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L'energia geotermica
L'energia geotermica è considerata rinnovabile perché sfrutta il calore della terra. Il flusso termico in uscita dalla terra è notevole, circa quattro volte il nostro consumo. Questo però non è costante nel territorio, e non tutto è sfruttabile, poiché è principalmente nelle faglie degli oceani. Ci sono, però, degli hotspot dove il calore viene fuori.
Il sistema geotermico sfrutta un fluido termoreattore, cioè l'acqua piovana (quindi è sempre legato al sole, che genera il ciclo delle piogge). L'acqua piovana scorre sul terreno e penetra nella terra, fino a che non incontra un tratto impermeabile, cioè una zona cava impermeabile. L'acqua continua quindi a scorrere sotto terra raccogliendo calore. Quando trova un passaggio, che sia naturale o artificiale, esce dalla terra sotto forma di vapore o di acqua surriscaldata. A questo punto può essere sfruttata come energia.
termine "geotermico" si riferisce all'energia prodotta dal calore interno della Terra. Questa forma di energia può essere utilizzata per produrre elettricità o per riscaldamento. I fenomeni geotermici principali sono: - I vulcani, dove il calore viene generato dall'eruzione di rocce fuse. - I geyser, che sono sorgenti termali che emettono periodicamente acqua calda a causa della pressione dell'acqua surriscaldata. - Le fumarole, che sono emissioni di vapore e gas (spesso pericolosi). - I soffioni boraciferi, che sono emissioni di gas contenenti boro. La storia dell'energia geotermica ha inizio in Toscana, dove il principe Piero Ginori Conti inventò il primo impianto geotermico a Larderello. Successivamente, questa forma di energia si diffuse in vari paesi come il Giappone, gli Stati Uniti, la Nuova Zelanda, ecc. Attualmente, l'energia geotermica è ampiamente utilizzata ed è parte del carico elettrico di base in 24 paesi. Inoltre, rappresenta più del 10% dell'energia totale in 6 stati. L'utilizzo principale dell'energia geotermica non è la generazione elettrica, ma viene spesso impiegata per il riscaldamento e per le pompe geotermiche. In altre parole, viene sfruttata come fonte di calore. In questo contesto, il calore geotermico viene utilizzato per riscaldare edifici o per alimentare sistemi di riscaldamento a pompa di calore geotermica.geotermicoè sottoutilizzato. Dove si poteva utilizzare il geotermico per generare energia già si sfrutta, cioè dove ci sono gli hotspot, mentre come calore è poco sfruttato. Italia Le principali risorse per il geotermico sono Larderello, le varie terme, e il sud Italia, in corrisponza dei campi flegrei e dove ci sono i vulcani. Il geotermico in Italia produce circa il 2% dell’energia elettrica che utilizziamo, in particolare il 25% della Toscana. Classificazione La fonte geotermica si classifica in base al suo contenuto entalpico: - bassa entalpia (40°<T<90°), può essere usata come fonte di riscaldamento per gli edifici, per le serre, per le piscine ecc…; - media entalpia (90°<T<180°), può essere usata per cicli binari, come ORC; - alta entalpia (180°<T<370°), può essere usato direttamente il calore per far espandere una turbina (generazione diretta), oppure si trasferisce il calore ad un altro.fluidi supercritici (370°<T<500°), ha un’applicazione simile al precedente.
Ci sono due tipologie di applicazione: una è quella ad alta profondità (dove il gradiente è circa 30° al km), quindi si prende fluido a temperature superiori a 200°. In questo caso il problema è che non si trova ovunque, ma bisogna trovare una zona dove c’è una conformazione particolare (come Larderello). In questo caso si realizzano impianti medio-grandi con i quali si produce energia elettrica.
L’altra tipologia di applicazione, che è quella meno conosciuta e meno sfruttata, che è a bassa profondità, fino a circa 300m sotto terra. In questo caso non si sfrutta un forte gradiente, ma si sfrutta la temperatura quasi costante del terreno, circa 18°. Questo perché 18° è fresco per l’estate e quindi è possibile
Raffreddare un fluido per diminuire la temperatura di un ambiente, ed è abbastanza tiepido d'inverno, quindi si può riscaldare un fluido. Questo è il concetto delle pompe geotermiche.
Sistemi idrotermali ad acqua dominante
Seguono il principio della zona impermeabile che filtra l'acqua. Cioè esce dalla terra un liquido molto molto caldo oppure vapore.
Si creano più pozzi (minimo 2), e si estrae il fluido, grazie alla differenza di pressione. Si utilizza il fluido per eseguire un ciclo termodinamico, e in seguito reintroduciamo il fluido nella terreno, altrimenti si comprometterebbe la stabilità idrogeologica del terreno.
Quindi consiste in più pozzi di estrazione, e più pozzi di rigniezione.
42 651 31- dal pozzo di estrazione esce vapore saturo (sulla curva limite).
2-In seguito c'è una valvola (operazione di flash) che fa abbassare la pressione del fluido in modo da farlo evaporare.
A questo punto una parte (la
1-Il fluido geotermico viene estratto dal pozzo.
2-Una volta estratto, la maggior parte del fluido evapora, mentre una parte rimane liquida, e un separatore divide le due parti.
3-La parte di fluido che non è evaporata viene rimessa nel pozzo.
4-Il vapore viene pulito e viene fatto espandere in una turbina (trasformazione 4-5).
5-L'uscita dalla turbina segna l'inizio del condensatore.
