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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



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



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



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)



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)



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



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)



…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…



1. Risorse e Rischidel Sottosuolo Urbano

Il Sottosuolo Urbano e le Risorse Geotermiche Rinnovabili



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!



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



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)



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

NELL’INTERAZIONE CON IMPIANTI A FONTE GEOTERMICA

Pianificazione indagini

Previsioni effetti + modalità costruttive + gestione

Approccio metodologico per la previsione



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)



Supporto alle decisioni per la progettazionePozzo di presa Pozzo di resa



Supporto alle decisioni per la progettazione

Fogli di calcoloe modelli numerici

Modflow2000SEAWATFeflowHEAT3

etc.



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



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

Necessità anagrafe- impianti esistenti- pozzi pubblici- contaminazioni- strutture interrate (PUGSS?)

Validazione previsioni



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

019.800.000Pozzi per uso industriale

> 410 ?529.000.000Totali stimati

~ 20 ?24.600.000Barriere idrauliche (bonifiche)~ 13063.700.000Progetti Pubblici + Progetti Privati

~ 6054.600.000A2A

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



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



.Usare energia pulita.…coltivando le risorse geotermiche rinnovabili comealberi di un giardino segreto, a Milano, in Lombardia…

Grazie

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