RISORSE GEOTERMICHE E APPLICAZIONI

Anno accademico 2020/2021 - 1° anno
Docente: Marco Viccaro
Crediti: 6
SSD: GEO/08 - Geochimica e Vulcanologia
Organizzazione didattica: 150 ore d'impegno totale, 108 di studio individuale, 42 di lezione frontale
Semestre:
ENGLISH VERSION

Obiettivi formativi

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


Modalità di svolgimento dell'insegnamento

42 ore (6 CFU) di lezioni frontali. Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.


Prerequisiti richiesti

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


Frequenza lezioni

Obbligatoria.


Contenuti del corso

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


Testi di riferimento

  • Banks D. (2012). An Introduction to Thermogeology: Ground Source Heating and Cooling. Wiley-Blackwell, 526 pp.
  • Buntebarth G. (1984). Geothermics, an Introduction. Springer-Verlag, 144 pp.
  • Di Pippo R. (2012). Geothermal Power Plants. Elsevier Academic Press, 573 pp.
  • Eppelbaum L., Kutasov, I., Pilchin A. (2014). Applied Geothermics. Springer, 751 pp.
  • Kalaiselvam S., Parameshwaran R. (2014). Thermal Energy Storage Technologies for Sustainability - Systems Design, Assessment and Applications. Elsevier Academic Press, 430 pp.
  • Tinti F. (2009). Geotermia per la Climatizzazione. Dario Flaccovio Editore, 209 pp.


Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1Concetto di ThermogeologyBanks (2012); Dispense 
2Ruolo del geologo nella ThermogeologyBanks (2012); Dispense 
3Status delle riserve fossili e rinnovabili sulla TerraKalaiselvam e Parameshwaran (2014); Dispense 
4Proiezioni future e sostenibilità delle riserve fossili e rinnovabili Kalaiselvam e Parameshwaran (2014); Dispense 
5Flusso di calore e Heat Flux DensityBuntebarth (1984); Eppelbaum et al. (2014); Dispense 
6Conducibilità termica delle rocce e parametri chimico-fisici che la influenzanoBuntebarth (1984); Eppelbaum et al. (2014); Tinti (2009); Dispense 
7Distribuzione del flusso di calore sulla TerraEppelbaum et al. (2014); Dispense 
8Anomalie geotermiche in funzione degli ambienti geodinamiciDispense 
9Origine di anomalie geotermiche in zone non magmaticheDispense 
10Tipologie di sistemi geotermiciDispense; Di Pippo (2012) 
11Centrali geotermicheDispense; Di Pippo (2012) 
12Capacità e diffusività termica del sottosuoloBanks (2012); Dispense 
13Temperatura media del sottosuoloBanks (2012); Dispense 
14Principi di funzionamento di GSHPBanks (2012); Dispense 
15Coefficient of Performance e Seasonal Performance FactorBanks (2012); Dispense 
16Benefici energetici legati a GSHPBanks (2012); Dispense 
17Dimensionamento di impianti a GSHPBanks (2012); Dispense 
18Degree days per il dimensionamento di impianti GSHPBanks (2012); Dispense 
19Open-loop GSHP systemsBanks (2012); Tinti (2009); Dispense 
20Closed vertical-loop GSHP systemsBanks (2012); Tinti (2009); Dispense 
21Closed pond-loop GSHP systemsBanks (2012); Tinti (2009); Dispense 
22Impatto, regolamentazione e geohazards associati ad uso di GSHP systemsBanks (2012); Tinti (2009); Dispense 

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

Esame orale con votazione su tutti gli argomenti del programma. Essa è finalizzata 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.


Esempi di domande e/o esercizi frequenti

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