ENERGIA GEOTERMICA C



ENERGIA GEOTERMICA C.F.


PREMESSA.

La crescente necessità di nuove fonti di energia ha indotto l’interesse nei confronti del calore terrestre. Allo stato si ricercano nuovi giacimenti e moderne tecniche per produrre lavoro da acqua e vapori caldi.

L’interesse a ricercare e coltivare nuovi giacimenti di energia geotermica ha ricevuto un impulso dai Progetti che dimostrano come oltre all’energia elettrica, essi possano fornire altri prodotti utili. L’acqua o vapori caldi possono essere utilizzati per riscaldare le case, le serre per alimentare piscine e per fornire energia non elettrica per la refrigerazione e il condizionamento dell’aria.

In più, l’acqua calda è, essa stessa, sorgente di minerali utili e può servire come acqua potabile.

Le sorgenti termali cioè quei punti in cui l’acqua riscaldata fuoriesce naturalmente alla superficie terrestre sono note e usate fin dall’antichità. I romani svilupparono con finalità mediche e ricreative tali località termali tutto attorno al mediterraneo e fin agli estremi confini dell’impero, specialmente nei Campi Flegrei (Baia, Miseno, Pozzuoli, Bacoli, etc.). Esse fioriscono ancora oggi come luoghi di cura in Giappone, in Francia e in altri centri dell’Europa continentale, in Italia e altrove, e soltanto all’inizio di questo secolo s’intuì la possibilità di sfruttare queste acque anche per il loro contenuto energetico.

Infatti, fu costruito il primo impianto elettrico di questo tipo nel 1904, che traeva la sua energia dal campo di vapore di Larderello (PI).


Sul giacimento di Larderello (PI) furono costruiti altri impianti, mentre in Giappone, Ungheria, Ex U.R.S.S., Islanda, Nuova Zelanda e altrove furono sviluppati progetti per l’energia geotermica a scopi industriali e riscaldamento oltre alla produzione di energia elettrica, a secondo della temperatura del fluido geotermico sono possibili svariati impieghi:

I SISTEMI GEOTERMICI

Le risorse geotermiche sono presenti nella maggior parte della superficie terrestre in ambienti geologicamente diversi, in regioni sia a gradiente geotermico normale sia superiore al normale.

Le risorse geotermiche sono presenti nella maggior parte della superficie del pianeta, in ambienti geologicamente diversi, in regioni sia a gradiente geotermico normale, sia superiore al normale. Esse possono inquadrarsi in varie tipologie di sistemi geotermici:

• Sistemi ad acqua dominante. In questi sistemi l'acqua liquida è la fase continua, che controlla la pressione nel serbatoio geotermico. Questi sistemi geotermici, la cui temperatura può andare da 125°C a > 225°C, sono i più diffusi nel mondo. Essi possono produrre, in funzione dalla loro temperatura e pressione, acqua calda, una miscela di acqua e vapore, vapore umido e, in alcuni casi, vapore secco.

















• Sistemi a vapore dominante. Nel serbatoio di questi sistemi normalmente coesistono acqua liquida e vapore, che è la fase continua che controlla la pressione. Sono sistemi ad alta temperatura, che normalmente producono vapore secco o surriscaldato. I sistemi geotermici di questo tipo sono piuttosto rari; i più conosciuti sono Larderello in Italia e The Geyser in California.

• Sistemi geopressurizzati, che possono formarsi nei grandi bacini sedimentari (p.e. il Golfo del Messico) a profondità di 3-7 km. I sistemi geopressurizzati sono sistemi chiusi, privi di alimentazione, nei quali il fluido si trova a pressione litostatica; costituiscono una categoria a sé stante. Potrebbero produrre energia termica e idraulica (acqua calda in pressione) e gas metano. Questa risorsa è stata studiata in modo approfondito, ma, sino a oggi, non è seguito uno sfruttamento industriale.


