impianto di Perforazione sul sito in Schwerin, Germania (fonte: Daldrup & Söhne AG)
Alexander Richter 6 Apr 2020 Con alcune limitazioni geografiche basato sull’economia della geotermia di sviluppo, c’è una maggiore enfasi e di opportunità visto in “non così in profondità” opportunità di utilizzare l’energia geotermica per riscaldare, come descritto in un articolo di NZ software house con sede in Seequent.
Poco profondo – o meglio “meno profondo” – l’energia geotermica è affrontata in un interessante articolo della software house basata su NZ Seequent. Un fornitore di software di geoscienza, l’azienda ha preso una posizione interessante nel mondo geotermico che serve, spingendo anche la narrazione di ciò che l’energia geotermica ha da offrire.
Recentemente lo ha fatto in un articolo su “Not so deep Heat” pubblicato a marzo 2020. Così, mentre descrive geotermica superficiale – nel contesto del settore geotermico profondo-l’articolo si riferisce alle risorse geotermiche che non sono così caldo e non si trovano alle profondità di cui abbiamo bisogno per la produzione di energia da risorse geotermiche calde. Tradizionalmente, si è parlato di geotermica superficiale come in “near the surface” per il sistema di geo-scambio (pompe di calore, da pochi metri a 50/ 100 metri), mentre geotermica profonda (utilizzata in Germania per differenziare) si riferisce a tutto ciò che trapani per temperature calde (o sempre più anche non così calde). Ma le linee tra lo sviluppo geotermico che mira all’energia geotermica basata sul serbatoio (essenzialmente derivando il calore attraverso l’acqua come vettore) e gli approcci di scambio termico diretto che utilizzano qualsiasi cosa, dai sistemi quasi superficiali a quelli super profondi in granito (derivando calore attraverso un sistema di scambio che può utilizzare acqua o qualcos’altro).
L’uso tradizionale per l’energia geotermica è stato quello di generare energia elettrica, e che generalmente richiede fluidi ad altissima temperatura per fornire le differenze di temperatura necessarie. Sfortunatamente, tali applicazioni sono estremamente limitate geograficamente; tendono ad operare solo in aree dove ci sono vulcani o temperature molto alte/basse, ad esempio Nuova Zelanda, Indonesia e Islanda.
La geotermia superficiale può essere raggiunta con una piattaforma di produzione molto più piccola e meno costosa rispetto alle esigenze geotermiche ad alta temperatura. È anche meno ingombrante e richiede una tecnologia meno complessa e costosa.
Jeremy O’Brien: Global Director – Energy, Seequent
Ma ciò che geotermica offre anche è la capacità di fornire solo calore. Ciò può essere utile a temperature molto più basse, e questa risorsa geotermica a bassa temperatura può essere trovata in molte più posizioni, senza perforare così profondamente. Anche se questo approccio potrebbe non avere la capacità di generare grandi quantità di elettricità, può svolgere un ruolo importante nello spostamento della necessità di creare elettricità da un’altra fonte.
“Il più grande valore dell’energia geotermica superficiale è che sostituisce l’energia di base”, afferma Jeremy O’Brien, Energy Business Manager di Seequent. “Circa il 40% di tutta l’energia utilizzata in Europa è per il riscaldamento e il raffreddamento, quindi se sei riuscito a ottenere la metà di quel 40% dalla perforazione di alcuni fori nel terreno, questo è un enorme vantaggio.”
La geotermia offre anche un particolare vantaggio rispetto ad altre fonti rinnovabili. È sempre lì. “Se il sole non splende o il vento non soffia, funziona ancora. È energia pulita 24/7 e non sta andando via.”
Il carico di base è un obiettivo chiave per il controllo delle emissioni
Gran parte dell’energia di base su cui si basa la nostra società è arrivata in passato dalla generazione di carbone o gas, e queste sono le fonti attualmente ridotte dagli accordi di CO2. (In 2020 l’uso mondiale di energia elettrica a carbone è sulla buona strada per il suo più grande calo annuale mai registrato, dopo quattro decenni di crescita quasi ininterrotta.)
