La previsione di sostenibilità tecnica ed ambientale nell’uso della risorsa geotermica a bassa temperatura Umberto Puppini Consiglio Nazionale dei Geologi Coordinatore Commissione Sviluppo Geotermia Le pompe di calore geotermiche: i vincoli e le opportunità per lo sviluppo Milano, 11 Dicembre 2008 Centro Congressi Stelline – Sala Leonardo Le pompe di calore geotermiche: i vincoli e le opportunità per lo sviluppo Centro Congressi Stelline – Sala Leonardo - Milano, 11 Dicembre 2008 2 di 22 Umberto Puppini Consiglio Nazionale Geologi In Europa Il potenziale geotermico a bassa temperatura è presente ovunque
11
Embed
La previsione di sostenibilità tecnica ed ambientale nell ...server.ambiente.regione.lombardia.it/webqa/... · ‘L’Energia Geotermica è energia immagazzinata in forma di calore
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
La previsione di sostenibilità tecnica ed ambientale nell’uso della risorsa geotermica a bassa temperatura
Umberto Puppini
Consiglio Nazionale dei GeologiCoordinatore Commissione Sviluppo Geotermia
Le pompe di calore geotermiche:i vincoli e le opportunità per lo sviluppo
Milano, 11 Dicembre 2008Centro Congressi Stelline – Sala Leonardo
Le pompe di calore geotermiche: i vincoli e le opportunità per lo sviluppoCentro Congressi Stelline – Sala Leonardo - Milano, 11 Dicembre 2008 2 di 22
Umberto PuppiniConsiglio Nazionale Geologi
In Europa
Il potenziale geotermico a bassa temperatura è presente ovunque
Le pompe di calore geotermiche: i vincoli e le opportunità per lo sviluppoCentro Congressi Stelline – Sala Leonardo - Milano, 11 Dicembre 2008 3 di 22
Umberto PuppiniConsiglio Nazionale Geologi
come indicatore di distribuzione del fabbisogno idrico ed energetico
• Gran parte del sottosuolo contieneacqua, usata da lungo tempo direttamente tramite infrastrutture distribuite in tutto il territorio (75%fabbisogno).• La distribuzione del fabbisogno idrico coincide con quella del fabbisogno energetico. Le stesse acque sotterranee hanno proprietà termiche utili e sono una risorsa rinnovabile.
Distribuzione densitàpopolazione
Fonte: APAT
Le pompe di calore geotermiche: i vincoli e le opportunità per lo sviluppoCentro Congressi Stelline – Sala Leonardo - Milano, 11 Dicembre 2008 4 di 22
Umberto PuppiniConsiglio Nazionale Geologi
Una definizione di risorsa rinnovabile
Nella Proposta di Direttiva per lo Sviluppo delle Fonti Rinnovabilidi Energia :‘L’Energia Geotermica è energia immagazzinata in forma di calore sotto la superficie solida della terra’e
‘…sorgenti di energia non fossili e rinnovabili: eolica, solare, geotermica, moto ondoso, maree, idroelettrica, biomassa, gas discariche, gas impianti depurazione, biogas’
Obiettivo del Consiglio Europeo:il 20% del fabbisogno coperto entro il 2020 da risorse rinnovabili
(17% per l’Italia),compresa quella geotermica
Le pompe di calore geotermiche: i vincoli e le opportunità per lo sviluppoCentro Congressi Stelline – Sala Leonardo - Milano, 11 Dicembre 2008 5 di 22
Umberto PuppiniConsiglio Nazionale Geologi
Quando si presenta una risorsa geotermicarinnovabile utile?
