Tipologia degli impianti

Macro Argomento: 

Con riferimento ai fluidi erogati in superficie i sistemi geotermici si dividono in diverse classi:

Sistemi a vapore secco o a vapore dominante: costituiti da vapore secco che si trova a pressioni e temperature elevate accompagnato da altri gas o sostanze solubili; il vapore può essere utilizzato direttamente per la produzione di energia elettrica convogliandolo ad una turbina.

Sistemi a vapore umido o ad acqua dominante: costituiti da acqua calda a temperatura superiore al suo punto di ebollizione e ad alta pressione; nel momento in cui viene ridotta la pressione nella colonna del pozzo l'acqua vaporizza arriva in superficie sotto forma di una miscela composta di acqua e vapore; il vapore può essere utilizzato per la produzione di energia elettrica.

Sistemi ad acqua calda: contengono acqua a temperatura inferiore ai 100 gradi centigradi, utilizzabile soprattutto per usi diretti (riscaldamento abitazioni, serre, impianti industriali).

Sistemi in rocce calde secche: sono sistemi formati con la creazione artificiale di un serbatoio geotermico; nel serbatoio viene iniettata, tramite un pozzo, dell'acqua fredda che, una volta scaldatasi grazie all'elevato calore delle rocce, è fatta risalire in superficie per la sua utilizzazione. Tali sistemi (“dry rock stimulation”) sono allo studio da molti anni, ma ad oggi non esistono realizzazioni di successo, causa gli elevati costi ed il rischio di sollecitazioni sismiche indotte dal sistema di iniezione/fatturazione dell’acqua sotterranea.

Sistemi magmatici: sistemi artificiali che mirano a sfruttare il calore diretto di un magma per riscaldare un fluido di lavoro.

Sistemi geopressurizzati: l'acqua a temperatura elevata (200 gradi centigradi) si trova imprigionata in serbatoi sottoposti ad una pressione superiore a quella idrostatica; tali sistemi possono produrre energia geotermica, meccanica e chimica.

Sistemi a bassa entalpia per applicazioni a pompa di calore geotermica: sono i sistemi termici che negli ultimi 10 anni hanno conosciuto il più grande sviluppo nei paesi del nord Europa e negli Usa. In questo caso la favorevole temperatura del vicino sottosuolo (circa 15-16°C a profondità superiori a 10 m in Genova) oppure della falda acquifera consentono l’accoppiamento di uno scambiatore interrato (sistema di tubazioni verticali o orizzontali) con una pompa di calore per la climatizzazione invernale ed estiva degli edifici con COP superiori a 3.

Una pompa di calore geotermica, a differenza delle unità che in Italia è usuale osservare, sostituisce il proprio condensatore (l’unità dotata di cassone e ventilatore, usualmente collocata su balconi e cornicioni per le macchine di piccola taglia) con uno scambiatore interrato. Lo scambiatore interrato è generalmente costituito da una o più tubazioni in polietilene interrate in perforazioni verticali (diametro circa 10 cm) fino a profondità di 80-120 m. Tali tubazioni sono percorse da acqua o acqua ed antigelo. Questo fluido provvede alla condensazione del fluido frigorigeno presente all’interno della pompa di calore.

Le favorevoli temperature del fluido proveniente dalle tubazioni interrate consentono il conseguimento di elevati COP (3-4 tipico), con notevole risparmio di energia (con 1 kWh di elettricità si ottengono 3-4 kWh di energia termica per la climatizzazione. Un ulteriore vantaggio è la possibilità di sfruttare le favorevoli temperature del suolo anche per il raffrescamento estivo, addirittura in certi casi in modalità gratuita (senza impiego di energia elettrica per azionare la pompa di calore).

Le figure 1 e 2 descrivono in sintesi le caratteristiche di un sistema a pompa di calore geotermico e le tipologie di scambiatore interrato.

La figura 3 riporta alcuni dati dell’impianto geotermico pilota, allestito dal Diptem, Università di Genova e da PST Liguria presso l’asilo aziendale dell’Ospedale S.Martino di Genova. Ulteriori approfondimenti sull’argomento sono reperibili al sito dell’Università di Genova, www.ditec.unige.it/.

Per fornire qualche cifra relativa al mercato europeo delle pompe di calore geotermiche, si consideri che attualmente in Germania più del 60% delle pompe di calore installate ogni anno sono del tipo geotermico. In Svezia ogni anno vengono installate 40000 nuovi impianti geotermici. In Svizzera, dall’anno 2005 è in servizio presso l’aeroporto di Zurigo (Dock Midfield) un impianto a pompa di calore geotermica che, durante l’estate, produce 580 MWh complessivi in modalità di raffrescamento gratuito (free cooling). In Italia si può stimare che vi siano attualmente installate circa 10000 unità a pompa di calore geotermica, con un trend di grande crescita.