Produzione di energia elettrica da fonte geotermica: opportunità di sviluppo di impianti geotermoelettrici

Produzione di energia elettrica da fonte geotermica:
Opportunità di sviluppo di impianti geotermoelettrici.
1. L’energia geotermica come fonte rinnovabile
2. Storia dell’energia geotermica
3. L’origine dell’energia geotermica
4. La ricerca dell’energia geotermica
5. Lo sfruttamento dell’energia geotermica
6. L’impatto ambientale dell’energia geotermica
7. Le opportunità di sviluppo di nuovi impianti geotermoelettrici
• Che cosa s’intende per “fonte rinnovabile”?
Ai sensi dell’articolo 2, comma 1 del Decreto Legislativo n. 387 del 29/12/2003 
pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale n. 25 del 31/01/2004, per fonti rinnovabili 
s’intendono <<le fonti energetiche rinnovabili o fonti rinnovabili: le fonti 
energetiche rinnovabili non fossili ( eolica, solare, geotermica, del moto ondoso, 
maremotrice, idraulica, biomasse, gas di discarica, gas residuati dai processi di 
depurazione e biogas). In particolare, per biomasse s’intende la parte 
biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui provenienti dall’agricoltura 
( comprendente sostanze vegetali e animali ) e dalla silvicoltura e dalle industrie 
connesse, nonché la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani>>.
• Che cosa s’intende per “energia geotermica”?
Per energia geotermica s’intende: “l’energia accumulata in termini di pressione e 
di temperatura da un fluido endogeno, grazie allo scambio di calore con le roccie 
calde del sottosuolo, alimentate costantemente da un flusso termico proveniente 
dal mantello e dal nucleo terrestre”.
Nel 1777 il chimico Höefer scoprì la presenza dell’acido borico nei lagoni
Nel 1818 Francesco Larderel costruì la prima industria dell’acido borico
Nel 1912 il conte Piero Ginori Conti mise in funzione
la prima centrale geotermoelettrica
Nel 2003 la potenza geotermoelettrica installata nel mondo era di circa 8402 MWe.

• Dalla diapositiva precedente possiamo vedere che sui 6 km di crosta terrestre è presente      
il maggiore gradiente geotermico della Terra pari a circa 1000 K.
• Il gradiente geotermico medio terrestre è pari a circa 30 °C per ogni km.
• E’ nelle zone di subduzione che si trova la maggior parte dei sistemi geotermici la cui 
energia è sfruttata industrialmente.
• Campo geotermico è quella area, o meglio quel volume di roccia, che fa parte di un
sistema geotermico e che è industrialmente utilizzabile e quindi produttivo.
CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI GEOTERMICI:
1. i sistemi idrotermali
2. i sistemi in rocce calde secche
3. i sistemi geopressurizzati
4. i sistemi magmatici

