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Progetto Geotermico DS:HDR (Deep Shaft:Hot Dry Rock) Progetto Geotermico DS:HDR (Deep Shaft:Hot Dry Rock) Brevetti RM99A000357 del 3.6.99 e RM2002A000521.

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2 Progetto Geotermico DS:HDR (Deep Shaft:Hot Dry Rock) Progetto Geotermico DS:HDR (Deep Shaft:Hot Dry Rock) Brevetti RM99A del e RM2002A del …per laccesso a fonti energetiche rinnovabili Autore: DOFFIZI Sergio 26 Aprile 2002 Aggiornamento 15/10/2002 (Versione minibrochure)

3 2 SERGIO DOFFIZI Dal gennaio 2000 Dirigente Responsabile della Funzione Territorio e Ambiente della SOGIN (Società per la Gestione degli Impianti Nucleari con il compito di effettuare il decommissioning accelerato di quelli esistenti in Italia). La struttura eredita tutte le esperienze maturate in ENEL nel campo della conduzione di Studi di Impatto Ambientale (oltre 52 SIA, relativi ai vari tipi di impianti di produzione e trasmissione di energia elettrica, redatti negli ultimi 15 anni) e della localizzazione di impianti a rischio di grossa taglia. Il progetto per limpianto geotermico DS:HDR, riportato nelle pagine successive, nasce da queste esperienze e da una gestazione durata quasi 15 anni: è coperto da due brevetti dellUfficio Italiano Brevetti e Marchi del Ministero delle Attività Produttive (il primo con domanda RM99 A del 3/6/1999 e Brevetto n rilasciato il 23/4/2002, il secondo con domanda RM2002 A del 15/10/2002). Il progetto, illustrato in anteprima allERGA di Pisa, su indicazione del Presidente dellENEL, è stato ritenuto da questa società innovativo ed interessante … Dal 1983 al 1999 presta servizio presso la Direzione delle Costruzioni dellENEL dove, nel 1994, riceve la nomina a dirigente. Collabora alla localizzazione e progettazione dei vari impianti di produzione di energia elettrica ed in particolare di quelli a rischio. Mette a punto un metodo sismotettonico innovativo che tiene conto delle caratteristiche geomeccaniche e reologiche delle rocce di strutture in grado di generare terremoti. Metodo applicato direttamente dallAutore per la valutazione dellinput sismico di vari impianti elettronucleari tra cui lo shelter per limpianto nucleare di Chernobyl in Ucraina. Predispone, in collaborazione con tecnici dellEDF francese, il progetto di scavo della galleria ferroviaria da 52 km prevista nella tratta Torino-Lione che, sotto il Massiccio dellAmbin, avrà quasi 3 km di copertura e attraverserà rocce che potranno raggiungere temperature dellordine dei 60-70°C. Tunnel da 52 km sotto lAmbin (in rosso) previsto dalla tratta ferroviaria ad alta velocità Torino-Lione Breve curriculum vitae dellAutore Chernobyl 1986 Laurea in Scienze Geologiche conseguita presso lUniversità degli Studi La Sapienza di Roma nel Dal 1976 al 1983 lavora presso il Centro di Ricerca Geotermica dellENEL di Pisa dove conduce progetti in Italia, Grecia, Iran e predispone il modello geofisico che ha portato alla scoperta del campo geotermico di Latera (presso il lago di Bolsena).

4 3 Il riscaldamento del nostro pianeta, legato al rilascio di gas-serra nellatmosfera, preoccupa governi e popoli di tutto il mondo INVITO AI CONSUMATORI (da Time Magazine del 23/4/01):... scegliete compagnie che non producono elettricità con fonti che emettono CO 2 come i combustibili fossili... Aumento della temperatura media dellatmosfera tra il 1880 e il 2000 in °F (da: U.S. National Climatic Center, 2001) La velocità di ritiro del Grinnel Glacier nel Montana (le frecce indicano il limite del ghiaccio negli anni) ha subito un'accelerazione dall'inizio del 1900

5 4 Se si osserva la distribuzione della temperatura sotto la superficie della Terra se ne deduce che il calore interno costituisce la più diffusa ed inesauribile riserva d'energia pulita e rinnovabile del nostro pianeta. Accedere a tale forma di energia significherebbe dare una risposta concreta alle sfide più importanti del terzo millennio: - combinare sviluppo industriale e vivibilità del Pianeta - ridurre i conflitti tra Paesi produttori di petrolio e Paesi consumatori A Kyoto si è stabilito di risolvere il problema sostituendo i combustibili fossili con fonti energetiche pulite; il calore interno della Terra può contribuire a raggiungere tale obiettivo Temperatura interna della Terra Compagnie petrolifere come la Shell hanno deciso di investire somme notevoli sia in pubblicità che nello sviluppo della ricerca sulle fonti rinnovabili (v. Shell Renewables) per diffondere presso i consumatori limmagine di unazienda attenta ai problemi dell'ambiente km 3700°C 5200 km 4300°C km 1000°C CROSTA MANTELLO NUCLEO From the U.S. Department Of Energy (DOE) site geo (earth) thermal (heat) energy is an enormous, underused heat and power resource that is clean (emits little or no greenhouse gases), reliable (average system availability of 95%), and home-grown (making us less dependent on foreign oil)

