Potenzialità della geotermia a bassa entalpia Piacenza - 5 Ottobre 2016 Potenzialità della geotermia a bassa entalpia Colucci F.1, Moia F.1, 1. RSE - Ricerca Sistema Energetico S.p.A.- Milano francesca.colucci@rse-web.it fabio.moia@rse-web.it

Agenda Introduzione Mappe del potenziale di geoscambio Isola Bergamasca Solofra Nocera Calabria Ionica Il Ground Response Test – GRT Conclusioni

Introduzione Geotermia a bassa entalpia → sfruttamento delle temperature del sottosuolo < 40° Utilizzo → riscaldamento/raffrescamento di edifici e produzione di acqua calda sanitaria o industriale Progettazione di impianti geotermici complessi → stimare il potenziale di geoscambio in modo da dimensionare correttamente l’impianto. Scopo: stimare il potenziale di geoscambio Analisi: Grande scala → mappe del potenziale di geoscambio Scala di dettaglio → GRT – Ground Response Test

Mappe del potenziale di geoscambio Per realizzare queste mappe sono necessarie numerose informazioni come: Dati geologici e lito-stratigrafici Dati idrogeologici Dati di temperature In funzione della disponibilità di dati sono state individuate alcune aree: Isola Bergamasca Solofra Nocera inferiore Area Calabria

Mappe del potenziale di geoscambio:Isola Bergamasca Area settentrionale situata alla confluenza tra il Fiume Brembo e il Fiume Adda comprende 21 comuni della provincia di Bergamo Superficie: 105 Km2 Abitanti: circa 119000 40 sondaggi

Mappe del potenziale di geoscambio:Isola Bergamasca Aree con buon potenziale di geoscambio termico λ tra 2.0 e 2.2 W/(m*K) Il Canto Aree con discreto potenziale di geoscambio termico λ tra 1.8 e 2.0 W/(m*K) M. Giglio Aree con sufficiente potenziale di geoscambio termico λ tra 1.5 e 1.8 W/(m*K) Aree con scadente potenziale di geoscambio termico λ tra 1.0 e 1.5 W/(m*K) Mappa geologica Mappa geologica semplificata

Mappe del potenziale di geoscambio: Solofra provincia di Avellino (Campania) Nel Bacino del Sarno Superficie: 21 Km2 Abitanti: circa 12000 63 sondaggi 20 profili di sismica a rifrazione 7

Mappe del potenziale di geoscambio: Solofra Mappa geologica Aree non adatte in quanto interessate da fenomeni franosi Aree con buon potenziale di geoscambio termico - λ tra 2.2 e 3 W/(m*K) Aree con medio-alto potenziale di geoscambio termico λ tra 1.6 e 2.2 W/(m*K) Aree con medio-basso potenziale di geoscambio termico - λ tra 1 e 1.6 W/(m*K) 8

Mappe del potenziale di geoscambio: Nocera Inferiore Provincia di Salerno (Campania) Nel bacino del Sarno Superficie: 20 Km2 Abitanti: circa 45000 36 sondaggi 27 profili di sismica a rifrazione 6 prove down hole in foro

Mappe del potenziale di geoscambio: Nocera Inferiore Ground heat exchange map Pozzi più significativi Mappa geologica Aree con medio-alto potenziale di geoscambio termico λ tra 1.6 e 2.2 W/(m*K) Aree con buon potenziale di geoscambio termico -λ tra 2.2 e 3.0 W/(m*K) Aree con scarso potenziale di geoscambio termico λ < 1.6 W/(m*K) Area prive di dati significativi

Mappe del potenziale di geoscambio: area Calabria Provincie di Crotone, Catanzaro e Vibo Valentia Superficie: 337 Km2 Abitanti: circa 180000 338 sondaggi

Mappe del potenziale di geoscambio: area Calabria Mappa geologica Aree con medio-alto potenziale di geoscambio termico λ tra 1.5 e 2.5 W/(m*K) Aree con buon potenziale di geoscambio termico -λ > 2.5 W/(m*K) Aree con scarso potenziale di geoscambio termico λ < 1.5 W/(m*K)

