ITUA20164379A1 - Pozzo geotermico a vasi comunicanti. - Google Patents

Description

“POZZO GEOTERMICO A VASI COMUNICANTI”

Descrizione

Campo della tecnica

La presente invenzione opera nell’ambito delle fonti di energia alternativa e rinnovabile, in particolar modo riguarda gli impianti di trasformazione di energia che utilizzano come fonte primaria il calore che si trova negli strati più profondi del sottosuolo. Più in dettaglio, il presente brevetto propone un nuovo ed innovativo pozzo geotermico atto a trasferire il calore dal sottosuolo all’acqua che viene introdotta nel pozzo, risolvendo le criticità fino ad oggi riscontrate in tale tipo di impianti.

Arte nota

L’energia geotermica è l’energia proveniente da fonti geologiche di calore e, nell’ambito di una valutazione in tempi di esercizio relativamente brevi, può essere considerata una fonte di energia alternativa e rinnovabile. Si basa sullo sfruttamento del gradiente geotermico, cioè del calore naturale della Terra, dovuto all’energia termica rilasciata dai processi di decadimento nucleare naturale degli elementi radioattivi quali l’uranio, il torio e il potassio. Penetrando in profondità, sotto la superficie terrestre, la temperatura diventa gradualmente più elevata, aumentando mediamente di circa 30°C per km nella crosta terrestre e di circa 80°C per km nel mantello. Si tratta di valori medi, in alcune zone, infatti, si possono trovare gradienti termici decine di volte maggiori o minori. I giacimenti di questa energia sono però a profondità così elevate da impedirne lo sfruttamento. Per estrarre e usare il calore imprigionato nella Terra, è necessario individuare una zona con un’anomalia termica positiva, dove il calore terrestre è concentrato: tali zone vengono comunemente denominate serbatoi o giacimenti geotermici.

Le sorgenti calde sono state utilizzate per la balneazione almeno fin dal Paleolitico. Nel primo secolo d.C. i Romani conquistarono Aquae Sulis, ora Bath, in Inghilterra e utilizzarono le sue sorgenti calde per alimentare i bagni pubblici e il riscaldamento a pavimento. I costi di ammissione per questi bagni rappresentarono il primo utilizzo commerciale dell’energia geotermica. Il sistema più antico di riscaldamento geotermico per un quartiere è stato installato a Chaudes-Aigues, Francia ed è divenuto operativo nel XIV secolo. Il primo sfruttamento industriale è iniziato nel 1827, con l’uso di vapore di un geyser per estrarre l’acido borico da un vulcano di fango, presso Larderello, in Toscana. Nel 1892, il primo sistema di riscaldamento statunitense a Boise, Idaho, fu alimentato direttamente da energia geotermica ed è stato copiato in Oregon nel 1900. Profondi pozzi geotermici e i geyser sono stati utilizzati per riscaldare le serre in Islanda e in Toscana a partire del 1943.

Nel XX secolo, la domanda di energia elettrica ha portato a considerare la geotermia come fonte primaria per la produzione di energia elettrica. Il principe Piero Ginori Conti sperimentò il primo generatore geotermico il 4 Luglio 1904, presso lo stesso campo di Larderello, dove era iniziata l’estrazione degli acidi da geotermia. Questo esperimento portò all’accensione di quattro lampadine. Più tardi, nel 1911, nello stesso posto è stato costruito il primo impianto geotermico commerciale del mondo.

È nostro interesse approfondire il tema dell’attuale utilizzo energetico, con riferimento ad uno studio condotto dal prestigioso “MIT” (Massachusetts Institute of Technology).

L’energia ricavata sfruttando il gradiente geotermico, costituisce ad oggi meno del 2% del fabbisogno energetico del pianeta. Secondo il suddetto studio, però, sotto i nostri piedi risiede un potenziale energetico, fornito proprio dal calore terrestre, pari a circa 12.600.000 Z Joule.

Poiché il fabbisogno energetico annuo di tutta la Terra è pari a circa 0,5 Z Joule e poiché, attraverso le moderne tecnologie, siamo in grado di utilizzare solo 2.000 Z Joule di detta energia, si evince che se si utilizzasse la sola energia geotermica, si potrebbe soddisfare il fabbisogno dell’intero pianeta, attraverso energia pulita, per i prossimi 4.000 anni.

