Studio preliminare di fattibilità e dimensionamento di massima di un impianto geotermico sperimentale a bassa entalpia integrato con pompa di calore

This Report deals with the activities carried out during the first year of the 2019-2021 Three-Year Implementation Plan for National Electricity System Research, concerning line 1.7 “Tecnologie per la penetrazione efficiente del vettore elettrico negli usi finali”. First, this study was aimed at reconstructing the lithological-stratigraphic and hydrogeological structure of the area of the ENEA-Casaccia Research Centre, through the systematic retrieval and consultation of all the available literature data and the stratigraphies of the geognostic drillings carried out at the C.R. Casaccia. The geological assessment also allowed the extrapolation of the thermal conductivity value of the rocks in the area and to identify the site where the ground heat supply system will be installed, using vertical geothermal probes coupled with a water-water heat pump (HP). Subsequently, a simulation of thermal loads was conducted, assuming as the target, for the ground source, the air conditioning of an office (with a surface area of approximately 140 m2, located in building F40 of C.R. Casaccia, adjacent to the geothermal probe field). Using dedicated software, it was possible to size the probes by entering the winter and summer peak load values. Four boreholes are planned: 35 m, 50 m, 80 m and 100 m deep, respectively. The geothermal probe field will be equipped with a control system using optical fibres implanted directly inside the polyethylene pipes, to constantly monitor the thermometric values inside each well and thus define the thermal field, its evolution over the seasons, and not least the efficiency of the probe-soil system over time. Finally, the value of the thermal power extracted in winter and stored in summer, the energy consumption of the HP and CO2 and NOX emissions were estimated.

Questo Rapporto descrive le attività svolte durante la prima annualità del Piano Triennale di realizzazione 2019-2021 della Ricerca di Sistema Elettrico Nazionale, riguardanti la linea di attività 1.7 denominata “Tecnologie per la penetrazione efficiente del vettore elettrico negli usi finali”. Lo studio in oggetto è stato anzitutto indirizzato alla ricostruzione dell’assetto litologico-stratigrafico e idrogeologico dell’area del C.R. ENEA-Casaccia, attraverso il reperimento sistematico e la consultazione di tutti i dati di letteratura disponibili e delle stratigrafie dei sondaggi geognostici effettuati nel C.R. Casaccia. La valutazione geologica ha permesso inoltre di estrapolare il valore di conducibilità termica delle rocce presenti nell’area e di individuare il sito in cui insisterà il sistema di approvvigionamento del calore dal terreno, utilizzando sonde geotermiche verticali accoppiate a una pompa di calore (PdC) acqua-acqua. Successivamente, è stata condotta una simulazione dei carichi termici assumendo come target, per la sorgente terreno, la climatizzazione di un ufficio (con superficie di 140 m2 circa, situato nell’edificio F40 del C.R. Casaccia, adiacente al campo geosonde). Tramite un software dedicato è stato possibile dimensionare le sonde inserendo i valori dei carichi di picco invernali ed estivi. Si prevede di realizzare 4 pozzi, profondi rispettivamente 35 m, 50 m, 80 m e 100 m. Il campo geosonde sarà dotato di un sistema di controllo mediante fibre ottiche impiantate direttamente all’interno dei tubi in polietilene, al fine di monitorare costantemente i valori termometrici all’interno di ogni pozzo e quindi definire il campo termico, la sua evoluzione nell’arco delle stagioni, e non ultimo l’efficienza del sistema sonde-terreno nel tempo. Infine, è stato stimato il valore della potenza termica estratta durante l’inverno e stoccata in estate, il consumo energetico della pompa di calore e le emissioni di CO2 e NOX.