1014197 - RISORSE GEOTERMICHE E APPLICAZIONI
Risultati di apprendimento attesi
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
42 ore (6 CFU) di lezioni frontali. L'insegnamento sarà erogato in modalità mista, sollecitando fortemente le attività in presenza.
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
| 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 | Prospezioni geochimiche e geofisiche per l'identificazione di risorse geotermiche | Dispense |
| 12 | Centrali geotermiche | Dispense; Di Pippo (2012) |
| 13 | Capacità e diffusività termica del sottosuolo | Banks (2012); Dispense |
| 14 | Temperatura media del sottosuolo | Banks (2012); Dispense |
| 15 | Principi di funzionamento di GSHP | Banks (2012); Dispense |
| 16 | Coefficient of Performance e Seasonal Performance Factor | Banks (2012); Dispense |
| 17 | Benefici energetici legati a GSHP | Banks (2012); Dispense |
| 18 | Dimensionamento di impianti a GSHP | Banks (2012); Dispense |
| 19 | Degree days per il dimensionamento di impianti GSHP | Banks (2012); Dispense |
| 20 | Open-loop GSHP systems | Banks (2012); Tinti (2009); Dispense |
| 21 | Closed vertical-loop GSHP systems | Banks (2012); Tinti (2009); Dispense |
| 22 | Closed pond-loop GSHP systems | Banks (2012); Tinti (2009); Dispense |
| 23 | 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. 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. E' 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. Giorgio De Guidi.
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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