Fonti energetiche rinnovabili Geotermia

Geotermia L'energia geotermica è una forma di energia che utilizza le sorgenti di calore che provengono dalle zone più interne della Terra, nel sottosuolo. In Italia la geotermia è una tecnologia molto promettente ma decisamente sottoutilizzata. Con le attuali tecnologie di perforazione si possono raggiungere profondità di 6.000 metri, tali pozzi permetterebbero di ottenere energia elettrica ad un costo inferiore a 0,05 € al kWh.

Geotermia Secondo un recente studio si calcola che solo con i serbatoi sotterranei acquiferi “a vapore dominante” presenti in Toscana e Lazio (aree blu della mappa) si potrebbero produrre oltre 5 mila miliardi di kWh, una quantità sufficiente per il fabbisogno nazionale di elettricità per 70 anni, lo sfruttamento degli acquiferi ad acqua dominante porterebbe ad una produzione di energia elettrica incalcolabile.

Centrale geotermica (Rif. GSE – Il geotermico Centrale geotermica (Rif. GSE – Il geotermico. Dati statistici al 31 dic 2008)

Centrale geotermica (Rif. GSE – Il geotermico Centrale geotermica (Rif. GSE – Il geotermico. Dati statistici al 31 dic 2008)

Centrale geotermica Le centrali geotermiche sfruttano il calore delle profondità terrestri. La temperatura interna del nostro pianeta aumenta a mano a mano che si scende in profondità. Questo aumento della temperatura e' detto gradiente geotermico ed e' di circa 3 gradi per ogni cento metri di profondita'. Attraverso le fratture degli strati rocciosi le acque e i vapori riscaldatisi in profondità salgono verso la superficie e vengono intercettati e raccolti dai pozzi geotermici. Se il vapore e' presente ad alta temperatura (150-250°C), viene portato in superficie per mezzo di trivellazioni più o meno profonde, poi viene convogliato in tubazioni, chiamate vaporodotti, ed infine inviato alla turbina, dove la sua energia viene trasformata in energia meccanica di rotazione. L'asse della turbina e' collegato al rotore dell'alternatore che, ruotando, trasforma l'energia meccanica ricevuta in energia elettrica alternata che viene trasmessa al trasformatore. Successivamente un trasformatore innalza il valore della tensione (400.000 Volt) e la immette nella rete di distribuzione.

Centrale geotermica Il vapore uscente dalla turbina viene riportato alla stato liquido in un condensatore, mentre i gas incondensabili, contenuti nel vapore, vengono dispersi nell'atmosfera. Una torre di raffreddamento consente di raffreddare l'acqua prodotta dalla condensazione del vapore e di fornire acqua fredda al condensatore. L'acqua condensata viene smaltita reiniettandola nelle rocce profonde da cui il vapore e' stato estratto. Quando la temperatura del vapore e' bassa ed il suo utilizzo in turbina difficile, il calore dello stesso viene utilizzato per portare all'evaporazione, in un apposito scambiatore di calore, un altro liquido che a sua volta trasformato in vapore verra' convogliato nella turbina innescando il procedimento sopra descritto. Questo stesso procedimento e' utilizzabile anche per lo sfruttamento di acqua calda, la cui energia termica puo' venire trasmessa ad un fluido secondario ed utilizzato sia per riscaldamento che per produzione di energia elettrica. La caldaia che produce vapore o acqua calda e' il serbatoio naturale geotermico, situato al di sotto della crosta terrestre.

Centrale geotermica Turbina a vapore La turbina a vapore e' costituita da due elementi principali: Il rotore, un grosso asse d'acciaio nel quale sono inserite molte "ruote", costituite da file di palette. La cassa, un involucro cilindrico di acciaio all'interno del quale sono fissate altre file di palette fisse (ugelli). Queste non ruotano, ma formano degli "anelli", che vanno ad interporsi tra le file di palette del rotore, e servono ad indirizzare nel modo corretto il vapore da una fila di palette mobili all'altra. La cassa e' divisa longitudinalmente in due meta', collegate da grossi bulloni, che servono ad indirizzare nel modo corretto il vapore da una fila di paletta all'altra. Il vapore, attraversando le successive file di palette fisse e mobili da un'estremita' all'altra della turbina, trasforma la sua energia di pressione in energia di velocita' che provoca la rotazione della turbina stessa, infine esce dallo scarico. Centrale geotermica Turbina a vapore

