RISORSE GEOTERMICHE ED APPLICAZIONI

Fornire adeguate conoscenze sui tipi di risorse geotermiche, con particolare riferimento a quelle di bassa entalpia, e sulle metodologie moderne per il loro sfruttamento.

Conoscenza e capacità di comprensione

Al termine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di:

• descrivere i principi della termogeologia e del trasferimento di calore nel sottosuolo; 
• comprendere i processi responsabili della distribuzione del flusso di calore terrestre e della formazione delle anomalie geotermiche; 
• distinguere le principali tipologie di sistemi geotermici;
• conoscere i principi di funzionamento delle principali tecnologie di sfruttamento delle risorse geotermiche, sia ad alta che a bassa entalpia;
• comprendere gli aspetti ambientali, normativi e di sostenibilità connessi allo sfruttamento delle risorse geotermiche.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Al termine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di:

• valutare il potenziale geotermico di un sito sulla base delle caratteristiche geologiche e termiche del sottosuolo; 
• applicare i principi del trasferimento di calore all'analisi di sistemi geotermici;
• comprendere i criteri di dimensionamento e di scelta delle principali tipologie di impianti geotermici, valutandone l'efficienza energetica e le possibili criticità ambientali.

Autonomia di giudizio:

·      valutare criticamente le potenzialità e i limiti delle diverse risorse geotermiche in relazione al contesto geologico e ambientale;

·      confrontare differenti tecnologie di sfruttamento della risorsa geotermica considerando aspetti tecnici, economici e ambientali;

·      formulare valutazioni motivate sugli impatti ambientali associati allo sfruttamento delle risorse geotermiche

Abilità comunicative:

·      comunicare efficacemente risultati e valutazioni tecnico-scientifiche utilizzando un linguaggio appropriato.

·      sintetizzare informazioni provenienti da fonti scientifiche, dati sperimentali e casi studio.

Capacità di apprendere

·      Capacità di reperire, analizzare e valutare criticamente dati e informazioni provenienti da fonti specialistiche;

·      aggiornare le proprie conoscenze in relazione all'evoluzione delle tecnologie geotermiche, della normativa e delle strategie per la transizione energetica.

42 ore (6 CFU) di lezioni frontali. L'insegnamento sarà erogato in lingua italiana.

Fondamenti di petrologia, geochimica, vulcanologia, petrofisica, geofisica della Terra solida.

Obbligatoria

Introduzione al concetto di Thermogeology

Risorse energetiche, fonti e produzione di energia

• Status delle riserve fossili
• Potenziale derivante da risorse rinnovabili
• Proiezioni future della sostenibilità energetica 

Principi base sul trasferimento di calore

• Heat Flux Density a scala globale
• Conducibilità termica delle rocce
• Parametri chimico fisici che influenzano la conducibilità

Flussi di calore e anomalie geotermiche sulla Terra

• Distribuzione del flusso di calore
• Anomalie in funzione degli ambienti geodinamici
• Esempi di variabilità del flusso in ambienti di rift, subduzione e intraplacca
• Modalità di origine delle anomalie geotermiche in zone non magmatiche
• Esempi di sistemi geotermici in zone non magmatiche

Tipologie di sistemi geotermici

• Classificazione dei sistemi geotermici in funzione della temperatura/entalpia
• Elementi fondamentali di un sistema geotermico
• Sistemi geotermici idrotermali ad acqua dominante (acqua calda e vapore umido)
• Sistemi geotermici idrotermali a vapore dominante (vapore secco e vapore surriscaldato)
• Sistemi geotermici non idrotermali: hot dry rocks

Centrali geotermiche

• Ciclo termodinamico di produzione energetica in centrali a flash singolo
• Ciclo termodinamico di produzione energetica in centrali a flash doppio
• Impatto ambientale di centrali con tecnologia flash
• Ciclo termodinamico di produzione energetica in centrali dry-steam
• Impatto ambientale di centrali con tecnologia dry-steam
• Ciclo termodinamico di produzione energetica in centrali a ciclo binario
• Impatto ambientale di centrali con tecnologia a ciclo binario

Il sottosuolo inteso come Heat Storage Reservoir

• Capacità e diffusività termica
• Fattori naturali che influenzano la temperatura media del sottosuolo
• Fattori antropici che influenzano la temperatura media del sottosuolo

Ground Source Heat Pumps (GSHP)

• Principi di funzionamento
• Efficienza e benefici
• Situazione e prospettive di mercato per le GSHP

Tipologie di impianti geotermici di bassa entalpia a GSHP

• Dimensionamento di impianti a GSHP
• Concetto di degree days
• Open-loop systems
• Closed-loop systems: vertical- e pond-loop systems

Impatto ambientale, regolamentazione e geohazards associati a impianti geotermici di bassa entalpia

• Tinti F. (2009). Geotermia per la Climatizzazione. Dario Flaccovio Editore, 209 pp.

Esame orale con votazione su tutti gli argomenti del programma. La durata prevista dell’esame è circa 30 minuti. L’esame è finalizzato a valutare il grado di apprendimento dello studente e le capacità di esporre correttamente in forma orale i concetti acquisiti, nonché di mostrare un'adeguata padronanza del metodo scientifico di indagine. La verifica dell’apprendimento si svolgerà in presenza, ma potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. È possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del Dipartimento di Scienze Biologiche Geologiche e Ambientali, prof. Gabriele Lanzafame (https://www.cinap.unict.it/content/referenti).

Concetto di Thermogeology e ruolo del geologo

Status e proiezione futura delle riserve fossili e rinnovabili 

Equazione del flusso di calore e Heat Flux Density

Conducibilità termica delle rocce e fattori che la influenzano

Distribuzione e anomalie del flusso di calore sulla Terra

Modalità di origine delle anomalie geotermiche in zone non magmatiche

Elementi fondamentali di un sistema geotermico

Sistemi geotermici idrotermali e non-idrotermali

Ciclo di produzione e processo termodinamico in centrali geotermiche con tecnologia flash

Ciclo di produzione e processo termodinamico in centrali geotermiche con tecnologia dry-steam

Ciclo di produzione e processo termodinamico in centrali geotermiche con tecnologia a ciclo binario

Capacità e diffusività termica del sottosuolo

Funzionamento ed efficienza delle Ground Source Heat Pumps (GSHP)

Dimensionamento di impianti a GSHP

Impianti GSHP con geometrie open-loop

Impianti GSHP con geometrie closed-loop

Impatto ambientale, regolamentazione e geohazards associati a impianti geotermici di bassa entalpia