Un sistema geotermico (ad acqua o vapore dominante) può essere definito schematicamente come "un sistema acqueo convettivo, che, in uno spazio confinato della parte superiore della crosta terrestre, trasporta il calore da una sorgente termica al luogo, generalmente la superficie, dove il calore stesso è assorbito (disperso o utilizzato)".



Un sistema geotermico è formato da tre elementi:

��la sorgente di calore,

��il serbatoio

��il fluido, che è il mezzo che trasporta il calore.





Le acque meteoriche penetrano nel serbatoio attraverso le acque di ricarica e acquistano calore scendendo in profondità. Nel serbatoio il fluido tende a instaurare moti convettivi, uniformando la temperatura, e si possono avere cambiamenti di fase.





Ora ai Campi Flegrei la prova di risalita dei fluidi geotermali, gas e vapori, è data dall’anomala concentrazione di H2S di CO2 nelle fumarole e nelle sorgenti termali (Solfatara – Agnano Pisciarelli etc;) e anche all’associazione di alte temperature con alte concentrazioni di B, Hg, e sostanze molto volatili, in particolare come l’Ammonio.

Nell’area di Baia a 500 m di profondità viene raggiunta una T° di 200 C° ì, tale isoterma si approfondisce verso i laghi d’Averno e Fusaro da un lato fino alla profondità di circa 1 Km.

Considerando l’andamento delle isoterme, e ammettendo che le rocce a maggiore profondità abbiano simili caratteristiche termistiche e idrogeologiche, si può dedurre che le temperature anche superiori ai 300 °C possono incontrarsi a profondità di circa 2 Km.

Infatti, è stata misurata una temperatura di 300 °C a 1850 m. al fondo del pozzo di Agnano ***che è alla periferia del sistema geotermico.

A Ischia si osservano temperature di 177 °C a circa 250 m di profondità, e mentre 225 °C a 850 m, misurate in due pozzi sulla costa occidentale di Cetara. (7-6).

Inoltre la sismicità poco profonda, inferiore a 3 Km, e la notevole deformazione del suolo dell’area Flegrea, la possibile esistenza a Ischia di una zona di assorbimento dell’energia sismica, sono dati che mostrano un vulcanismo ancora attivo in ambedue le aree e la presenza di zone anomale condizione fisiche.

Il principale serbatoio geotermico potenziale è rappresentato dai calcari mesozoici che risultano, come visto, coperti dal complesso flyscioide impermeabile.

Livelli produttivi possono essere incontrati nella fratturata copertura vulcanica.

L’abbondanza di fumarole e sorgenti termali e dati idrogeochimichi disponibili, indicano il verificarsi di risalita di fluidi geotermici.

L’area dei “Campi Flegrei” mostra com’è evidenziato dai diversi dati, le condizioni richieste per l’esistenza di campi geotermici sfruttabili (salvo condizioni di permeabilità e geometria dei serbatoi principali).

Come già riscontrato dai dati geochimici e da altri, l’utilizzazione di queste fonti geotermiche è strettamente dipendente dalle caratteristiche fisico- chimico dei fluidi e su tale base si possono distinguere i campi geotermici:


Nei campi ad alta entalpia la temperatura arriva fino a oltre i 250° C, e gli stessi possono essere, come detto innanzi di due tipi:

- Campi a vapore dominante (esempio tipico Larderello) particolarmente favorevoli per la produzione di energia elettrica a costi più competitivi.

- Campi ad acqua dominante sono gran lunga più diffusi dei primi per i quali risulta avere i costi comparabili con quelli di altre fonti.

I campi a bassa entalpia sono di altre fonti.

I Campi a bassa Entalpia sono quelli in cui si rinviene un’acqua calda a temperatura inferiore al punto di ebollizione dell’acqua.

Queste acque possono trovare l’impiego diretto nel riscaldamento e condizionamento di ambienti civili serre agricole, processi di essicazione industriali di diverso tipo ecc.;(Barbier, Chianciano 1977.)

