POR CAMPANIA FESR  2014/2020
Asse 1	O.S. 1.1 “Incremento dell’attività di innovazione delle imprese”

Avviso per il sostegno alle imprese campane nella realizzazione di studi di fattibilità  (Fase 1) e progetti di trasferimento tecnologico (Fase 2) coerenti con la RIS

(indetto con Decreto Dirigenziale n° 198 del 21/05/2018)

 

 

Scheda progetto

 REGGAE

 

 

 

Titolo progetto	Realizzazione di un pozzo Esplorativo e di un sistema di Geoscambio innovativo per l'utilizzo sostenibile di risorse Geotermiche A media Entalpia
Cup e n. decreto	CUP: B63D18000620007, Decreto n. 633 del 30/10/2018
Capofila	IMPRESA INGG. MARIO E PAOLO COSENZA SRL
Partners	UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “PARTHENOPE”, ATENA SCARL, NEXT GROUP SRL, GEO CAMPANIA SRL
BUDGET	€ 1.494.600,00

 

Data inizio attività	19/11/2018
Data di termine delle attività	31/07/2021

 

 

 

Responsabile Scientifico

Prof. Giuseppe Nardi

 

Referente di progetto

Ing. Paolo Cosenza

 

  

Descrizione del progetto

REGGAE

 

Reggae mira alla realizzazione di un pozzo esplorativo e di un sistema di geoscambio innovativo per l’utilizzo di risorse geotermiche a media entalpia con impatto ambientale pressoché nullo.

Sulla base del know how tecnico-scientifico del gruppo proponente, si intende realizzare un pozzo in rocce carbonatiche ed inserire al suo interno uno scambiatore di calore, al fine di studiare lo scambio termico convettivo tra il fluido circolante nello scambiatore ed il fluido geotermico di risalita, che sarà poi re-immesso nel sottosuolo.

L’obiettivo principale del presente progetto consiste nell’ideazione, progettazione, realizzazione e sperimentazione di un impianto geotermico innovativo, basato sull’utilizzo di uno scambiatore di calore resistente ed efficiente inserito all’interno di un pozzo geotermico.

Le prime attività di progetto sono state incentrate principalmente sull’analisi delle caratteristiche geologiche e geotermiche del sottosuolo, tramite moderne tecniche di esplorazione. In particolare, è stato effettuato uno studio della geomorfologia, idrogeologia e idrografia di un’area presso il sito di Suio, nel Lazio. Inoltre, è stato effettuato un monitoraggio geologico e ambientale di tale sito. Sono state effettuate delle indagini di emissione al suolo della CO₂ utilizzando camera di accumulo, nonché un monitoraggio delle acque. La campagna di misurazione effettuata ha mostrato come spostandosi anche di pochi metri da una frattura, i valori delle emissioni di CO₂ possono variare.

Sono state, inoltre, analizzate le tecnologie per realizzare il pozzo presso il sito di Suio in rocce carbonatiche, quali dolomie e calcari. L’utilizzo del sistema a rotazione e circolazione diretta è ritenuto il più idoneo, al fine di attraversare rocce calcaree, calcareo-dolomitiche, dolomitiche ed anche rocce frutto della dedolomitizzazione delle dolomie.

Purtroppo, nonostante i risultati interessanti degli studi effettuati presso il sito di Suio, non è stato possibile realizzare il pozzo in tale area, a causa di problematiche di natura autorizzativa. Il partenariato ha, quindi, avviato una consistente attività di ricerca di altri siti idonei per l’installazione dell’impianto geotermico innovativo. Alcuni di questi siti sono stati individuati nell’area Flegrea, pertanto ci si è concentrati sullo studio della conducibilità idraulica di tale area, ed è stata prodotta una carta geologica. Nel complesso, in tale area sono stati analizzati cinque diversi siti.

Nonostante fosse stato individuato un sito idoneo in area Flegrea, a causa di problematiche di natura sia tecnica che amministrativa, è stato necessario proseguire nella ricerca di un ulteriore sito presso cui effettuare le successive attività di progetto. In particolare, nel corso del progetto, i partner hanno analizzato nel complesso undici siti. Presso tali siti, sono state effettuate indagini scientifiche al fine di individuare caratteristiche geologiche e geotermiche del sottosuolo idonee alla sperimentazione dello scambiatore di calore innovativo, obiettivo principale del progetto.

Le intense attività di ricerca hanno consentito di individuare, come sito idoneo per la sperimentazione, il deposito della EAV, in Via Michele Mazzella 127, sull’isola di Ischia. In tale sito, è stato allestito un cantiere e sono state effettuate le indagini scientifiche necessarie per conseguire gli obiettivi di progetto. Il sottosuolo in corrispondenza del pozzo geotermico è stato caratterizzato accuratamente.

Per quanto riguarda la realizzazione del pozzo, sono state studiate le tecniche più idonee. In presenza di fluidi aggressivi ed alte pressioni, è necessario gestire in modo efficace la cementazione e la saldatura del casing. È necessario utilizzare miscele di fanghi con proprietà fisiche ottimali e costanti anche ad alta temperatura, e comunque ottimizzati per l’impiego in aree geotermiche.

