geotermico
geotermico
geotèrmico s. m. – Comparto industriale per la coltivazione e lo sviluppo della fonte rinnovabile costituita dall'energia geotermica. L’energia geotermica è l’energia associata al calore interno terrestre, e il suo flusso medio, indicato come flusso basale, è pari a 0,057 W/m2. Dato che la superficie terrestre misura 520 Tm2, la potenzialità geotermica della Terra equivale a 30 TW. In realtà lo sfruttamento è localizzato nelle zone di forte anomalia, cioè con eccesso di flusso energetico rispetto al valore basale medio (un’anomalia di n=10 significa che in quel sito il flusso di energia è dieci volte superiore a quello medio). Questo fenomeno è sostanzialmente dovuto a una riduzione dello spessore della crosta terrestre nelle regioni tettonicamente attive.
Principi e tecnologia. – Un impianto di generazione di energia elettrica per via geotermica è costituito da due sezioni. In quella fuori terra, del tutto analoga a una centrale termica convenzionale, il vapore prodotto nella caldaia geotermica è convertito in energia elettrica tramite un ciclo termodinamico (tipo Rankine o Kalina). I costi di questa sezione di impianto sono simili a quelli di una centrale termoelettrica di potenza analoga, dato che le principali apparecchiature (turbina, pompa e condensatore) sono le stesse. La differenza è tutta nella generazione del vapore, che in un impianto termoelettrico avviene in una caldaia mentre in uno geotermico si verifica in uno scambiatore che riceve il fluido caldo del circuito geotermico. La parte dal costo più oneroso è rappresentata dalle perforazioni realizzate per la ricerca del giacimento caldo. Tale costo dipende dalla profondità che è necessario raggiungere e dalla natura degli strati rocciosi da perforare. Per valutare l’intensità energetica della fonte geotermica rispetto alla generazione di energia elettrica, bisogna puntualizzare che, se non si vuole perturbare il sistema, il flusso di calore estraibile dal sottosuolo deve equivalere a quello basale locale. Nella pratica, considerando il rendimento del ciclo termodinamico di conversione del calore in elettricità (nell'intervallo 150<T<250 °C), con un’anomalia di n=10 è possibile ottenere tra 0,08 e 0,15 W/m2 di estensione di giacimento. L’energia geotermica è l’unica fonte rinnovabile che non risente dei cicli naturali, e quindi la sua fornitura può essere considerata continua. Pertanto, in questo caso, la potenza installata e quella prodotta coincidono. Allo stato attuale, lo sfruttamento dell’energia geotermica avviene sostanzialmente con procedimenti di tipo idrotermale, ovvero basati sull’impiego di sorgenti naturali di miscele di acqua e vapore ad alta temperatura (T>150÷200 °C). Si tratta quindi di una tecnologia nella quale ci si limita a praticare un foro in un acquifero idrotermale, il cui fluido caldo emerge conseguentemente in superficie per essere inviato in una turbina dopo essere stato purificato dai composti corrosivi e nocivi e dai detriti di roccia trascinati. Purtroppo, queste condizioni non sono così frequenti in natura. Diversa connotazione presenta la tecnologia HDR (Hot dry rock), in cui rocce secche calde sono irrorate con acqua per produrre vapore impiegato per muovere turbine o altre macchine termiche. Il ricorso a strati di rocce secche e calde è vantaggioso (pur se con alcune limitazioni), poiché questi sono più facili da localizzare dei giacimenti idrotermali. Infatti, in termini generali medi, la temperatura della Terra cresce di 30 °C ogni 1000 m di profondità. Pertanto, sempre in linea di principio, in un qualsiasi punto della crosta terrestre è possibile trovare rocce alla temperatura desiderata purché si raggiunga un’adeguata profondità. Quindi la tecnologia HDR consiste nella realizzazione almeno di un condotto di mandata (che invia il fluido freddo verso le rocce calde) e