido di scambio). Mix fossile sostituito annualmente (fonte: EUROSTAT) dipende dal settore di consumo in cui tale sostituzione ha luogo: - Settore della trasformazione (CHP + only heat): le FER sostituiscono caldaia a gas naturale (migliore tecnologia). - Settore degli usi finali: si considera la distribuzione dei consumi di fonti fossili nel settore specifico, per l’anno oggetto della valutazione.

L’eolico offshore oggi rappresenta la più matura e interessante fonte energetica localizzata sul mare • Le maggiori fonti energetiche includono: – Onde – Maree (tidal range and currents) – Correnti Oceaniche – Gradienti termici e osmotici – Biomasse marine

I sistemi per l’estrazione del calore idrogeotermico sono costituiti solitamente da uno o più pozzi di iniezione e produzione. Ci sono molti casi in cui vengono effettuate perforazioni separate, ma l’approccio moderno è quello di creare uno o più pozzi ramificati. Con il software COMSOL Multiphysics è possibile impostare facilmente il modello di un doublet geotermico, che includa previsioni a lungo termine per una applicazione idro-geotermica. Il modello portato ad esempio, contiene tre strati geologici con diverse proprietà termiche e idrauliche. In questo esempio, viene studiato un sistema geotermico che prevede zone separate di iniezione e di produzione. La geometria mostra la sezione di un sito di produzione geotermica ubicato su un’ampia zona di faglia, come si può vedere in figura. Le altezze degli strati sono derivate dall’interpolazione di un set di dati esterno. In un modello di questo tipo, la distribuzione della temperatura è generalmente incerta, ma si può ritenere accurata l’ipotesi di un gradiente geotermico di circa 0.03 °C/m, valore adottato per questo modello.

L’applicazione geotermica della pompa di calore, che utilizza il terreno come sorgente termica, è assai attraente in zone ove, durante la stagione invernale, la temperatura dell’aria è minore di quella del suolo. Se però il carico invernale non è bilanciato da un adeguato carico estivo, si verifica un fenomeno di lenta ma progressiva deriva termica nel terreno. La presente memoria illustra i risultati di attività modellistiche svolte dagli autori in risposta a queste esigenze di progettazione.

Definizione di un modello di analisi territoriale per la redazione della carta geoenergetica, da utilizzare in fase di progettazione delle pompe di calore geotermiche. Il modello di analisi deve riunire i dati e le conoscenze oggi disponibili relativi a: 1. protezione delle acque; 2. presenza di impianti a pozzi di captazione, per scambio di calore o uso differente, sonde geotermiche, impianti termali; 3. andamento della falda nel sottosuolo; 4. geologia del sottosuolo; 5. parametri termofisici misurati o stimati; 6. flusso geotermico, misurato o stimato.

Gli impianti cogenerativi con ORC Turboden consentono di produrre con ottima efficienza ed estrema semplicità di esercizio energia elettrica e calore da biomassa legnosa. La potenza dei turbogeneratori è generalmente compresa tra i 600 kW elettrici ed i 6 MW elettrici.

- Controllo preventivo: tutte le verifiche geologiche preventive hanno evidenziato l’assenza di rischio sismico indotto dalle attività di ricerca e coltivazione. - Monitoraggio: predisposizione di una adeguata rete di monitoraggio sismico che verrà attivata prima dell’avvio della fase di perforazione per avere informazioni sulla sismicità naturale esistente e per controllare la fase di perforazione. - Modello geologico: in fase di perforazione il modello geologico predisposto, verrà verificato ed eventualmente aggiornato coi dati del cantiere attraverso il modello definito, sarà possibile analizzare ogni eventuale problema di sismicità legato dalla attività di perforazione.

Il turbogeneratore utilizza l’olio diatermico ad alta temperatura per preriscaldare e vaporizzare un adatto fluido organico di lavoro nell’evaporatore (8→3→4). Il vapore organico espande nella turbina (4→5), che è direttamente collegata al generatore elettrico attraverso un giunto elastico. Il vapore passa attraverso il rigeneratore (5→9) e in questo modo preriscalda il fluido organico (2→8). Il vapore viene poi condensato nel condensatore (raffreddato dall’ acqua di raffreddamento) (9→6→1). Il liquido organico viene infine pompato (1→2) nel rigeneratore e da qui nell’evaporatore, completando così la sequenza di operazioni nel circuito chiuso.

Presentazione dei tavoli CTI di interesse: - CT 503 “Impianti di raffrescamento: pompe di calore, condizionatori, scambiatori, compressori”, - CT 608 “Impianti geotermici a bassa temperatura con pompa di calore”, - GC “Conto Termico”, - GC “Libretti di impianto”. Introduzione alle norme pubblicate e ai progetti in corso in materia di Geotermia.