Gli studi per ottimizzare le centrali geotermiche, hanno portato allo sviluppo di centrali a ciclo binario in cui vengono sfruttate le interazioni con fluidi a basso coefficiente di ebollizione (geotermia a media entalpia). In questi impianti, una miscela di acqua e ammoniaca determina buoni rendimenti di trasformazione. Anche il metodo Kaline, ha determinato un ulteriore ottimizzazione del 3% di rendimento rispetto ad una centrale a ciclo binario.

La centrale a ciclo binario è stata presentata per la prima volta nel 1967 in Unione Sovietica e successivamente fu introdotta negli Stati Uniti nel 1981. Questa tecnologia permette la produzione di energia elettrica a partire da fonti a temperatura molto più bassa rispetto al passato.

Sebbene l’energia prodotta a partire da fonti di calore geotermico sia di tipo rinnovabile e quindi classificabile come energia pulita, che non comporta danni per il pianeta, esistono diverse criticità che sono dovute all’esistenza stessa dell’impianto. La perforazione della crosta terrestre raggiungendo profondità elevate che possono superare anche i 3 km sotto il livello del suolo, porta inevitabilmente, al danneggiamento irreversibile degli strati di roccia sottostanti. In aggiunta a ciò, nell’ambito della realizzazione di pozzi per l’immissione di acqua fredda che, in profondità, assorbe il calore delle rocce presenti nel sottosuolo, molto spesso si ricorre alla frantumazione delle rocce featiche calde, allo scopo di aumentare la superficie di scambio termico. Il guasto degli strati geologici può avere conseguenze disastrose per i territori limitrofi al pozzo. Possono verificarsi microsismi continui così come gravi fenomeni di subsidenza, ovvero di abbassamento del livello del suolo. È frequente anche la diffusione nell’aria di idrogeno solforato che comporta la persistenza di uno sgradevole odore in tutta l’area circostante l’impianto. Non meno dannosa è l’introduzione di piombo, mercurio, arsenico, calcare, acido ipoclorico, idrogeno solforato, radon ed elementi di sfaldamento in genere, all’interno dell’acqua in circolazione nel pozzo. La presenza di questi elementi comporta la necessità di monitorare la composizione dell’acqua e intervenire con azioni chimico/fisiche/meccaniche di eliminazione, aumentando sensibilmente i costi di mantenimento dell’impianto. Le alte temperature presenti nel sottosuolo, inoltre, favoriscono la formazione di incrostazioni nelle tubazioni e negli scambiatori di calore, minacciando nel tempo l’efficienza dell’impianto.

Il monitoraggio dell’impianto, dunque, assume ad oggi un’importanza crescente grazie alle possibilità offerte dalle moderne tecnologie dei software e dei sistemi di controllo. Il brevetto statunitense US 2016011570, di recente deposito, descrive un processo di ottimizzazione di una centrale geotermica, basato sul controllo dei parametri dell’acqua del circuito tramite una pluralità di sensori e rilevatori.

Non sembra essere mai stato progettato, tuttavia, un pozzo geotermico che, in luogo di monitorare il verificarsi delle suddette problematiche, ne eviti l’insorgenza. Molti fenomeni dovuti alla dannosa trivellazione del suolo, possono essere risolti da un pozzo, per così dire, “concentrico”, cioè un impianto in cui il pozzo di immissione dell’acqua fredda e quello di estrazione dell’acqua calda, siano uno dentro l’altro e sigillati in profondità in modo da formare un circuito. Fino ad oggi, infatti, le trivellazioni necessarie all’installazione di un pozzo geotermico sono sempre state almeno due, una o più per la tubazione di immissione e una o più per la tubazione di estrazione. Questo comporta il duplicarsi dei costi di produzione e delle problematiche ambientali appena descritte.

Scopo della presente invenzione è, pertanto, quello di proporre un pozzo geotermico che risolva le criticità ambientali e che richieda una scarsa manutenzione, garantendo una durata di esercizio pari a circa 35 anni. Il funzionamento del pozzo in oggetto, inoltre, è coadiuvato da un software dedicato che garantisce il mantenimento delle condizioni necessarie ad un utilizzo coretto e sicuro dell’impianto.

Descrizione dell’invenzione

Secondo la presente invenzione viene realizzato un pozzo geotermico a vasi comunicanti che ha come scopo primario sia quello di ridurre i costi di produzione dell’impianto geotermico e sia quello di evitare le problematiche ambientali legate alla presenza stessa del pozzo nel sottosuolo.