L’utilizzo delle acque calde è già notevolmente diffuso nel mondo basti ricordare, oltre le ben note utilizzazioni terapeutiche, l’uso estensivo che viene fatto direttamente come fonte di calore, ad esempio in Islanda (oltre 120 Ha di serre e riscaldamento di abitazioni per oltre 100.000 abitanti a Reykjavik, in Ungheria ( oltre il riscaldamento di un migliaio di abitazioni, oltre 170 ettari di serre sono riscaldati con fluidi geotermali), in Russia, dove oltre 2500 ettari di serre sono riscaldati con fluidi geotermali per la produzione di ortaggi ed infine in Francia dove uno stesso programma prevedeva già nel 1985 il riscaldamento di 500.000 alloggi a Parigi attraverso pozzi a 3500 m di profondità.

Per quanto riguarda le zone dell’Italia si hanno esempi di sfruttamento oltre Larderello anche in altri luoghi, e precisamente al Monte Amiata sono stati scoperti tre piccoli campi geotermici messi in produzione. Infatti, una piccola sorgente superficiale con acqua al di sotto del punto di ebollizione (bassa entalpia) nella zona del Monte Amiata ha dimostrato la possibilità di sfruttamento industriali di regioni con deboli o addirittura inesistenti manifestazioni superficiali, infatti, in questa zona è installata una centrale elettrica con potenza di 25 MW.

Ora, fra le aree più promettenti alla valorizzazione delle risorse geotermiche, si presentano il distretto vulcanico napoletano in particolare i Campi Flegrei per questa ragione nel 1977 fu iniziata una ricerca a carattere geotermico da parte dell’Agip nell’Area Flegrea che comprendeva studi ambientali, geologici, vulcanologici, rilievi idrogeochimici, idrogeologici e geofisici. I risultati di queste indagini nel 1978 L’AGIP scelse come prima ubicazione di un pozzo esplorativo alla profondità do circa 500 m nella località delle Mofete del Comune di Bacoli.

Infatti, è noto, che in questa zona la Soc. SAFEN condusse già negli anni 1939-41 e 1951-53 una serie di pozzi (circa 16) della profondità variabile dalle poche decine di metri fino a un massimo di 1200 m.


I risultati furono però lusinghieri perché, nell’intervallo compreso tra i 400 e 600 m di profondità, fu accertata la presenza di fluidi a temperatura elevata (circa 225°C), con una salinità di 30 g/l.

La massima portata riscontrata fu di circa 40 t/h.

Comunque non fu possibile alla SAFEN accertare esaurientemente l’entità e le caratteristiche complete fisico chimiche per la mancanza a quei tempi di una tecnologia adeguata.

Importante notare che quei pozzi che entrarono in erogazione, dopo un certo periodo di produzione gradualmente decrescente si arrestarono in modo spontaneo.

La causa più probabile del fenomeno sembra dovuta a una progressiva incrostazione del pozzo, determinata dall’alta salinità del fluido.

Ora per ulteriore esplorazione delle mofete, dove la presenza di fluidi ad alta entalpia è già stata accertata, si è proceduto all’esecuzione dei pozzi.

Il sistema di produzione dell’AGIP ha riguardato un pozzo in erogazione e uno in reiniezione.

Il problema della reinezione è d’importanza primaria sia per ragioni ecologiche sia per riequilibrare il sistema idrodinamico del giacimento.

L’esecuzione del primo pozzo ha interessato una profondità di 1500 m cosi pure un secondo pozzo della stessa profondità ubicato alla distanza di 600 o 700 m dal primo.

Infatti, uno è servito come pozzo di reinezione dei liquidi estratti durante le prove dell’altro.

Questa metodologia ha assunto un carattere sperimentale essendo la prima volta in assoluto, secondo rapporto AGIP, che veniva applicata in un pozzo geotermico, si intende ottenere una migliore e tempestiva valutazione del serbatoio e conseguentemente una notevole riduzione della durata delle operazioni; operazioni che hanno riguardato studi e rilievi di controllo dell’area.