Viene proposto un modello di sonda orizzontale con tubo a U, di lunghezza finita in regime stazionario, usando il Metodo delle Sorgenti. Col Metodo delle Immagini si studia l’effetto della piccola profondità della sonda. Il modello permette di calcolare la differenza di temperatura del fluido tra entrata e uscita. Si discute l’influenza della resistenza di contatto nel caso di una sonda interrata in una trincea e quello di una sonda interrata mediante una perforazione orizzontale.

Focus su un impianto geotermico e fotovoltaico.

Panoramica sulla costruzione di una centrale a biomassa, dalla localizzazione dell'impianto alla progettazione e costruzione.

Il mercato delle pompe di calore geotermiche è ancora nella fase iniziale di sviluppo. Servono regole chiare che: -indirizzino verso il miglioramento del prodotto -rendano il prodotto più sicuro per chi lo installa, lo utilizza e per l’ambiente -stabiliscano dei parametri minimi di qualità

In relazione al rapporto tra carico massimo estivo e carico massimo invernale e alle curve di carico dell’impianto può essere necessario un sistema integrativo per la stagione invernale. Il sistema integrativo può essere caratterizzato da rendimento basso a vantaggio del costo ridotto, se il suo funzionamento è limitato a brevi periodi. Se in relazione al rapporto tra carico massimo estivo e carico massimo invernale e alle curve di carico dell’impianto risulta necessario un sistema integrativo per la stagione estiva la soluzione può essere accoppiare una torre evaporativa.

Introduzione al risparmio e all'efficienza energetica. Relazione tra building automation e fonti rinnovabili. Analisi ed aziomenti, comunicazione, sicurezza. Componenti critici di un impianto Fotovoltaico. KNX e Gateway di integrazione. Energia solare, energia geotermica. Controllo Domotico, smart grids.

La filiera della cattura e stoccaggio di CO2 consiste nella separazione della CO2 dal gas di scarico di una centrale elettrica, spesso a carbone, da una raffineria, da un cementificio, da un impianto a biomasse ovvero da tuti quegli impianti che producono carbonio. Una volta separata la CO2 viene compressa e trasportata sui pipeline fino al sito di stoccaggio dove viene iniettata a più di 800mt di profondità in acquiferi salini o in depositi depleti di olio o di gas. Laddove c’è ancora petrolio da estrarre la CO2 non fa altro che fluidificarlo facendolo uscire meglio oppure, se in profondità vi sono letti di carbone, la CO2 rimane imprigionata producendo metano.

L’impiego di una perforatrice orizzontale consente di porre, parallelamente alla superficie terrestre, a piccole profondità, una sonda geotermica contenente un tubo a U. Si tiene conto del fatto che la sonda è vicina alla superficie col Metodo delle Immagini. Se le temperature medie del fluido di entrata e di uscita Tm, variabili nel tempo t, possono essere considerate come le temperature del punto centrale di una sonda di lunghezza finita con le condizioni di Blackwell (1956), allora è possibile calcolare la conducibilità termica del suolo dal coefficiente angolare della retta Tm ∙ lnt.

Le applicazioni geotermiche sono una realtà in grado di dare un contributo sostanziale al contenimento dei consumi energetici degli edifici, sia per gli aspetti legati alla climatizzazione invernale che per quelli legati al raffrescamento estivo. Si valuta che nelle case italiane siano installati mediamente apparecchi elettrici con una potenza cumulata per 13 kW (a fronte del limite contrattuale tipico di 3 kW) su cui incide sensibilmente la presenza di dispositivi di raffrescamento a compressore elettrico.

Secondo quanto indicato nel Piano di Azione per le Energie Rinnovabili in Italia al 2020 - in riferimento alla Direttiva Europea 28/2009 - l’energia geotermica in Italia avrebbe ampi margini di espansione. La geotermia è una fonte energetica sfruttabile soltanto in alcuni limitati contesti territoriali. Presenta un mercato ancora in forte espansione e rappresenta un settore occupazionale in crescita.

L’obiettivo del presente lavoro è quello di trovare una o più soluzioni tecniche in grado di garantire un incremento della pressione di mandata per un estrattore gas centrifugo istallato in un impianto geotermoelettrico da 20MW per il mantenimento del vuoto al condensatore. Si prendono in considerazione due diverse soluzioni: la prima basata sulla modifica di parametri geometrici dell’estrattore quali le altezze palari in ingresso ed in uscita dalle giranti, l’altra incentrata sul raffreddamento dei gas endogeni elaborati dal corpo di alta pressione attraverso l’iniezione di acqua nebulizzata.