6 5 Fino ad oggi luomo è riuscito a sfruttare solo una minima parte della enorme quantità di calore presente nel sottosuolo. La potenza complessiva degli impianti che nel mondo utilizzano lenergia geotermica dei rari serbatoi idrotermali e/o delle ancor più rare emergenze superficiali raggiunge valori molto modesti: MWe (con circa 50 TWh/anno prodotti) e MWt (rispettivamente per la produzione di energia elettrica e per luso diretto del calore). Impianto geotermico e piscina termale in Islanda Pozzo geotermico

7 6 Gli esperimenti di Fenton Hill (New Mexico) aprono prospettive di sfruttamento delle rocce calde secche (Hot Dry Rock – HDR) crostali Gli esperimenti condotti tra il 1977 e il 1995 dal Los Alamos National Laboratory per conto del DOE (Department Of Energy) statunitense hanno dimostrato la relativa facilità con la quale è possibile estrarre calore dalle rocce calde mediante pozzi perforati dalla superficie che pompano acqua fredda in profondità e la recuperano riscaldata: con il calore estratto è stato possibile far funzionare un piccolo generatore di corrente elettrica. Esperimenti analoghi in corso nel mondo (Francia, Giappone, Inghilterra, Svizzera, Australia) dimostrano linteresse sul metodo. I costi elevati per unità di potenza installata, però, pari ad oltre 20 volte quelli di un impianto a ciclo combinato, hanno finora ostacolato il passaggio alla fase industriale di tali esperimenti. Se si volesse, infatti, realizzare un impianto da 1000 MWe con il sistema usato a Fenton Hill (3 pozzi per 4,8 MWe), si dovrebbero perforare oltre 600 pozzi lunghi 4-5 km con una spesa, per le sole perforazioni, di circa 7 miliardi di. Impianto di Fenton Hill Schema di progetto

8 7 Un nuovo tipo di impianto, il DS:HDR, rimuove gli ostacoli per lo sfruttamento industriale del calore crostale Oltre avere costi eccessivi, per le numerose perforazioni necessarie, un impianto per lo sfruttamento industriale del calore della Terra realizzato con il metodo sperimentato a Fenton Hill indurrebbe un elevato impatto ambientale sul territorio (come detto un impianto da 1000 MWe richiederebbe la perforazione di oltre 600 pozzi da distribuire su unarea di ben km 2 ). Tratti di perforazione produttivi in rocce a circa 300°C Superficie occupata: Tratti improduttivi km km 4 km superficie Un nuovo tipo di impianto denominato DS:HDR (protetto da Brevetto per Invenzione Industriale n rilasciato il 23/4/02, dallUfficio Italiano Brevetti e Marchi del Ministero delle Attività Produttive, allautore della presente brochure) sostituisce i tratti improduttivi delle perforazioni con un pozzo/discenderia di grande diametro; ciò consente di abbattere drasticamente i costi e di ridurre limpatto ambientale a livelli del tutto trascurabili. La perforazione dei soli tratti produttivi (dai quali lacqua viene prima pompata e quindi recuperata dopo essersi riscaldata nelle rocce calde circostanti) avviene in questo caso da alcune gallerie sub-orizzontali impermeabilizzate, coibentate e climatizzate che si raccordano al pozzo/discenderia principale. Tratti di perforazione produttivi in rocce a circa 300°C

9 8 Lo schema statunitense iniziale utilizzato nel mondo che viene ad essere modificato dal nuovo impianto DS:HDR Schema originale dal brevetto US Patent depositato il 22/1/74 da R.M. Potter, E.S. Robinson & M.C. Smith per conto dellU.S. Atomic Energy Commission. Il nuovo schema va a modificare quello iniziale ideato nel 1974 sul quale si è basato il progetto dellimpianto di Fenton Hill e sostanzialmente utilizzato per tutti gli altri impianti sperimentati od in procinto di esserlo nel mondo (Inghilterra, Francia, Giappone, Svizzera, Australia…).