Più dettagliatamente, il pozzo della presente invenzione richiede una sola trivellazione invece che due necessarie per la realizzazione dei pozzi geotermici fino ad oggi in uso. Il pozzo geotermico in oggetto, inoltre, elimina efficacemente i fenomeni di subsidenza e di microsismi ai quali, fino ad oggi, non era mai stata trovata una soluzione.

Tale pozzo geotermico sfrutta, come i comuni pozzi fino ad oggi in uso, il calore endogeno proprio degli strati di roccia più profondi del sottosuolo terrestre. Allo scopo di estrarlo e renderlo sfruttabile, un fluido, comunemente rappresentato da acqua, viene immesso in una tubazione che si sviluppa verticalmente sotto il livello del suolo. Scendendo il fluido assorbe parte del calore della Terra e, successivamente, viene convogliato nuovamente in superficie, tramite una tubazione di estrazione, che conduce il fluido ad un dispositivo utilizzatore del calore, cioè un qualsiasi dispositivo atto a sfruttare detto calore come fonte primaria di energia.

Vantaggiosamente, il pozzo geotermico in oggetto, è costituito da una tubazione interna 20 e una tubazione esterna 10 poste coassialmente e atte a fungere, rispettivamente, da tubazione di immissione del fluido in ingresso 41, freddo, e da tubazione di estrazione del fluido in uscita 51, caldo. Più dettagliatamente, detta tubazione interna 20 è atta a trasferire il flusso in ingresso 41, da una pompa di immissione 40 fino alla quota determinata dalla profondità del pozzo. Tale quota sotto il livello del suolo, è dipendente dalla profondità di intercettazione del coefficiente geotermico e dalla temperatura di esercizio dell’impianto. Detta tubazione esterna 10, invece, è opportunamente dimensionata per consentire la risalita del fluido sottoforma di un flusso in uscita 51 che, dall’estremità distale del pozzo, viene convogliato verso l’alto fino al raggiungimento di un qualsiasi dispositivo utilizzatore del calore.

Vantaggiosamente, per garantire il mantenimento della posizione reciprocamente coassiale tra la tubazione interna 20 e la tubazione esterna 10, la superficie interna di ciascun elemento modulare 11 che compone detta tubazione esterna 10 è dotata di una pluralità di distanziatori 14, preferibilmente in numero pari a tre, i quali convergono, seguendo un percorso rettilineo, in un collare 15 circolare. Tale collare 15, è costituito da un elemento metallico circolare, coassiale a detta tubazione esterna 10, all’interno del quale viene inserito, in fase di montaggio, il corrispondente elemento modulare 21 di detta tubazione interna 20. Vantaggiosamente, detto corrispondente elemento modulare 21 di detta tubazione interna 20, è, a sua volta dotato sulla sua superficie esterna, di una flangia 24 metallica circolare, atta ad impegnarsi con detto collare 15 allo scopo di bloccare la posizione di detto elemento modulare 21 di detta tubazione interna 20, rispetto a detto collare 15.

Grazie a questi accorgimenti, sono evitate anche le eccessive oscillazioni reciproche tra detta tubazione interna 20 e detta tubazione esterna 10.

È di interesse precisare che il dimensionamento di detto collare 15 rispetto a detto elemento modulare 21 di detta tubazione interna 20, è tale da consentire le dilatazioni termiche sia in senso lineare che in senso cubico di detto elemento modulare 21, essendo dette dilatazioni termiche inevitabilmente provocate dalle alte temperature di esercizio dell’impianto e dalla forte pressione esercitata del fluido in circolazione.

Vantaggiosamente, la pressione del fluido in circolazione, è regolata da una pompa di immissione 40, posta in corrispondenza dell’ingresso di detta tubazione interna 20.

La sicurezza dell’intero impianto riguardante il pozzo geotermico, è garantita, vantaggiosamente, da un comune software dedicato. Quest’ultimo monitora la circolazione del fluido all’interno del pozzo e riceve i dati relativi alle oscillazioni delle tubazioni, provenienti da appositi sensori di rilevamento 60. Più precisamente, detti sensori di rilevamento 60 saranno presenti almeno in numero pari a due e, ancora più dettagliatamente, uno sarà relativo a registrare le oscillazioni di detta tubazione interna 20 e l’altro sarà dedicato alla tubazione esterna 10. Eventualmente, detti sensori di rilevamento 60, possono anche essere atti a trasmettere a detto software dedicato le informazioni relative alle caratteristiche chimico-fisiche del fluido in circolazione e alla pressione interna del pozzo.