L’obiettivo del presente lavoro è quello di trovare una o più soluzioni tecniche in grado di garantire un incremento della pressione di mandata per un estrattore gas centrifugo istallato in un impianto geotermoelettrico da 20MW per il mantenimento del vuoto al condensatore. Si prendono in considerazione due diverse soluzioni: la prima basata sulla modifica di parametri geometrici dell’estrattore quali le altezze palari in ingresso ed in uscita dal- le giranti, l’altra incentrata sul raffreddamento dei gas endogeni elaborati dal corpo di alta pressione attraverso l’iniezione di acqua nebulizzata. La logica utilizzata per le varie soluzioni di upgrading prevede un approccio iniziale teorico-analitico finalizzato alla comprensione dei principi fisici che ne stanno alla base.

Negli ultimi anni l’opinione pubblica internazionale assiste a una sempre più crescente domanda mondiale di energia. In questo contesto la geotermia a bassa entalpia è vista come fonte di energia rinnovabile a impatto zero e assume una posizione di avanguardia nella lotta al surriscaldamento atmosferico. Il presente lavoro evidenzia lo stato della diffusione di questa tecnologia. Si sottolinea che, rispetto a una tecnologia tradizionale, si ottengono ottime prestazioni che vedono riduzioni di emissioni di circa 67% CO2 /anno e di consumi energetici pari a circa 43%.

I modelli di sonda geotermica generalmente usati, si basano sulla teoria di sorgenti termiche di lunghezza infinita in regime variabile. Per una maggiore aderenza alla realizzazione pratica, viene proposto un modello di sonda a U di lunghezza finita in regime stazionario, usando il Metodo delle Sorgenti. Inoltre, col Metodo delle Immagini, si tiene conto del fatto che la sonda è immersa in un suolo semi-infinito. I risultati sono in buon accordo con i valori osservati da altri AA.

La tesi analizza gli impianti a ciclo binario (Organic Rankine Cycles) per generazione di elettricità da risorse geotermiche a bassa entalpia. L'obiettivo è la massimizzazione della potenza netta tramite una selezione appropriata del fluido operativo e dei parametri di ciclo. La valutazione critica di molti studi sui cicli di Rankine organici ha fornito le basi per formulare uno studio di ottimizzazione avente come funzione obiettivo il rendimento di recupero exergetico. Sono analizzati due fluidi operativi considerando sia pressioni supercritiche che subcritiche e diverse temperature del fluido geotermico. L'applicazione di tecniche avanzate derivate dalla Pinch Analysis (metodo HEATSEP) ha consentito di trovare anche soluzioni sub-ottimali, corrispondenti a piccoli scostamenti dei parametri di ciclo dai valori di progetto ottimali. In lingua inglese

L’utilizzo del reservoir geotermico superficiale a scopi termici / frigoriferi è una tecnica consolidata che permette di sfruttare, tramite appositi “geoscambiatori”, un’energia presente ovunque ed inesauribile, ad un ridotto prezzo in termini di emissioni climalteranti. Pertanto, il pieno sfruttamento di questa risorsa è in linea con gli obiettivi del Protocollo di Kyoto ed è descritto nella Direttiva Europea 2009/28/CE (Comunemente detta: Direttiva Rinnovabili). Considerato il notevole potenziale a fronte di costi sostenibili di installazione ed esercizio, la geotermia superficiale è stata sfruttata già dalla metà del ventesimo secolo in diversi contesti (geografici, geologici e climatici) e per diverse applicazioni (residenziali, commerciali, industriali, infrastrutturali).

I cambiamenti climatici indotti dallo sfruttamento massiccio dei combustibili fossili e la loro oramai limitata disponibilità hanno spinto l’uomo negli ultimi decenni a cercare soluzioni che gli permettessero di riuscire a produrre energia da fonti rinnovabili. In questa categoria rientra anche l’energia geotermica cioè l’energia immagazzinata sotto forma di calore nella crosta terrestre. I vantaggi principali di questa fonte energetica derivano principalmente dal fatto che essa è insensibile ai cambiamenti climatici e se sfruttata nel modo corretto, è un’energia praticamente inesauribile oltre che sempre disponibile. Nonostante ciò la geotermia fatica ancora ad imporsi sul mercato delle energie rinnovabili tanto che da una recente stima solo 1.8% dell’energia prodotta al mondo da fonti rinnovabili è prodotta tramite questa forma di energia.