6-Alla fine della condensazione, il fluido torna allo stato liquido e viene reinserito nel pozzo.
Sistemi idrotermali a vapore secco
Questo è il caso di Larderello. Il fluido esce dal terreno non sotto forma di liquido ma come gas, a circa 200°C-220°C, e pressioni fra 10 e 12 bar. In questo caso è possibile farlo espandere e poi scaricare il vapore in atmosfera. In questo caso si ottengono delle potenze specifiche minori.
Un'alternativa è farlo espandere fino alla temperatura di condensazione, in questo modo abbiamo una potenza specifica maggiore, per poi reinserirlo come liquido nel terreno. Il problema, in questo caso, è che come vapori sono presenti anche gas incondensabili.
In questo caso il ciclo è ancora più semplice che nel caso precedente, poiché il fluido entra nel ciclo già sotto forma di gas. Questo tipo di ciclo utilizza delle turbine molto grandi da 60MW (megawatt) in su.
Hot dry rock systems
Non è legato a piogge o ad altri fenomeni naturali. Consiste nel fare degli scavi a profondità molto elevate per creare serbatoi geotermici artificiali nel sottosuolo. Il fluido viene iniettato nel serbatoio, e viene poi estratto ad alte temperature, per generare energia elettrica. Questo metodo è poco usato poiché molto rischioso per il territorio, nonostante abbiano un potenziale tecnologico enorme dato dal fatto che potrebbero essere costruiti ovunque.
Districatosi heating: Ferrara
È un sistema che fornisce acqua calda sanitaria alle abitazioni. Consiste in un giacimento geotermale, da cui viene
Estratta acqua calda, che viene mandata alle abitazioni. L'acqua calda una volta usata, quindi raffreddata, viene reinserita nel giacimento. Questo è stato possibile perché la conformazione del suolo era particolarmente favorevole.
Inoltre il giacimento si trova a circa 4km dalla città, quindi molto favorevole anche come posizione. L'acqua estratta si trova a temperature fra gli 80° e i 100°.
Pompe di calore geotermiche
È un sistema composto da una serie di scambiatori di calore (tubi nel terreno), che sfruttano la temperatura costante a circa 18° per scambiare calore con un edificio attraverso un ciclo interno.
Per il ciclo interno è possibile realizzare un sistema acqua-aria o un sistema acqua-acqua, con riscaldamento a pavimento.
Per il sistema interrato ci sono più alternative:
- Circuito chiuso verticale: consiste in una serie di tubi che vanno da 45 fino 150m in verticale sottoterra (a seconda dell'applicazione).
I vantaggi di questo tipo di impianto sono:
- Basso disturbo del paesaggio
- Temperatura costante ad alta profondità, non influenzata da fenomeni naturali esterni come caldo, freddo, neve, ecc.
Un problema di questo tipo di impianto è il costo di installazione molto elevato, ma risulta conveniente per applicazioni più grandi.
Il circuito chiuso orizzontale consiste in un circuito chiuso di tubi posto sottoterra in orizzontale, a circa 2-3 metri di profondità. Richiede più spazio rispetto al sistema precedente, ma ha il vantaggio di un costo notevolmente inferiore. Alcune limitazioni sono che a basse profondità il suolo risente molto di pioggia, neve e crescita della vegetazione, e la temperatura non è più così costante. Inoltre, l'acqua deve essere miscelata all'antigelo per proteggere il sistema dal freddo.
Nell'anello a spirale chiuso, le tubazioni sono disposte in anelli circolari.
ENERGIA
IDRAULICAL'energia idraulica è molto importante in Italia, sia perché è fra le fonti rinnovabili più diffuse, sia perché conferisce molta stabilità alla rete.
L'energia idraulica si basa sulla differenza di quota che abbiamo su Alpi e Appennini, in particolare le Alpi. Infatti l'idroelettrico è particolarmente sviluppato a nord, poco al centro e zero al sud.
Normalmente l'energia potenziale dell'acqua, che per la forza di gravità, scende fino al mare, è quasi completamente dissipata in urti e ostacoli. Con opere opportune, però, è possibile deviare (totalmente o parzialmente) la portata d'acqua, diminuendo le perdite per attrito rispetto al letto naturale. Creiamo quindi artificialmente un nuovo percorso per l'acqua, senza ostacoli, in modo da non avere perdite di energia per urti.
Impianto motore idraulico: viene chiamato centrale idroelettrica. È costituito da opere di
presa (diga e sbarramenti), opere di adduzione, macchine idrauliche e opere di restituzione o scarico.
Sistemi a bacino
Sono sistemi fondamentali per garantire la stabilità della rete elettrica, coprono le fluttuazioni di carico sulla rete.
L'acqua è immagazzinata in un bacino superiore, quando serve energia, attraverso determinati sistemi, l'acqua viene lasciata libera di cadere, fino a una turbina che produce energia. Poi esce in un bacino inferiore.
Questo meccanismo avviene di giorno.
Durante la notte, invece, ci sono delle pompe che riportano l'acqua al bacino superiore, con consumo di energia. Questo è conveniente perché il costo dell'energia è molto superiore di giorno, così come la richiesta, rispetto alla notte.
Questi sistemi hanno solitamente un alto dislivello e una bassa portata d'acqua.
Sistemi ad acqua fluente
Gli impianti ad acqua fluente sono continuamente in funzione, e producono la parte di base del diagramma.
giornaliero del carico elettrico nazionale. Sfruttano
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