10 9 Il nuovo impianto DS:HDR non richiede lo sviluppo di particolari tecnologie potendosi avvalere di quelle esistenti in campo minerario Pozzi di grande diametro e con profondità analoghe esistono già: la miniera doro di Freegold (Orange State) ha un pozzo di circa 4 km (v. torre esterna indicata dalla freccia nella foto di sinistra) da cui si dipartono le gallerie per lo sfruttamento della vena aurifera (v. sezione a destra). Il rettangolo chiaro (R) in sezione rappresenta limpianto di condizionamento che consente di portare i 150°C di fondo pozzo ai 32°C adatti al lavoro delle maestranze. Possibile schema dinsieme di un impianto DS:HDR. 4 km La geometria finale dipenderà dalla potenza di progetto richiesta e dalle condizioni termiche e geomeccaniche dellammasso roccioso presenti nel sito di realizzazione. 4 km Vapore acqueo Generazione elettrica Ricaldamento

11 10 Potenza del serbatoio HDR richiesta per sostenere un impianto geotermoelettrico da 1000 MWe: MWt (a decadimento compensato nella vita utile dellimpianto). Rocce calde secche da sfruttare: km³ a °C. Acqua richiesta: 10 milioni di m³ iniziali milioni di m³/anno per reintegro. Pozzo verticale: profondità 3,5-4 km, diametro 10 m (costo Mln di cui circa 50 per lo scavo come da offerta ottenuta dall'impresa sudafricana CEMENTATION MINING). Gallerie sub-orizzontali: n. 5-8, con diametro di 4-6 m, per complessivi 36 km ( Mln ). Perforazioni: n. 250 per una lunghezza totale di 200 km ( Mln ). Altri principali oneri: centrale elettrica, climatizzazione sistema pozzo/gallerie, tubazioni, pompe per la circolazione del fluido, ecc.. ( Mln ). Studio di fattibilità: Mln. Investimento impianto: Mln. Contingency: Mln. Investimento totale: Mln (1-1,5 Mln /MWe installato) Apporto di capitale sociale: 20% circa dellinvestimento totale. Oneri per project financing: Mln. Vita utile impianto: 25 anni. Predisposizione dello studio di fattibilità e del progetto esecutivo: 2,5-3 anni. Tempi di costruzione: 8 anni. Manutenzione: 0,0052 /kWh prodotto. Personale: 100 addetti. Tasse: 4,25% per IRAP, 37% per IRPEG, effetto DIT (Dual Income Tax) considerato. Tassi passivi: 7,2% a medio e lungo termine, 8,5% a breve, 9,3% periodo di grazia. Tasso attivo: 6,0%. Costo capitale per azionista: 12,1% -12,2%. TIR: 15,2-20,3 % (con kWh con incentivi certificato verde x 8 anni + terminal value). Adjusted Present Value del progetto: Mln Le ipotesi preliminari su costi e ritorni economici di un impianto DS:HDR da 1000 MWe danno ottimi risultati (*) (*) I presenti conteggi sono stati effettuati con laiuto delling. Antonio Ganci che ringrazio

12 11 sfruttare per il teleriscaldamento il calore ancora contenuto nei fluidi dopo la generazione di energia elettrica (10-20 miliardi di kWht/anno, per un valore di varie centinaia di Mln di /anno) contribuendo così anche ad abbattere linquinamento elettromagnetico; sfruttare la capacità dellimpianto di erogare energia di punta per spuntare un prezzo favorevole del kWh; commercializzare il marino estratto dagli scavi (2 milioni di m 3 per un valore di Mln ) Se, infine, fosse possibile collocare limbocco del pozzo/discenderia in corrispondenza di uno scavo minerario già esistente, si otterrebbero i seguenti ulteriori vantaggi: ridurre lunghezza e costi del pozzo da scavare; sfruttare anche minerariamente il materiale di scavo; azzerare il già ridottissimo impatto ambientale Fimistone Open Pit Un impianto tipo DS:HDR riserva altre opportunità estremamente interessanti A parte lincredibile disponibilità che supera il 90% del tempo, da impianti DS:HDR possono derivare altre interessanti possibilità :

13 12 Dove si può realizzare un impianto DS:HDR e quali sono i prossimi passi da compiere Le aree ottimali sono distribuite in gran parte del mondo (zone off-shore comprese). Solo nellItalia centrale tirrenica, larea potenzialmente adatta presenta unestensione di circa km 2, capace pertanto di sostenere qualcosa come 250 impianti geotermoelettrici da 1000 MWe! Al termine dello studio, che comprenderà anche indagini per l'individuazione di un sito adatto alla realizzazione di un impianto DS:HDR, si potrà scegliere tra una delle seguenti opzioni: 1) procedere con la realizzazione di un impianto pilota; 2) prolungare lo studio stesso per ulteriori approfondimenti; 3) rinviare lindustrializzazione del progetto DS:HDR. In ogni caso lo studio di fattibilità, date le caratteristiche fortemente innovative del progetto, porterà a scoperte nel campo minerario da proteggere con Brevetti per Invenzioni Industriali. Il primo passo da compiere è quello di eseguire uno studio di fattibilità che richiederebbe 2,5-3 anni di tempo ed il coinvolgimento di circa 60 tecnici. Miniera con armatura in larice tipo Marciavanti Le indagini, inoltre, potranno mettere in luce strutture geologiche in grado di consentire lo sfruttamento di serbatoi idrotermali regionali profondi, non altrimenti raggiungibili.


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