Esistenza serbatoio naturale (per esempio bacino montano o terreno poroso)
Alimentazione (per esempio con ricarica idrica o con fonte termica ipogea o con entrambi)
Logistica favorevole (accessibilità al serbatoio)
Le pompe di calore geotermiche: i vincoli e le opportunità per lo sviluppoCentro Congressi Stelline – Sala Leonardo - Milano, 11 Dicembre 2008 6 di 22
Umberto PuppiniConsiglio Nazionale Geologi
1 Strutture idrogeologiche con acquiferi a porosità primaria di formazione recente (bianco)
2+4+5 Strutture idrogeologiche con acquiferi a porositàsecondaria di formazione antica (rosso, verde scuro,verde chiaro)
Distribuzione serbatoisotterranei (acquiferi)
Fonte: Civita (mod.)
Oltre 1/3 del territorio italiano èinteressato da una significativa circolazione idrica sotterranea
Tutto il resto del sottosuolo italiano è un estifero (aestus = calore) con flusso di calore costante
ed anche Carta Idrogeologica d’Italia Scala 1:50.000 (1995)
Le pompe di calore geotermiche: i vincoli e le opportunità per lo sviluppoCentro Congressi Stelline – Sala Leonardo - Milano, 11 Dicembre 2008 7 di 22
Umberto PuppiniConsiglio Nazionale Geologi
Alimentazione (precipitazioni e flusso di calore)
Fonte: Bernacca
Flusso di calore geotermico
0,04 - 0,1 W/m2
2
Temperatura
Zona di oscillazionestagionale
Inverno Estate
Gradiente geotermico = c. 0.1-0.3 °C/km
Irraggiamento
100-300 W/m
Le pompe di calore geotermiche: i vincoli e le opportunità per lo sviluppoCentro Congressi Stelline – Sala Leonardo - Milano, 11 Dicembre 2008 8 di 22
Umberto PuppiniConsiglio Nazionale Geologi
Accessibilità fonti geotermiche a bassa temperatur
Direttiva sulle Risorse Energetiche RinnovabiliQuanto? < 25 (40) °CDove? < 400 m di profondità
Salvo che nei primi 10 m, dove subisce oscillazioni di periodo stagionale, la temperatura del sottosuolo è stabile ed è vicina alla temperatura media annuale, che varia con latitudine e altitudine
In Italia, 6-22 °C nei primi 100 m circa
In profondità le temperature crescono di 1°-3° C ogni 100 m per il solo flusso termico endogeno, che corrisponde a 0,04-0,1 W x m-2
Esempi:Bergamo 40° C a 400 mVeronese 28° C a 280 m(Grado 60° C a 1.000 m)(Pavia 60 °C a 2.000 m)
Le pompe di calore geotermiche: i vincoli e le opportunità per lo sviluppoCentro Congressi Stelline – Sala Leonardo - Milano, 11 Dicembre 2008 9 di 22
Umberto PuppiniConsiglio Nazionale Geologi
…i maggiori agglomerati urbani si estendono sopra serbatoi geotermici a bassa temperatura con circolazione idrica
sotterranea significativa
Dunque TUTTE le regioni hanno
serbatoi geotermici a bassa temperatura ed…
Le pompe di calore geotermiche: i vincoli e le opportunità per lo sviluppoCentro Congressi Stelline – Sala Leonardo - Milano, 11 Dicembre 2008 10 di 22
Umberto PuppiniConsiglio Nazionale Geologi
1. Risorse e Rischidel Sottosuolo Urbano
Il Sottosuolo Urbano e le Risorse Geotermiche Rinnovabili
Le pompe di calore geotermiche: i vincoli e le opportunità per lo sviluppoCentro Congressi Stelline – Sala Leonardo - Milano, 11 Dicembre 2008 11 di 22
Umberto PuppiniConsiglio Nazionale Geologi
La Risorsa Sottosuolo
Valore potenziale positivo, per uso estensivo eintensivo
Il Sottosuolo è un volume destinabile a Parcheggi auto, laboratori, uffici, abitazioniViabilità urbana ed interurbana per trasporto su gomma e su ferro Stoccaggi (vasche acqua, serbatoi combustibili, magazzini commercio al minuto e all’ingrosso etc.)Sottoservizi (condotte, cavidotti, polifere, canali, cunicoli per trasporto acqua potabile, energia, combustibili, dati etc.)Dispersione: correnti vaganti (messe a terra, protezioni catodiche), acque meteoriche (gronde), acque grigie (imhof)
Magazzino di calore naturale o artificiale!