Il Ground Response Test – GRT Scopo: misurare le proprietà di scambio termico di una sonda pilota Analizzati 16 GRT eseguiti in Italia 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

Il Ground Response Test – GRT Foppolo (BG) modello di sorgente lineare: temperatura lungo la sonda considerata costante sonda considerata di lunghezza infinita rispetto al raggio della sonda stessa       equazione semplificata di Hellstrom, Mogensen ed Eskilson - 1987 Tf = temperatura media del fluido nel collettore = (Tfin + Tfout)/ 2 [K] Q = potenza termica scambiata [W]; H = lunghezza della sonda [m]; t = durata del test [s]; λ = conducibilità termica [W/(mK)]; Rb = resistenza termica [K/(W/m)]; rb = raggio della sonda [m]; γ = costante di Eulero, paria a 0.5772; a = diffusività termica = λ / c [m2/s], stimato in prima approssimazione in base alle analisi geologiche; c = ρC = capacità termica volumetrica [J/(m3 K)]; Tg = temperatura del terreno indisturbato (ground) prima dell'apporto di calore [K].

Milano – Via Rubattino Pozzo 1= singola U Pozzo 2= doppia U Pozzo 3= misure T λmed = 1.96 W/(m*K) Falda freatica a 7 m

Milano – Via Rubattino GRT - sonda a singola U e potenza termica pari a 9.2 kW GRT - sonda a doppia U e potenza termica pari a 9.2 kW λmed = 1.96 W/(m*K)

Genova - sede INPS Campo di sonde geotermiche realizzato a Genova durante la ristrutturazione dell’edificio dell’INPS: Edificio di pregio a 6 piani (anni ‘30) Situato in un’area centrale della città fra Piazza della Vittoria e viale Brigata Bisagno Piano stradale 6 metri più in alto rispetto al piano nel terreno nel tratto tombinato del torrente Bisagno Realizzato un campo di 29 sonde geotermiche: 20 profonde 154m e 9 profonde 130m (viale B.Bisagno) Gli impianti geotermici a bassa entalpia possono essere installati anche in condizioni che a priori potrebbero sembrare piuttosto difficili. Schema progettuale iniziale di 35 sonde poi ottimizzato a 29 sonde con profondità differenti e più distanti Vista edificio INPS e posizione in pianta (freccia rossa) Tratto tombinato dove sono stati realizzati i sondaggi 17

Genova - sede INPS Stratigrafia: Riporti artificiali fino a -4.5m Alluvioni fino a -13 m Argille ad alta plasticità fino a -111 m Zona di passaggio fino a -119.6 Calcari marnosi fino a 150 m Argille Calcari 1.60 < λ < 3.0 W/mK Le analisi svolte dimostrano quanto sia importante determinare la corretta conducibilità termica in quanto, dipendendo da numerosi fattori, lo stesso litotipo può presentare valori notevolmente diversi rispetto a quelli tabellati e pertanto, difficilmente si riesce, come dimostrato, a stimare facilmente i parametri di conducibilità termica. Argilla valori elevati rispetto a quelli standard. Calcari (visivamente compatto) valori molto inferiori rispetto a quelli standard: elevata componente terrigena 0.79 < λ < 1.6 W/mK 18

Il Ground Response Test – GRT due siti (Pescara e Firenze) λ sperimentale <10% rispetto a quelli teorici (influenza H2O minima) Differenze significative con punte del 78% e imputabili alle falde acquifere λ (W/mk) sperimentale è più favorevole di quello ottenuto dai dati stratigrafici per i quali è oggettivamente difficile valutare l’influenza delle falde acquifere

Conclusioni Progettazione di impianti geotermici complessi → stima del potenziale di geoscambio mappe del potenziale di geoscambio realizzate per 4 aree GRT – Ground Response Test → permette di determinare la temperatura del terreno indisturbato Tg, la conducibilità termica media effettiva del terreno λ e la resistenza termica della sonda Rb analizzati 16 GRT → stime teoriche possono non riflettere la situazione reale