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. Dati statistici al 31 dic 2008)
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
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.