I risultati scientifici di queste ricerche hanno portato un indiscutibile contributo alla conoscenza del sottosuolo flegreo. L’obiettivo della perforazione dei primi pozzi dovevano poi garantire del campo geotermico delle Mofete e all’utilizzazione dell’energia estratta, sia per produzione di energia elettrica o per altri diretti locali quali riscaldamento.









Dati ricerca AGIP


Altra zona di Particolare interesse nell’area Flegrea è risultata quella di Toiano (Pozzuoli), come detto e visto nel censimento dei punti di acque calde, le temperature di tali acque oscillano da un minimo di 30°C a Max di 70 °C, tali fluidi potrebbero trovare impiego diretto nel riscaldamento e condizionamento di ambienti civili, infatti, secondo Barbier (Chianciano, 1977), sono necessarie temperature minime dell’acqua almeno di 70°C, e se si dispone di pozzi poco profondi e di consistenti portate anche di 50°C -60 °C (nella zona studiando le caratteristiche idrogeologiche si è visto che il pelo libero si incontra all’incirca sui 20-22 m; cioè a quota di 0,00 l.m.) aumentando le superfici riscaldate dagli apparecchi di riscaldamento.***

Ciò si può realizzare, secondo lo stesso autore, sempre se questi fluidi non contegano aggressivi per i materiali e comunque se la salinità è in generale bassa ( 2 -3 g/l.)

Il contrario, usare scambiatori di calore se la temperatura termale è bassa e può essere conveniente l’uso di pompe di calore per estrarre quantità maggiore di calore fluido.

In questo caso è necessario fornire dall’esterno l’energia al sistema.

Cosi l’acqua calda, sempre secondo Barbier, già raffreddata per aver ricevuto energia a uno scambiatore di calore, può cederne ancora passando nella pompa nella pompa ove opera un fluido di lavoro intermedio; recupera cosi dall’acqua termale una quantità grande di calore, spendendo però dell’energia di altro tipo.

Questo sistema, secondo lo stesso autore, non è più economicamente valido se i periodi di funzionamenti sono brevi (sotto le 200 ore/anno) o nelle ore di punta quanto richiede una quantità troppo elevata di energia elettrica per il suo funzionamento.

Tale sistema, considerando i suoi limiti, potrebbe adottarsi nella zona di Toaino.

Altro uso, sempre nella zona di Toiano, e in altre che presentano le medesime caratteristiche, l’uso dei fluidi a bassa Entalpia di tipo agricolo, riscaldamento del suolo aperto selle serre ***

In questa figura si vede che una temperatura adeguata si può condurre uno sviluppo ottimale di varie specie di vegetali, ampliando la stagione di crescita e la produzione.

Riscaldando il terreno con acqua calda a cielo aperto si crea un microclima favorevole, come è detto, allo sviluppo delle piante.

Esperimenti condotti in alcuni paesi del mondo, U.S.A. Canada, hanno dimostrato secondo il Barbier, che il raccolto di patate aumentava di circa il 47% con aumento della T° da 12° C a 20°C e diminuiva del 40% se raggiungeva la T° 27 °C (refri.)

La quantità di calore da immettere nelle serre per mantenere una temperatura di un determinato livello termico è data da:

Q= (W + A + S + I – E )


W= dispersione per conduz- convenz. A livello delle pareti

A= rinnovamento d’aria

S= conduz-convez. A livello del terreno

I = Irradiamento del suolo e delle piante

E= apporto Energetico esterno.


In genere si fornisce 10Kcal/h per ogni m2 di suolo coperto e per ogni grado di differenza tra interno ed esterno della serra.

Altri campi geotermici sono connessi alle cosiddette rocce calde secche; questo sistema richiede due condizioni naturali necessarie:



Queste acque si riscaldano per conduzione e mescolate con fluidi di origine più profonda, trasportano verso l’alto grandi quantità di calore attraverso sistemi convettivi.

