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Gli usi

Usi elettrici


Una centrale geotermoelettrica differisce da quella tradizionale termoelettrica, i cui costituenti essenziali sono il generatore di vapore (fonte energetica), la turbina, l'alternatore (per la generazione di energia elettrica) ed il condensatore (per la condensazione del vapore esausto), per gli apparati necessari al trattamento del fluido naturale proveniente dal sottosuolo e per l'estrazione dei gas incondensabili (soprattutto CO2) sempre presenti nel vapore.

Nel caso in cui la centrale sia installata in un campo "a vapore secco" (come quello di Larderello), il vapore è inviato direttamente alla turbina; all'uscita da questa, il vapore esausto viene condensato e depurato dei gas incondensabili, mentre l'acqua di condensa può venir dispersa in superficie o reiniettata nel sottosuolo.

Quando invece, si tratta di campi "ad acqua dominante", la miscela acqua/vapore che fuoriesce dal pozzo geotermico, è sottoposta ad un processo di separazione dal quale si ottiene il vapore che sarà inviato alla turbina ed un'alta percentuale di acqua (30-80% del totale) che verrà dispersa o reiniettata.

E' da notare che, contrariamente a quanto si verifica nelle centrali termoelettriche tradizionali, dove la pressione del vapore è portata a più di 150 atm, quella del vapore di un pozzo geotermico raramente supera le 30 atm.

Le centrali in uso in geotermia sono di diversi tipi:

  • a) Centrale a scarico libero, il vapore proveniente direttamente dal pozzo o da un separatore (campo ad "acqua dominante") è inviato alla turbina e dopo la generazione di energia elettrica, viene scaricato in aria a pressione atmosferica; le acque reflue sono reiniettate o disperse in superficie.
  • b) Centrale a condensazione, il vapore esausto che esce dalla turbina, viene inviato ad una "camera di condensazione/depressione" raffreddata da acqua derivante da una torre di raffreddamento o da acque correnti. I gas incondensabili vengono estratti meccanicamente e scaricati all'esterno, mentre i reflui dei condensatori o dei separatori sono incanalati in pozzi di reiniezione o dispersi in superficie.
  • c) Centrale a flash singolo, usata nei campi "ad acqua dominante". Il fluido geotermico erogato da un pozzo, viene inviato ad un separatore che riduce la pressione e separa le due fasi acqua/vapore. Il vapore entra poi nella turbina e dopo la generazione di elettricità è condensato ed inviato ai pozzi di reiniezione o smaltito in altro modo.
  • d) Centrale a doppio flash, usata nei campi "ad acqua dominante". Il fluido, proveniente dal pozzo, entra in un primo separatore dove si genera il primo flash di vapore ad alta pressione (a 160° C). Successivamente è inviato ad un secondo separatore dove si genera un secondo flash di vapore a bassa pressione (a 120° C). I flussi di vapore ottenuti, ad alta e bassa pressione, sono inviati a turbine distinte.
  • e) Centrale a ciclo binario, usata soprattutto per fluidi a medio-bassa entalpia o per "salamoie" da non lasciare vaporizzare perché incrostanti. Il fluido geotermico è inviato, in pressione, ad uno scambiatore dove cede il calore ad un fluido di lavoro (freon, cloruro d'etile). Successivamente i reflui geotermici vengono reiniettati nell'acquifero; il vapore del fluido secondario, dopo esser passato alla turbina, viene condensato e ritorna allo scambiatore per vaporizzare nuovamente.
  • f) Centrale a flusso totale, funziona col fluido bifase (miscela acqua/vapore e gas associati) direttamente erogato dal pozzo. Dopo la generazione di energia elettrica il fluido è condensato e reiniettato nell'acquifero.
  • g) Minicentrale a condensazione, centrale a condensazione di potenza limitata che utilizza fluidi a temperatura anche inferiore ai 100°C.

 

Usi diretti


Il riscaldamento è la forma più antica e diffusa tra gli usi diretti dell'energia geotermica; larga utilizzazione è stata fatta in Islanda, dove, per l'abbondanza dei fluidi caldi disponibili, il 97% della popolazione della capitale è servita da riscaldamento geotermico urbano. Analoga situazione si ha anche in Francia, paese poco geotermico, negli Stati Uniti, in Cina ed in Giappone.

In Italia le realizzazioni più importanti sono quelle di Ferrara, Vicenza, Castelnuovo Val di Cecina, Acqui, Bagno di Romagna e Grosseto.

Per il riscaldamento degli ambienti, le temperature dei fluidi devono essere dell'ordine di 50-80° C per gli impianti a termosifone, 35-50° C per i pannelli radianti; qualora i fluidi geotermici non raggiungessero le temperature richieste, si possono adottare dei sistemi integrativi quali una caldaia o una pompa di calore.

Un impianto di teleriscaldamento può provvedere anche alla fornitura di acqua calda sanitaria; se le acque geotermiche sono dolci, come nel caso di Vicenza, possono essere distribuite direttamente agli utenti, se invece, sono salate, come a Ferrara, si provvede immettendo nella rete sanitaria una parte dell'acqua di acquedotto circolante nello scambiatore di calore.
Si può ottenere uno sfruttamento integrale della risorsa geotermica con il riscaldamento invernale ed il raffrescamento estivo, disponendo di fluidi a 80-110° C che alimentino pompe di calore reversibili, ad assorbimento, con fluidi appropriati (ad esempio ammoniaca, bromuro di litio).
Altri usi dei fluidi geotermici sono rappresentati dall'azione antigelo dei suoli, dal riscaldamento delle serre e dall'utilizzo nelle attività industriali per fornire il "calore di processo" utilizzato nel ciclo di produzione.
Un uso razionale che permette di ottenere la massima efficienza dai fluidi geotermici, è rappresentata dagli usi integrati dello stesso fluido per impianti ed utenti diversi, con un sistema in serie, "a cascata", le acque reflue a bassa temperatura di una centrale geotermica, possono essere usate, per esempio, per il riscaldamento, per la serricoltura, per l'acquacoltura e per l'irrigazione.
Nel quadro volto allo sfruttamento razionale dell'energia geotermica, viene impiegata sempre di più la "pompa di calore", grazie alla quale sono utilizzati anche i fluidi a temperatura molto bassa.
La pompa di calore è una macchina termica in grado di trasferire il calore da un corpo più freddo ad uno più caldo, innalzandone la temperatura; essa estrae calore da una sorgente a bassa temperatura, sorgente fredda, con dispendio di energia esterna che può essere di natura elettrica, meccanica, o appunto geotermica.

Nei paesi dove si sta diffondendo lo sfruttamento dell'energia geotermica alle più basse temperature (7- 40° C), quali la Svezia, il Giappone, gli Stati Uniti, la Svizzera, la Germania e la Francia, l'uso delle pompe di calore ha toccato dei livelli sorprendenti; negli Stati Uniti per esempio nel 1993 ne erano installate più di 150.000.

Un'altra tecnologia molto in uso accanto alle pompe di calore è rappresentata dallo "scambiatore di calore", necessario nei casi in cui non è possibile mettere a contatto i fluidi geotermici direttamente con gli impianti di utilizzazione, quando il contenuto salino del fluido può creare danni quali la corrosione o l'inquinamento.

Gli scambiatori di calore vengono fabbricati in diverse versioni di cui le principali sono: a piastre, a fasce tubiere, a serpentina ed a miscela diretta, con separazione finale e recupero del fluido di lavoro dal fluido primario.

Un particolare tipo è quello utilizzato direttamente nel pozzo, con circolazione di acqua dolce o di fluido basso-bollente nel secondario.