GEOTERMIA AD ALTA TEMPERATURA

ARGOMENTO INDICATO PER BES/DSA

Lo scopo di una centrale geotermica è quello di sfruttare il calore delle profondità terrestri. Infatti, la temperatura interna del nostro pianeta aumenta a mano a mano che si scende verso il centro della terra. Questo aumento chiamato gradiente geotermico è di circa 3 gradi centigradi per ogni 100 metri di profondità ma in alcune zone è molto più elevato, tanto ad avere temperature di 250-350°C a profondità di circa 2000-4000 m.

COS’E’ LA GEOTERMIA?

La geotermia è la disciplina della geologia che studia l’insieme dei fenomeni naturali coinvolti nella produzione e nel trasferimento di calore proveniente dall’interno della Terra. Il calore del nucleo terrestre si è generato grazie alla forza di attrazione gravitazionale ed ha continuato ad esistere in seguito a processi di reazione nucleare naturale di elementi quali l’uranio, il torio e il potassio.

Il calore terrestre, dall’interno, viene trasferito verso la superficie mediante moti convettivi (dovuti alla pressione e alla forza di gravità) prodotta dal movimento del magma o di acque profonde. E’ per questo che assistiamo alla maggior parte di fenomeni come le eruzioni vulcaniche, le sorgenti termali, i geyser o le fumarole.

QUALE FORMA DI ENERGIA?

Attraverso canalizzazioni artificiali, il vapore erogato dalla Terra, cioè Energia Termica, viene convogliato in tubazioni, chiamate vapordotti ed inviato alla turbina, dove l’energia viene trasformata in Energia Meccanica di rotazione. L’asse della Turbina è collegato al rotore dell’Alternatore che, ruotando, trasforma l’Energia Meccanica in Energia Elettrica alternata che viene trasmessa al Trasformatore. Questo innalza il valore della tensione fino a 132000 Volt e la immette nella rete di distribuzione. Il vapore in uscita dalla turbina viene riportato alla stato liquido in un Condensatore, mentre i gas incondensabili, contenuti nel vapore, vengono dispersi nell’atmosfera. Una torre di raffreddamento consente di raffreddare l’acqua prodotta dalla condensazione del vapore e di fornire acqua fredda al condensatore stesso. L’acqua condensata in uscita dalle centrali viene reiniettata nelle rocce profonde da cui il vapore è stato estratto.
Quando dai pozzi esce un vapore con temperatura inferiore ai 180°C (quindi insufficiente a far azionare la turbina), il calore del fluido viene utilizzato per far evaporare, in un apposito scambiatore di calore, un altro liquido a basso punto di ebollizione [isobutano (-11°) o isopentano (28°)] che, a sua volta trasformato in vapore, verrà convogliato nella turbina innescando il processo di trasformazione dell’energia descritto precedentemente.

LA CENTRALE GEOTERMICA

Per realizzare il processo sopra descritto, una centrale geotermica deve essere realizzata attraverso una serie di apparecchiature fondamentali. L’immagine qui sopra, aiuta a capire di quali elementi si tratta e del suo funzionamento. Gli elementi di cui è costituita una centrale geotermica sono i seguenti:

1. pozzi di estrazione o produzione;
2. turbina a vapore;
3. condensatore;
4. pompa;
5. torre di raffreddamento;
6. pozzo di reiniezione;
7. alternatore;
8. trasformatore.

POZZI DI ESTRAZIONE O PRODUZIONE – ricordano molto quelli degli impianti petroliferi. Sono pozzi rivestiti da tubazioni di acciaio che scendono fino alla profondità della zona produttiva (serbatoio geotermico). Questi, vengono poi collegati ad altre tubazioni di acciaio chiamate vapordotti, che permettono il trasporto del vapore fino alla centrale geotermo-elettrica.

TURBINA A VAPORE – è un dispositivo costituito da un grosso asse d’acciaio nel quale sono inserite più “ruote”, costituite da diverse file di palette e la cassa, un involucro cilindrico di acciaio all’interno del quale sono fissati gli ugelli ed altre file di palette. Queste ultime non ruotano, ma formano degli “anelli”, che vanno ad interporsi tra le file di palette del rotore, e servono ad indirizzare nel modo corretto il vapore da una fila di palette mobili all’altra. La cassa è divisa longitudinalmente in due metà, collegate da grossi bulloni. Il vapore, attraversando le successive file di palette fisse e mobili da un’estremità’ all’altra della turbina, mette in rotazione il rotore, trasformando quindi la sua energia di pressione e temperatura in energia meccanica.

Il vapore entra dalla caldaia e aziona la turbina ad alta pressione.

 

 

 

Il vapore entra dalla sezione ad alta temperatura e viene compresso dalla turbina a media pressione.

 

 

 

Il vapore dello scarico del corpo di media pressione entra tramite la sezione di cross-over nella turbina di bassa pressione e viene spinto nel condensatore.