Considerazioni da farsi secondo il Facca, sulla vastità delle regioni della terra con forti anomalie di flusso termico rispetto alle minimi superfici dell’insieme dei Campi geotermici noti o potenziali, portano a ritenere che le rocce calde, ma secche possono rappresentare un’importante fonte di energia per l’avvenire, sempre che si riesca a trovare un modo per trasferire questo calore dalle rocce ad un fluido circolante.

Secondo alcuni calcoli fatti dall’E.R.D.A. ( Dipartimento Energetico degli U.S.A) un chilometro cubo di roccia a 350 °C, che si trovi a 3 Km e che cede il proprio calore a un fluido fino ad abbassare la temperatura della roccia a 177 °C, può fornire l’energia equivalente a quella di 9.000.000 di tonnellate di petrolio.

Lo sfruttamento di questo enorme potenziale di energia richiede la messa a punto di tecnologie complesse per ottenere una fatturazione estesa e minuta di grandi rocce calde alla profondità di qualche migliaio di metri. Questa fatturazione è necessaria per avere una vasta superficie di contatto per lo scambio termico tra la roccia (che è cattivo conduttore di calore) e fluido circolante.

Una volta ottenuto questo vasto sistema di fratture, si può iniettare nella parte più profonda della zona di frattura, dell’acqua fredda, che riscaldata, al contatto con le rocce, verrà recuperata in superficie sottoforma di vapore riscaldato e avviata ai turboalternatori per la produzione di energia elettrica.






Per l’area flegrea il potenziale geotermico totale può essere valutato, in circa 1500 GWt anno ( Gigawatt termici anno) (Paris, ENEL 1977), di cui per il potenziale geotermico per produzione di energia elettrica e cioè senza considerare i sistemi a bassa temperatura ad acqua dominante è di circa trenta GWe y ( Giga watt elettrici anno) per i Campi Flegrei, e 30 GWe y per l’isola di Ischia.

Ora come si può vedere l’area napoletana e dei Campi Flegrei in particolare, rappresentano con la Toscana, quelle più promettenti per lo sviluppo in Italia della Fonte geotermica.


In conclusione le indagini geologiche, geofisiche, geochimiche hanno messo in evidenza le notevoli potenzialità geotermiche dei Campi Flegrei.

Esistono possibilità di rinvenire campi geotermici ad alta entalpia, mentre i campi a bassa entalpia sono facilmente valutabili dalle indagini sulle presenze di acque calde affioranti in tutta l’area flegrea.

In prospettiva è stato anche valutata la possibilità di realizzare un campo geotermico artificiale, mediante idrofraturazione calde a profondità di alcuni Km.




Schema di possibile progetto HDR. Il pozzo a destra inizialmente inietta acqua ad alta pressione, che frattura le rocce calde e crea il serbatoio artificiale; successivamente diventa una parte del sistema. Il pozzo a sinistra estrae il fluido (immesso dall'altro pozzo), che si è riscaldato circolando attraverso le fratture. L'insieme forma un sistema chiuso: pozzo di iniezione - serbatoio caldo- pozzo di estrazione - impianto di utilizzazione in superficie

Altro intervento

Sistema di riscaldamento con pompa di calore e scambiatore inserito nel terreno


Per quanto riguarda l’uso delle acque a bassa entalpia sono stati indicati in concreto alcune possibilità di uso: riscaldamento di edifici zona Rione Toiano e serre.

Per la nostra area non esiste solo il problema della valutazione delle potenzialità, ma diventa pressante anche il problema dell’impatto sull’ambiente (paesaggio, inquinamento acque ì, abbassamento suolo, sismicità indotta), quindi è necessario che la Comunità non solo abbia gli strumenti per una pianificazione dell’uso dell’energia estraibile, ma anche gli strumenti per un controllo dell’impatto ambientale.