Mentre l’energia solare ed eolica hanno anche un ruolo fondamentale per ridurre le nostre emissioni di CO2, di solito non sono focalizzati sulla pura sostituzione del carico di base. La geotermia superficiale non ha bisogno di una batteria per immagazzinare l’energia che crea. Si trova lì nel terreno, in attesa di essere sfruttato. L’impronta di un impianto geotermico sarà anche in genere molto più piccola di quella di un impianto di energia solare o di un parco eolico, poiché tutto il lavoro pesante sta avvenendo sottoterra.
Tutto ciò significa che la geotermia superficiale, in particolare le applicazioni in pompa di calore, ha la capacità di essere altamente “locale”. (Un buon esempio è la tendenza per i supermercati di estrarre calore dal basso i propri negozi e utilizzare scambiatori di calore per compensare la loro potenza di refrigerazione.) O può essere in tutta la città. Copenhagen è una delle numerose città europee che esplorano il potenziale della geotermia superficiale per supportare il teleriscaldamento dei residenti.
“Spesso si cercano solo temperature comprese tra 50 e 80 gradi Celsius”, afferma Jeremy O’Brien, “ma in molti casi è tutto ciò che serve per la sostituzione del carico base.”Né l’idea è in realtà così nuova. “Molte persone non si rendono conto che Parigi ha avuto il riscaldamento geotermico dal 1970…”
Giù nelle profondità non così
Quindi quanto è profondo poco profondo? “Suppongo che nella nostra lingua diremmo qualcosa di meno di 1.000 metri, mentre in un normale senso geotermico, la profondità media di un pozzo sarebbe di 2.000 metri.
“Ciò che è importante è che tutto all’interno di quei 1000 metri di superficie può essere raggiunto con un impianto di perforazione molto più piccolo e meno costoso rispetto alle esigenze geotermiche ad alta temperatura. È anche meno ingombrante e richiede una tecnologia meno complessa e costosa.”
E in molti casi, semplici pompe di calore possono essere efficaci a molto meno di quello. La Tate Modern gallery di Londra ha optato per una soluzione geotermica che scende a soli cinque metri da un letto di ghiaia fluviale. Utilizza il pozzo per soddisfare parte delle esigenze di riscaldamento dell’edificio in inverno e le esigenze di raffreddamento in estate, mantenendo la preziosa collezione di Picasso, Dalis, Rothkos e altro ancora a un comodo (e richiesto a livello internazionale) da 18 a 25 gradi.
Sempre nel Regno Unito, i ricercatori stanno esplorando come l’eredità del paese di miniere di carbone abbandonate potrebbe essere utilizzata per creare una seconda vita di generazione di calore – questa volta utilizzando le temperature leggermente aumentate (circa 30 gradi) delle miglia di vuoti vuoti seduti lì all’interno della terra.
Come si rivela il potenziale geotermico superficiale
Una chiave per rendere il lavoro geotermico superficiale sta localizzando le particolari formazioni e unità stratigrafiche che hanno buoni fluidi di temperatura in esse e che possono essere impiegate in modo efficace. Le indagini potrebbero includere dati sismici, gravitazionali, tellurici magnetici, ma può essere inestimabile incorporarlo con ciò che è già noto sulla posizione, sottolinea Jeremy O’Brien.
” Ci sono vecchi pozzi di esplorazione di petrolio e gas o forse vecchi pozzi di acque sotterranee in cui i dati possono essere integrati con la geofisica? Quali sono le portate dai pozzi esistenti? Cosa ti dice delle aree che potrebbero essere più interessanti da esplorare? Dove sono le temperature più alte e qual è la geologia?”
Buon lavoro investigativo può venire in molte forme. Ad esempio, un tour di Google Earth di Almeria nel sud-est della Spagna rivela un paesaggio scintillante di serre che coprono quasi l’intera penisola. È la più grande collezione d’Europa. Quando si cercano aree ad alto potenziale geotermico, i ricercatori hanno ragionato che gli agricoltori potrebbero forse sapere qualcosa che non hanno
” Solo nell’entroterra puoi vedere le linee di faglia che attraversano la topografia, e gli agricoltori stavano perforando per l’acqua su queste colline. Il guasto canali fluidi in profondità verso il basso e il backup di nuovo in modo molto efficiente in modo da ottenere caldo rispetto alle acque sotterranee benigne. Non era buono per le piante perché aveva raccolto troppi sali, ma per l’energia geotermica era l’ideale….”