1. decremento energetico
2. pressione d’utilizzazione
3. caratteristica portata – pressione
4. caratteristica consumo – pressione
5. caratteristica potenza - pressione
I DECREMENTI sono il problema più
grave che ha un campo geotermico e 
che può inficiarne l’utilizzo sotto tutti i 
punti di vista, infatti, si può dedurre 
che:
1. la vita media di un pozzo è di circa 30 
anni;
2. il vapore estratto può modificare le sue 
caratteristiche ( G, p, T ) con il tempo 
e con il metodo d’estrazione;
Per quanto riguarda il campo geotermico di Larderello ad esempio si è notato che:
• il valore ottimale della pressione del serbatoio si attesta sui 9 bar in quanto massimizza  
l’entità dell’energia producibile nell’arco di venti anni; la ripressurizzazione a tale valore 
comporta la chiusura del pozzo per almeno sei mesi;
•per mantenere la stessa produzione di vapore ( passata da 1150 t/h alle attuali 950 t/h ), si 
deve necessariamente provvedere ad una reiniezione in pozzo di circa 200 t/h di fluido;
I vantaggi della REINIEZIONE sono:
1. la possibile eliminazione, o diminuzione dei fenomeni di abbassamento del suolo ( subsidenza ), che si 
verifica con l’estrazione dal sottosuolo di grandi quantità di fluido;
2. la possibilità di prevenire la diminuzione della pressione di un serbatoio e quindi della produttività del 
medesimo ( anche se come abbiamo già detto una ricarica completa è assolutamente improbabile );
Gli svantaggi della REINIEZIONE sono:
1. l’aumento della sismicità della zona per effetto dello stress termico subito dalle rocce ancora calde che 
vengono rapidamente raffreddate dal fluido freddo iniettato;
2. l’interferenza tra l’acqua fredda reiniettata ed i pozzi produttivi;
I sistemi di conversione dell’energia geotermica in energia elettrica in uso nel mondo
si possono classificare come segue:
1. ciclo a contropressione
2. ciclo a condensazione
3. ciclo ad espansione semplice od a singolo flash
4. ciclo ad espansione doppia od a doppio flash
5. ciclo binario
• La produzione di energia elettrica da fonte geotermica, sinora centrata su impianti 
geotermoelettrici, che sfruttano gradienti di temperatura dei serbatoi geotermici sopra i 150 
°C, si sta portando progressivamente verso lo sfruttamento delle risorse geotermiche a bassa 
temperatura, cioè al di sotto dei 150 °C, dette anche risorse geotermiche a bassa entalpia o 
( low enthalpy geothermic resources ).
• L’utilizzazione delle risorse geotermiche a bassa temperatura è possibile se si studiano 
metodi per estrarre da una stessa quantità di fluido geotermico a bassa entalpia, una maggiore 
quantità d’energia; a questo proposito vedremo il confronto termodinamico tra il ciclo binario 
O.R.C. ( Organic Rankine Cycle ) e il ciclo binario Kalina®.
1. Le centrali geotermoelettriche che utilizzano un ciclo termodinamico binario sono dei poveri 
convertitori di calore in lavoro. Si passa dal 3.2 % per un fluido geotermico a 120 °C sino al 7 % 
per un fluido a 180 °C;
2. Per un ciclo binario O.R.C. ( Organic Rankine Cycle ) il principio operativo è semplice: l’acqua 
geotermica riscalda tramite un apposito scambiatore di calore il fluido a basso punto d’ebollizione, 
questo vaporizza e viene espanso in turbina;
3. Per un ciclo binario Kalina® il principio operativo è simile a quello del ciclo binario O.R.C. ,  
tuttavia esiste una differenza sostanziale: il fluido operativo a basso punto d’ebollizione evapora a 
temperatura variabile permettendo così un piccolo aumento dell’area del ciclo termodinamico e 
così pure del rendimento di secondo principio; 
4. Il ciclo binario Kalina® presenta un’efficienza exergetica che è circa il 3% più elevata rispetto ad 
un normale ciclo binario O.R.C. ( Organic Rankine Cycle );
Il costo totale di produzione di energia elettrica da fonte geotermica è suddiviso in:
• 40 – 50 % costo totale di perforazione dei pozzi di produzione e di reiniezione;
• 40 – 50 % costo O&M per la centrale e i vapordotti;
• 10 % costo totale d’esplorazione per l’individuazione del campo geotermico;
• Per una centrale geotermoelettrica da 20 MW: 6 pozzi di produzione e reiniezione;
2.3 km in media per pozzo;
0.85 M$ per km perforato;
≈ 12 M$ costo totale di perforazione dei pozzi di produzione e di reiniezione;
• Per una centrale geotermoelettrica da 60 MW: 18 pozzi di produzione e reiniezione;
2.3 km in media per pozzo;
0.85 M$ per km perforato;
≈ 35 M$ costo totale di perforazione dei pozzi di produzione e di reiniezione;
• Su base mondiale si stima attualmente un costo (O&M + esplorazione) totale 
di 1.1 M$ per MW installato;
• Per un impianto geotermoelettrico a ciclo binario di potenza 20 MW il costo 
totale (O&M + esplorazione) si aggira attorno ai 26 M$, quindi 1.3 M$ per 
MW installato;
In base ai dati riferiti al gennaio 2003 il costo del kWh geotermico si aggira 
attorno ai 2.2 - 5.4 cent$.
La riduzione dei costi totali di generazione può avvenire se si intraprendono le seguenti “strade”:
1. rinnovamento delle centrali esistenti;
2. utilizzo delle risorse geotermiche a bassa entalpia;
3. maggiore automazione;
4. gestione mirata della risorsa geotermica;
5. espansione della zona esplorata;
6. miglioramento metodi di ricerca dell’energia geotermica;
7. miglioramento delle tecniche di trivellazione;
8. sfruttamento degli altri sistemi geotermici;
•forte economia nei ricambi dei 
componenti;
•prefabbricazione standard dei 
componenti;
•adattabilità dei componenti 
alle varie configurazioni;
•rapida messa in servizio 
dell’unità;
•alta flessibilità rispetto alla 
portata dei pozzi.
•Il 2 ‰ della superficie dell’Europa ha una “veramente ottima convenienza” per la 
produzione di energia elettrica da fonte geotermica ( Islanda, Isole Azzorre, Isole Canarie, pre-
Appennini tosco-laziali, Isole Eolie, Isole del Mar Egeo, e l’ovest della Turchia);
• Circa il 2.5 % presenta “buona convenienza” ( aree al confine delle sopra menzionate regioni, 
Massiccio Centrale, Isole di Lesbo, piana del Reno, piana del Campidano, Pannonia);
•
applicazioni su larga scala ( di solito P>5MW );
• paesi in via di sviluppo ed aree remote;
• centrali geotermoelettriche di piccola dimensione
( di solito P<5 MW, qualche volta P<1 MW);
• applicazioni per piccole reti;
• approccio multi-processo;
CONCLUSIONI
• I cicli termodinamici di riferimento degli impianti geotermoelettrici debbono essere valutati 
sulla base del rendimento di secondo principio;
• Per i campi ad acqua dominante a bassa temperatura => cicli innovativi binari ORC ad uno
o più livelli di pressione;
• Per i campi ad acqua dominante ad alta temperatura => cicli innovativi combinati tipo flash 
+ binari ORC;
• Accelerare lo sviluppo industriale per la produzione di energia elettrica dei sistemi 
geotermici in rocce calde e secche o ( Hot Dry Rocks geothermal system );
• Accelerare i processi industriali atti a standardizzare i componenti delle centrali
geotermoelettriche e ad aumentare la taglia delle singole unità geotermoelettriche;