Le pompe di calore geotermiche: i vincoli e le opportunità per lo sviluppoCentro Congressi Stelline – Sala Leonardo - Milano, 11 Dicembre 2008 12 di 22
Umberto PuppiniConsiglio Nazionale Geologi
Valore potenziale negativo
Falda a quote variabili con latitudine, stagione, regime precipitazioni, regime pompaggi
Contaminazioni della falda
Suolo/Terreno contaminato
Discariche abusive
Terreni compressibili
Instabilità (subsidenza, versanti, scavi etc.)
Il Rischio Sottosuolo
Le pompe di calore geotermiche: i vincoli e le opportunità per lo sviluppoCentro Congressi Stelline – Sala Leonardo - Milano, 11 Dicembre 2008 13 di 22
Umberto PuppiniConsiglio Nazionale Geologi
A che serve la Geologia?
A definire un bilancio preliminare tra Potenzialità e Criticitàd’uso della Fonte Geotermica
Pianificazione a vari livelli (PGT, Piani Emergenza, Piani Caratterizzazione, PUGSS, etc.)Raccolta, organizzazione, interpretazione dati a scala piccola (1:10.000)Dati a scala di sito = incremento di significatività = maggior valoreIndagini dirette (per es. sondaggi meccanici, test e misure di campo, misure di livello) e indirette (per es. sondaggi geofisici)
Costi < 0,1/1 % valore operaImprevisti connessi > 0,5/5 % valore opera
Studi = Strumenti di supporto per le decisioni = Supporto alla ProgettazioneOrganizzazione, elaborazione e interpretazione dei dati con modelli analitici (per es. verifiche di subsidenza dei terreni) o numerici (per es. modelli di flusso e di trasporto di calore per le falde)
Le pompe di calore geotermiche: i vincoli e le opportunità per lo sviluppoCentro Congressi Stelline – Sala Leonardo - Milano, 11 Dicembre 2008 14 di 22
Umberto PuppiniConsiglio Nazionale Geologi
Indagini e studi precedentiIntervisteRaccolta dati idrometrici, idrografici, idrogeologici
Modello Concettuale PreliminareSchematizzazione dei fondamentali meccanismi (geologici,idrogeologici, meccanici, idraulici, idrochimici, biologici, termici etc.) che interessano attivamente o potenzialmente sottosuolo
Le pompe di calore geotermiche: i vincoli e le opportunità per lo sviluppoCentro Congressi Stelline – Sala Leonardo - Milano, 11 Dicembre 2008 15 di 22
Umberto PuppiniConsiglio Nazionale Geologi
TestRispostaTermica
Durata almeno
50 ore
updown
Computer
Power usagevoltage (V) and current (I)
Potenza scambiata col terreno = V x Ioppure(T - T ) x S x Q
C
Riscaldatore(a gas o elettrico)
T Tup down
Flussimetro-
Pompa Flow = Q
0
2
4
6
8
10
12
14
10 100 1000 10000 100000 100000Time since heat on (seconds)
Power (kW)
Temperature displacement (°C)
Temperature displacement (K); heat into ground (kW)
Le pompe di calore geotermiche: i vincoli e le opportunità per lo sviluppoCentro Congressi Stelline – Sala Leonardo - Milano, 11 Dicembre 2008 16 di 22
Umberto PuppiniConsiglio Nazionale Geologi
Supporto alle decisioni per la progettazionePozzo di presa Pozzo di resa
Le pompe di calore geotermiche: i vincoli e le opportunità per lo sviluppoCentro Congressi Stelline – Sala Leonardo - Milano, 11 Dicembre 2008 17 di 22
Umberto PuppiniConsiglio Nazionale Geologi
Supporto alle decisioni per la progettazione
Fogli di calcoloe modelli numerici
Modflow2000SEAWATFeflowHEAT3
etc.