CASE STUDY – Assessing shallow geothermal potential in urban areas; Catalogna, Spagna
Le aree urbane europee si stanno decarbonizzando e il mercato dell’energia si sta spostando verso le rinnovabili. La popolarità dell’energia geotermica superficiale sta crescendo. La Catalogna spagnola è una regione che esplora le possibilità ed è un caso di studio per il progetto MUSE (Managing Urban Shallow-geothermal Energy). L’area urbana di Girona è stata scelta come prima area pilota-non senza le sue sfide.
Sono le proprietà termiche del sottosuolo che determinano quanta energia può essere estratta tramite scambiatori di calore, e intorno a Girona le proprietà geologiche e idrogeologiche di ogni unità stratigrafica sono complesse e variano in modo significativo. Era necessario un modello 3D dettagliato e il software Leapfrog è stato utilizzato per preparare quel modello da tutti i dati disponibili, il che era sostanziale.
Tutto sommato, circa 1400 fori, 4 mappe geologiche scala 1: 25000, 5 mappe geologiche scala 1:5000, 2 mappe idrogeologiche in scala 1: 25000 e una ricchezza di dati geofisici sono stati utilizzati per preparare un modello geologico dettagliato di un’area 10km di larghezza, 9km di lunghezza e 300m di profondità. Un volume totale del modello di 29km3. Sono state monitorate anche le temperature medie delle acque sotterranee.
Per interpretare e presentare al meglio la geologia del sottosuolo è stato necessario costruire un modello base che definisse i periodi Paleogene-Paleozoico, Neogene e Quaternario. Sono state infatti modellate 31 unità geologiche in totale, tra ordoviciano e quaternario. L’obiettivo era determinare la profondità e l’espansione spaziale del bacino sedimentario La Selva di Girona (il riempimento sedimentario del bacino è probabilmente il mezzo principale attraverso il quale utilizzare le risorse geotermiche). La ricerca è in corso e alla fine contribuirà al progetto GeoEnergy SGE che fornirà una piattaforma per valutare il potenziale geotermico su scala regionale e locale e aiuterà Girona a decidere quali aree sono le più fattibili per l’installazione di sistemi di riscaldamento a circuito aperto e chiuso.
Usando Leapfrog per inseguire il calore
Sempre più governi stanno cercando di vagliare e setacciare tutti i dati che hanno raccolto in aree, come Almeria, dove sospettano che potrebbero esserci gradienti di calore utilizzabili a causa di falde acquifere sedimentarie o sotto pressione, ecc.
“Penso che Leapfrog possa dare un reale contributo a questo”, considera Jeremy O’Brien. “E’ uno strumento molto intuitivo per combinare tutti quei diversi set di dati insieme in un unico luogo. È possibile creare un’immagine del sottosuolo che identificherà potenziali punti che potrebbero non essere stati intuitivi altrimenti.
“Se stai iniziando un progetto, potresti avere una vecchia sezione geologica che copre una regione enorme e devi integrare tutti quei dati in un unico posto. Leapfrog può accelerare enormemente, costruendo rapidamente un’immagine e generando visualizzazioni. In confronto, potrebbero essere necessari giorni per disegnare esplicitamente i contorni della temperatura a mano o utilizzando un altro pacchetto.
“Lo screening di molti dati rapidamente lo rende un potente strumento per identificare aree con potenziale geotermico superficiale. Quindi, una volta pianificata la campagna di perforazione, è possibile inserire i nuovi dati per aggiornare il modello e mostrare cosa sta succedendo nel sottosuolo. Poiché Leapfrog si collega con altri software di simulazione si può anche guardare il flusso di acqua nel terreno o variazioni di temperatura. Il software può guidare i team su dove dovrebbe verificarsi la perforazione, e poi andare avanti per aiutare a capire e gestire la risorsa con il tempo.
“Significa che Leapfrog può supportare un progetto dall’inizio alla fine, lungo tutta la catena del valore.”