Si è definita la seguente tecnica di realizzazione del pozzo: la prima fase ha previsto lo scavo di un avampozzo avente Ø 1000 mm per una profondità di circa 25 m, eseguito mediante tecnica a rotazione. Successivamente è stata utilizzata la tecnica a percussione con perforazione di diametro 800 mm fino ad una profondità di 43 m. Il foro è stato rivestito con tubi di rivestimento provvisorio di diametro 800 mm e spessore 8 mm, fino alla profondità di 43 m dal p.c.. La fase successiva ha previsto lo scavo del pozzo con tubazione di rivestimento Ø 600 m fino 55 m. Mediante l’utilizzo della sonda adatta a questo diametro (Ø 580 mm) si è raggiunta la profondità di 70, ma il rivestimento si è attestato a 55 m, poiché ha trovato un banco litoide. Successivamente a quota 70 m dal p.c. il foro è iniziato a franare e, per continuare, è stato necessario usare un ulteriore rivestimento, ovvero Ø 540 mm e sostituire nuovamente la sonda per la perforazione (Ø 50 mm) fino a fondo foro. I tubi di rivestimento definitivo sono in acciaio inox 316 L, Ø esterno 457 mm, spessore 6mm e Ø interno 445 mm, filettati maschio /femmina, tipo passo quadro, con filtro a ponte nella parte destinata alla falda acquifera. Tale tipo di filtro è stato utilizzato poiché a differenza di quello classico ad asola passante, è più idoneo a queste granulometrie e quindi in grado di migliorare lo scambio termico tra scambiatore, pozzo ed acquifero, e favorire la ricarica termica del pozzo. L’effettiva realizzazione del pozzo secondo le suddette specifiche è stata gestita da personale specializzato.

Per quanto riguarda lo scambiatore di calore, questo è stato ideato, progettato e sviluppato ad hoc per il presente progetto, utilizzando tecniche innovative di modellistica numerica in grado di analizzare in dettaglio il comportamento termofluidodinamico e strutturale dello scambiatore stesso e la relativa interazione con il pozzo e l’acquifero circostante. Sono state analizzate e modellate diverse configurazioni geometriche, ed è stata poi individuata la configurazione ottimale dello scambiatore, che consente di massimizzare lo scambio termico, incrementare l’efficienza del sistema ed evitare il raffreddamento della falda circostante. Lo scambiatore di calore è stato realizzato in acciaio inox 316 L, per resistere anche a fluidi geotermici aggressivi dal punto di vista chimico-fisico. È dotato di una calotta superiore, di una piastra inferiore e di un fascio di tubi progettato con le suddette metodologie. Al fine di installare lo scambiatore all’interno del pozzo, sono stati predisposti macchinari dedicati in situ ed è stato adoperato personale specializzato. Dopo aver posizionato opportunamente lo scambiatore all’interno del pozzo, questo è stato ancorato alla piastra a boccapozzo.

Lo scambiatore di calore è stato connesso idraulicamente all’impianto di test fuori terra, tramite tubazioni in acciaio inox. L’analisi sperimentale del sistema di geoscambio innovativo è stata resa possibile dall’utilizzo di apposita strumentazione metrologica predisposta ad hoc per il progetto. Per quanto riguarda la sensoristica nel pozzo, sono state installate catene termometriche con termoresistenze Pt100 posizionate a diverse profondità, al fine di consentire un monitoraggio sperimentale in continuo delle prestazioni dell’impianto e la relativa interazione con il pozzo e con l’acquifero circostante. Inoltre, l’impianto di test fuori terra ha consentito di rilevare in continuo diversi parametri operativi, quali ad esempio la portata di fluido, le temperature di mandata e ritorno, la pressione, la potenza termica scambiata e la temperatura ambiente. Il monitoraggio delle prestazioni ed il controllo dell’impianto possono essere effettuati anche in remoto, grazie alla predisposizione di una piattaforma web dedicata. La sensoristica installata nel pozzo e nel sistema fuori terra garantisce un elevato standard metrologico.

Le prestazioni del sistema di geoscambio innovativo sono state analizzate sia dal punto di vista numerico che sperimentale. Sono state progettate e realizzate diverse campagne di monitoraggio, al fine di valutare sperimentalmente l’efficacia e l’efficienza dell’impianto geotermico innovativo. Sono stati calcolati sperimentalmente alcuni parametri prestazionali, quali ad esempio il coefficiente di scambio termico globale, l’efficienza e la potenza termica scambiata. I risultati sperimentali ottenuti possono essere ritenuti molto promettenti, dimostrando che lo scambiatore di calore può garantire un’efficienza di scambio anche superiore al 90% in alcune condizioni di esercizio. Inoltre, è stato rilevato che un funzionamento continuo dell’impianto per oltre due settimane non ha comportato alcun fenomeno di congelamento della falda. In definitiva, sulla base dei risultati ottenuti, è possibile affermare che il progetto si è concluso con successo.