RISORSE GEOTERMICHE E APPLICAZIONI

GEO/08 - 6 CFU - 2° semestre

Docente titolare dell'insegnamento

MARCO VICCARO

Obiettivi formativi

Il corso ha l’obiettivo di 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.

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.

Altro materiale didattico

A disposizione presso il docente prima dell'inizio dell'insegnamento.

Programmazione del corso

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

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