Centrale geotermica Pozzo di estrazione E' della stessa tipologia dei pozzi petroliferi. Internamente e' rivestito da un tubo di acciaio, in cui sono presenti delle apposite aperture dove richiesto per far passare il vapore. Dai pozzi di estrazione partono le tubazioni in acciaio (vaporodotti) che trasportano il fluido caldo all'edificio della centrale geotermoelettrica. I fluidi contenuti in un serbatoio geotermico possono talvolta raggiungere spontaneamente la superficie attraverso il sottosuolo, dando luogo a manifestazioni geotermiche naturali, quali i geyser, le fumarole, le sorgenti calde.

Centrale geotermica Pozzo di reiniezione E' della stessa tipologia dei pozzi petrolifici. Internamente è rivestito da un tubo di acciaio sino ad una certa profondità, lasciando il foro scoperto nella parte terminale. L'acqua recuperata dallo scarico della centrale o dai separatori dei pozzi viene convogliata al pozzo di reiniezione tramite appositi acquedotti, e poi reimmessa nel sottosuolo direttamente o mediante apposite pompe.

Evoluzione della potenza installata e della numerosità degli impianti geotermoelettrici in Italia (Rif. GSE – Il geotermico. Dati statistici al 31 dic 2008)

in Italia (Rif. GSE – Il geotermico. Dati statistici al 31 dic 2008)

Produzione geotermica nel 2008

Pompe di calore geotermiche Gli usi diretti del calore geotermico hanno avuto un grande incremento negli anni recenti in seguito alla diffusione, soprattutto negli Stati Uniti ed in Europa, delle pompe di calore, che rappresentano oggi uno dei settori di sviluppo di maggiore interesse. Le pompe di calore sono macchine che trasferiscono calore da un ambiente a temperatura più bassa ad un altro a temperatura più alta, per effetto dell’apporto di lavoro meccanico alla macchina, sfruttando la proprietà fisica dei fluidi di assorbire o cedere calore rispettivamente quando vaporizzano o condensano. In questo modo il calore può essere fatto fluire in senso opposto alla sua tendenza naturale, così come l’acqua può essere fatta fluire verso l’alto usando una pompa idraulica.

La pompa di calore Rappresentazione semplificata del funzionamento di una pompa di calore. A sinistra, in blu, è la fase di evaporazione, nella quale viene assorbita energia dall’ambiente esterno; a destra, in rosso, è la fase di condensazione, nella quale è ceduto calore. Il compressore al centro, azionato da energia elettrica, “muove” il sistema. L’energia termica (calore) viene spostata da sinistra (parte fredda) a destra (parte calda).

Pompe di calore geotermiche Le pompe di calore geotermiche combinano una pompa di calore con un sistema progettato per scambiare (assorbire o cedere) calore con il terreno o con una massa d’acqua. Per ottimizzare il clico termico, lo scambiatore di calore viene posto a diversi metri sotto la superficie terrestre. All'aumentare della profondità dalla superficie, infatti, la temperatura del terreno è sempre meno influenzata dalla temperatura esterna dell'atmosfera e rimane pressocchè invariata durante tutto l'anno. In estate lo scambiatore sotterraneo si trova in una zona più fresca dell'atmosfera esterna ed in inverno in una zona più calda. In tal modo il passaggio di calore fra casa e terreno avviene sempre da una zona più calda ad una più fredda e la pompa consuma meno energia.

Temperatura del suolo

Pompe di calore geotermiche Un importante vantaggio dell’impiego delle pompe di calore sta nel fatto che il sistema consente di fornire più energia (sotto forma di calore ceduto o assorbito) di quella elettrica necessaria al suo funzionamento. In genere l’energia finale fornita è tre – quattro volte quella spesa per il funzionamento. I sistemi di condizionamento con pompe di calore non producono emissione di gas o altre sostanze nocive e la loro installazione e funzionamento hanno un impatto nullo o trascurabile sull’ambiente.