uno di ritorno (che raccoglie il fluido caldo). Per connettere le due perforazioni di mandata e di risalita, nonché per ottenere un’elevata superficie di scambio termico, è necessario realizzare un’adeguata frantumazione dello strato roccioso intermedio tramite l’impiego di esplosivi o di fluidi in pressione o di calore. Il controllo delle fessure originate dalla frantumazione della roccia non è però tale da garantire successivamente un ben definito percorso al fluido vettore termico, in questo caso sempre costituito da acqua sotto pressione, tra le perforazioni di mandata e di ritorno. Inoltre, tale cammino non è stabile nel tempo a causa della mobilità dei detriti di roccia trascinati dal moto del fluido che possono provocare l’occlusione del circuito idraulico precedentemente stabilito. Lo sfruttamento degli strati di rocce secche e calde con questa tecnologia è pertanto soggetto a rendimenti fortemente variabili, che possono pregiudicarne l’economia. Va inoltre considerato il rischio associato alla microsismicità indotta dalle operazioni di pompaggio ad alta pressione dei fluidi, in particolare nelle aree urbanizzate (come avvenuto a Basilea in Svizzera nel 2006, con eventi di magnitudo Richter fino 3,4 che hanno determinato l'abbandono del progetto). La prospettiva di sfruttamento del potenziale geotermico nei cosiddetti sistemi geotermici avanzati (EGS, Enhanced geothermal systems) richiede allora la realizzazione di impianti a ciclo chiuso. L’obiettivo di questi impianti di futura generazione è di realizzare un vero e proprio scambiatore di calore, caratterizzato da una rete di tubi di piccolo diametro in modo tale da produrre un’elevata superficie di scambio termico.
Diffusione e potenzialità. – Nel 2010 nel mondo la capacità geotermica installata era di circa 10,7 GW elettrici (con un incremento del 20% nel periodo 2005-2010), in grado di generare 67,2 TWh. I maggiori produttori sono, nell'ordine, USA (3086 MW), Filippine (1904 MW), Indonesia (1197 MW), Messico (958 MW); i paesi con il maggior incremento (2005-2010) di potenza geotermica sono stati USA (530 MW), Indonesia (400 MW), Islanda (373 MW), Nuova Zelanda (193 MW), Turchia (62 MW). In Italia, che è il Paese in assoluto di più antica tradizione nello sfruttamento di questa fonte, il maggiore produttore europeo e il quinto nel mondo (772 MW nel 2011), dai sistemi idrotermali toscani si ricava energia elettrica per 5650 GWh (2011), il 6,7% circa della produzione da fonti rinnovabili (grosso modo poco più della metà del contributo sia del fotovoltaico sia dell'eolico). Una valutazione del notevole potenziale geotermico nazionale relativamente allo sfruttamento di rocce secche consente di determinare che nell’area dei Campi Flegrei (Napoli) e di Larderello si riscontrano anomalie dell’ordine di 100. Esiste, inoltre, la dorsale tirrenica sottomarina, dove i valori di anomalia superano 200, corrispondenti a flussi energetici dell’ordine di 5÷10 W/m2. Una stima della potenza nazionale installabile (Piano strategico di ricerca per l'energia geotermica, 2011), in un intervallo di 15 anni, individua un potenziale di 6,4 GW, tra sistemi idrotermali (3 GW), EGS senza scambiatori (1,5 GW) e con scambiatori (0,2 GW), sistemi offshore (1,2 GW) e tecnologie non convenzionali (0,5 GW). È importante infine evidenziare il possibile contributo del g. con gli approcci a bassa entalpia, in cui si impiegano tutte quelle installazioni che consentono di ottenere un fluido intorno ai 70 °C, in modo tale da poter essere impiegato nel riscaldamento/condizionamento domestico o per scopi affini mediante, per es., la ben nota e ben sviluppata tecnologia delle pompe di calore. Tenendo conto della natura geologica italiana, sistemi di riscaldamento civile e industriale, basati sulle tecnologie della bassa entalpia, potrebbero essere diffusamente realizzati.