 

 

CONDENSATORE – è un dispositivo collegato allo scarico della turbina ed e’ costituito sostanzialmente da un volume vuoto, percorso dal vapore, in cui viene spruzzata acqua sotto forma di piccole goccioline, in modo da mettere a contatto tra loro acqua e vapore. L’acqua di condensa viene raccolta in una zona detta “pozzo caldo” da dove viene estratta tramite una pompa che la invia alla torre di raffreddamento. I gas definiti incondensabili propri del vapore geotermico, vengono estratti con un compressore dal condensatore in modo da mantenere il grado di vuoto richiesto.

 

 

 

 

 

POMPA – è un dispositivo ad asse verticale mosso da un motore elettrico a 6000 Volt. Serve a mandare l’acqua calda del condensatore nella torre di raffreddamento affinché possa tornare al condensatore a temperatura più bassa.

TORRE DI RAFFREDDAMENTO – è una costruzione a forma di parallelepipedo o circolare dotata di camini corti oppure di un solo camino di cemento largo e alto anche 100 metri. Al suo interno l’acqua gocciola dall’alto in basso, incontrandosi con una forte corrente d’aria che va in senso opposto, entrando dalla base ed uscendo dal camino. Durante questo percorso, una parte dell’acqua evapora, sottraendo calore alla parte rimanente che viene raccolta nella vasca acqua fredda, mentre dall’alto esce aria calda e umida e i vapori incondensabili.

 

 

 

 

 

POZZO DI REINIEZIONE – è un pozzo molto simile a quello per l’estrazione dei vapori. Il condotto è rivestito di  tubazioni in acciaio sino ad una certa profondità. L’acqua recuperata dallo scarico della centrale viene convogliata al pozzo di reiniezione tramite appositi acquedotti ed infine, viene reimmessa nel serbatoio geotermico di origine.

GENERATORE – L’alternatore e’ un generatore di corrente elettrica. È costituito da due parti fondamentali, una fissa e l’altra rotante, dette rispettivamente statore e rotore, su cui sono disposti avvolgimenti di rame isolati. Normalmente l’alternatore lo ritroviamo in tutti i tipi di centrali per la produzione di energia elettrica perché riesce a trasformare l’energia meccanica di una turbina (idraulica, eolica, a vapore, ecc.) in energia elettrica.

 

 

 

 

 

 

TRASFORMATORE – è una macchina elettrica che serve a trasferire, energia elettrica a corrente alternata da un circuito ad un altro modificandone le caratteristiche. E’ formato da un nucleo di ferro a cui sono avvolte spire di rame in due diversi avvolgimenti, dei quali uno riceve energia dalla linea di alimentazione, mentre l’altro è collegato ai circuiti di utilizzazione.

GEOTERMIA PRO E CONTRO

La centrale geotermica utilizza come fonte energetica da trasformare, il calore contenuto dalla Terra. Si tratta ovviamente di una fonte gratuita e per molti versi non inquinante. E’ vero, infatti, che i vapori surriscaldati che emergono dalle fratture della crosta terreste, si accompagnano sempre con gas nocivi, letali per l’uomo. Questi, comunque, sono sempre in quantità contenute e si eliminano facilmente nell’atmosfera durante le prime fasi di uscita del vapore dal pozzo. Non è, inoltre, detto che la fuoriuscita di vapore sia accompagnata da questi gas. Possiamo quindi dire che l’energia geotermica è una fonte energetica pulita. E’ anche gratuita, ma ha elevato costo di estrazione e consente di produrre energia in modo assai inferiore a quella realizzata con i combustibili fossili.

Infine, il processo di trasformazione, genera un inquinamento indiretto noto come impatto ambientale. Infatti, la realizzazione di tutte le strutture che compongono una centrale, trasformano profondamente l’ambiente generando una forma di inquinamento che prende il nome di Impatto Ambientale.

GEOTERMIA IN ITALIA

L’Italia è stato il primo Paese al mondo a sfruttare l’energia geotermica, con il primo impianto realizzato nel 1913 a Larderello. Da allora la storia della geotermia è diventata un vanto dell’industria energetica italiana ed un fiore all’occhiello per Enel. L’energia elettrica prodotta con il geotermico, sta crescendo rapidamente e oggi si producono circa 10.000 MegaWatt, che dovrebbero raddoppiare nel prossimi 5 anni.
L’Italia, con i suoi 700 MW, è uno dei maggiori produttori al mondo e il primo in Europa. la maggior parte delle nostre centrali sono concentrate in Toscana rendendola la regione che fa maggior ricorso alle energie rinnovabili nel nostro Paese. Enel è sempre più impegnata in questo campo, sia per l’innovazione tecnologica che per la riduzione dell’impatto ambientale delle centrali. Infatti, si stanno realizzando centrali dette “a ciclo binario” e cioè in grado di sfruttare le risorse geotermiche a media temperatura, cioè tra gli 80° e i 180°C.

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