Le pompe di calore geotermiche: i vincoli e le opportunità per lo sviluppoCentro Congressi Stelline – Sala Leonardo - Milano, 11 Dicembre 2008 18 di 22
Umberto PuppiniConsiglio Nazionale Geologi
Modellazione del flusso della falda e delle variazioni termiche a 10, 15, ...100 anni per verifica effetto prelievo e restituzione d’acqua di falda usata dalle pompe di calore
PosizioneDimensioneProfonditàTipologia e modalità costruzione opere
Supporto alle decisioni per la progettazione
Le pompe di calore geotermiche: i vincoli e le opportunità per lo sviluppoCentro Congressi Stelline – Sala Leonardo - Milano, 11 Dicembre 2008 19 di 22
Umberto PuppiniConsiglio Nazionale Geologi
Uso sostenibile: alcune esigenze di cautela
Progetti produzione energia termica con risorse sotterranee possibilmente non pregiate e con restituzione al ciclo dell’acqua (acque superficiali o sotterranee) o al terreno (effetti calore): non affidarsi al caso
Cercare la longevità dei sistemi alimentati da fonte geotermica
Le pompe di calore geotermiche: i vincoli e le opportunità per lo sviluppoCentro Congressi Stelline – Sala Leonardo - Milano, 11 Dicembre 2008 20 di 22
Umberto PuppiniConsiglio Nazionale Geologi
Potenza termica installata al 2015
e installabile(MWt)
Quantitàsollevata
(m3/anno)
0250.000.000Pozzi per uso potabile (valore 2006)
~ 200 ?112.900.000Pozzi controllo innalzamento falda03.400.000Pozzi per uso irriguo
MilanoStima impiego acqua di falda a bassa temperatura
e potenze installate
Non considera sistemi a circuito chiusoOggi almeno 100 MWt già operanti (equivalenti a circa 30.000 TEP)Al 2015 saranno realizzati impianti per un totale di quasi 200 MWt di potenza installataAl 2020 installabili 400 MWt se si convertissero impianti esistenti (Progetto Vettabia e altri
sistemi di abbassamento della falda tuttora attivi), ad esempio per sistemi di teleriscaldamento.
Fonti: Agenda 21, Acquedotto Milanese
Le pompe di calore geotermiche: i vincoli e le opportunità per lo sviluppoCentro Congressi Stelline – Sala Leonardo - Milano, 11 Dicembre 2008 21 di 22
Umberto PuppiniConsiglio Nazionale Geologi
Conclusione:le fonti a bassa temperatura sono una risorsa
rinnovabile, ubiquitaria, a basso costo e…
Nella sola città di Milano a medio termine copriranno circa il 4 % del fabbisogno termico civile annuale medio (estate ed inverno)40 t/a di CO2 non emesse a fronte della produzione di 100 MWt di energia termica con fonte rinnovabile equivalgono a circa il 2,6 % delle emissioni prevedibili al 2010 a Milano (circa 1,5 Mt/a).Consentono usi multipli e/o integrati a costi competitiviNon influenzano la possibilità d’uso di risorse profonde a media ed alta temperaturaLimitano o azzerano gli impatti acustici e visivi
Le pompe di calore geotermiche: i vincoli e le opportunità per lo sviluppoCentro Congressi Stelline – Sala Leonardo - Milano, 11 Dicembre 2008 22 di 22
Umberto PuppiniConsiglio Nazionale Geologi
.Usare energia pulita.…coltivando le risorse geotermiche rinnovabili comealberi di un giardino segreto, a Milano, in Lombardia…