Stoccaggio energetico: il progetto BEACH sperimenta in profondità - Rapporto annuale
SUPSI Image Focus
Nel 2024 la SUPSI e il Politecnico federale di Zurigo (ETH) hanno avviato un progetto per testare tecnologie di stoccaggio e recupero dell’energia geotermica in profondità e in tutta sicurezza. Si chiama Bedretto Energy Storage and Circulation of Geothermal Energy (BEACH) ed è finanziato dall’Ufficio federale dell’energia. Per la coordinatrice e ricercatrice senior dell’ETH Maren Brehme “è una prima mondiale che punta a rendere la geotermia un tassello chiave della transizione energetica”.
BEACH ha la sua sede centrale nel pioneristico BedrettoLab, il laboratorio a 1,5 km di profondità allestito per gli studi sull’energia geotermica dall’ETH. Il punto di partenza è una delle sfide chiave del sistema energetico attuale, in Svizzera come altrove: la gestione dei surplus energetici che si registrano nei periodi estivi. Durante i periodi di forte irraggiamento solare, la produzione di energia da fotovoltaico (ma non solo) può superare la domanda, generando un eccesso difficile da gestire. In alcuni casi, questo surplus può rappresentare un costo, l’energia in esubero non solo non viene sfruttata, ma può comportare un “prezzo negativo”, cioè un costo da pagare per poter essere immessa nella rete di distribuzione.
SUPSI Image Focus
Bloemendal, E. Slingerland and Wijk. A. van (2017). “Duurzame warmte gaat ondergronds.”
La tecnologia di stoccaggio prevede che l’eccesso di energia elettrica venga immagazzinato nel sottosuolo sotto forma di energia termica. L’ accumulo termico stagionale avviene iniettando acqua calda nel sottosuolo durante i mesi estivi, sfruttando al contempo il calore geotermico in profondità. L’acqua calda viene successivamente recuperata nei mesi invernali, quando vi è necessità di energia termica. Questa tecnologia di stoccaggio è già consolidata in rocce sedimentarie che permettono di accumulare importanti volumi di acqua calda, “ma non è mai stata sperimentata negli ammassi rocciosi fratturati come quelli che caratterizzano oltre il 60% del territorio svizzero. Il potenziale è dunque davvero alto” spiega Filippo Schenker, ricercatore all’Istituto scienze della Terra del Dipartimento ambiente costruzioni e design.
Lo scopo del progetto BEACH è quello di iniettare acqua ad una temperatura tra 50° e 70°C ad una profondità di circa 1.7 km, per recuperarla in seguito al fine di valutarne la capacità di trattenere e restituire calore in modo efficiente. I primi modelli numerici, semplificati ma che si intendono confermare, stimano un’efficienza del sistema intorno al 70%. Le profondità di iniezione dell’acqua sono state scelte dopo aver eseguito degli studi preliminari sull’ammasso roccioso, poiché le proprietà fisiche di quest’ultimo sono variabili: ci sono zone ad alta porosità e permeabilità, dove le fratture sono ben connesse tra loro, e altre più compatte.
“Al momento sono stati eseguiti i primi test preliminari con acqua fredda con traccianti per monitorare la percolazione dei flussi all’interno delle fessure. Si lavora su una singola frattura con una portata di circa 10 litri al minuto, ma in condizioni reali un impianto potrebbe sfruttare decine o centinaia di fratture, aumentando la capacità di stoccaggio” precisa Filippo Schenker.
Lo scopo del progetto BEACH è quello di iniettare acqua ad una temperatura tra 50° e 70°C ad una profondità di circa 1.7 km, per recuperarla in seguito al fine di valutarne la capacità di trattenere e restituire calore in modo efficiente. I primi modelli numerici, semplificati ma che si intendono confermare, stimano un’efficienza del sistema intorno al 70%. Le profondità di iniezione dell’acqua sono state scelte dopo aver eseguito degli studi preliminari sull’ammasso roccioso, poiché le proprietà fisiche di quest’ultimo sono variabili: ci sono zone ad alta porosità e permeabilità, dove le fratture sono ben connesse tra loro, e altre più compatte.
“Al momento sono stati eseguiti i primi test preliminari con acqua fredda con traccianti per monitorare la percolazione dei flussi all’interno delle fessure. Si lavora su una singola frattura con una portata di circa 10 litri al minuto, ma in condizioni reali un impianto potrebbe sfruttare decine o centinaia di fratture, aumentando la capacità di stoccaggio” precisa Filippo Schenker.
SUPSI Image Focus
Uno degli aspetti più delicati della geotermia profonda è la gestione della sismicità indotta. Filippo Schenker: “Lavoriamo in condizioni di alta sicurezza. Per prevenire eventi sismici significativi utilizziamo una tecnologia sviluppata da un nostro partner di progetto, Geo-Energy Suisse. Attraverso dei packer idraulici, speciali cuscinetti che suddividono il foro di perforazione in segmenti isolati, possiamo iniettare acqua ad alta pressione in modo controllato e graduale. Così è possibile rilasciare a poco a poco le tensioni residue presenti nella roccia attraverso microsismi impercettibili all’uomo”.
Oltre a supervisionare tutte le fasi del progetto assieme al Gruppo di Geothermal Energy and Geofluids dell’ETH, l’Istituto scienze della Terra è incaricato di individuare siti potenzialmente idonei all’implementazione della tecnologia su scala reale. Il passo successivo, quello che valuterà le potenzialità economiche e di pianificazione energetica per la replicabilità di questa tecnologia sul territorio, è affidato all’Istituto sostenibilità applicata all’ambiente costruito, sempre afferente al Dipartimento ambiente costruzioni e design. Il Dipartimento tecnologie innovative è invece coinvolto con il Laboratorio di Termo-fluidodinamica per la simulazione dello stoccaggio energetico. Del consorzio fanno inoltre parte il Canton Ticino, il Comune di Bedretto e l’Azienda Elettrica Ticinese (AET).
Oltre a supervisionare tutte le fasi del progetto assieme al Gruppo di Geothermal Energy and Geofluids dell’ETH, l’Istituto scienze della Terra è incaricato di individuare siti potenzialmente idonei all’implementazione della tecnologia su scala reale. Il passo successivo, quello che valuterà le potenzialità economiche e di pianificazione energetica per la replicabilità di questa tecnologia sul territorio, è affidato all’Istituto sostenibilità applicata all’ambiente costruito, sempre afferente al Dipartimento ambiente costruzioni e design. Il Dipartimento tecnologie innovative è invece coinvolto con il Laboratorio di Termo-fluidodinamica per la simulazione dello stoccaggio energetico. Del consorzio fanno inoltre parte il Canton Ticino, il Comune di Bedretto e l’Azienda Elettrica Ticinese (AET).