Vantaggiosamente, detto software dedicato è programmato per agire sulla pompa di immissione 40, su una valvola di regolazione motorizzata 71 e su una pluralità di attuatori, allo scopo di riportare le oscillazioni entro valori di soglia prestabiliti, eliminando così l’eventualità di microsismi. Detti attuatori possono essere costituiti da comuni motori e/o sincromotori e/o valvole di regolazione del flusso.

Vantaggiosamente, detto pozzo è altresì dotato di una valvola di sicurezza automatica 70, posta, per motivi di sicurezza relativi ai possibili eccessi di pressione, in corrispondenza dell’estremità prossimale di detta tubazione esterna 10. Il tutto contribuendo allo scopo dell’invenzione di annullare le ripercussioni sull’ambiente circostante, dovute alla presenza di un pozzo geotermico in funzione.

Vantaggiosamente, la configurazione del pozzo a vasi comunicanti, consente già per sua natura un considerevole smorzamento delle oscillazioni. Il flusso in discesa e quello in risalita, infatti, annullano a vicenda gran parte delle vibrazioni proprio grazie al verso opposto del loro moto. Vantaggiosamente, lo smorzamento totale, avviene successivamente grazie all’azione del software sui dovuti attuatori e valvole.

Un ulteriore vantaggio della presente invenzione, è dato dalla modularità della tubazioni di cui è costituito il pozzo. Detta tubazione esterna 10, infatti, analogamente alla tubazioni interna 20, è costituita da una pluralità di elementi modulari 11, 21, ciascuno dei quali costituito da un comune tubo Mannesmann, cilindrico e cavo, dotato di una coppia di sezioni filettate 12-12’, 22-22’ poste in corrispondenza dell’estremità superiore ed inferiore di detto elemento modulare 11, 21. Dette sezioni filettate 12-12’, 22-22’ sono vantaggiosamente atte a consentire l’avvitamento e il fissaggio stabile ma reversibile, di ciascun elemento modulare 11, 21 con il suo successivo, fino all’ottenimento della profondità desiderata per entrambe le tubazioni 10, 20.

L’elemento terminale della tubazione esterna 10, a differenza degli altri elementi modulari 11, è vantaggiosamente costituito da un cilindro dotato di una sezione filettata 12 in corrispondenza dell’estremità superiore e di una calotta di chiusura 13 in corrispondenza dell’estremità distale inferiore. Questo in modo da impedire la fuoriuscita del fluido da detta tubazione esterna 10 e la sua conseguente dispersione nel terreno.

Detta tubazione interna 20, invece, ha un elemento terminale dotato di una sezione filettata 22 in corrispondenza dell’estremità superiore e di un’estremità libera 23 in corrispondenza dell’estremità inferiore. Questo per consentire il travaso del fluido dalla tubazione interna 20 alla tubazione esterna 10.

Vantaggiosamente, per assicurare la tenuta delle giunzioni tra i vari elementi modulari 11, 21 sia della tubazione esterna 10 sia della tubazione interna 20, uno strato di Teflon sigilla la giunzione dall’interno e dall’esterno.

Uno degli ulteriori vantaggi offerti dal pozzo geotermico in oggetto, consiste nel fatto che esso non estrae acqua dal sottosuolo, modificando le condizioni igrometriche del terreno. Detto flusso in uscita 51, infatti, dopo essere stato sfruttato come fonte di energia da un apposito dispositivo utilizzatore del calore, viene re-immesso nel circuito come fluido di ritorno raffreddato, andando a costituire il nuovo flusso in entrata 41.

Vantaggiosamente, detto dispositivo utilizzatore del calore può essere un comune scambiatore di calore oppure un comune generatore di vapore.

Descrizione delle figure

L’invenzione verrà qui di seguito descritta in almeno una forma di realizzazione preferita a titolo esplicativo e non limitativo con l’ausilio delle figure annesse, nelle quali:

- FIGURA 1 mostra uno schema del funzionamento complessivo del pozzo geotermico della presente invenzione in cui si vedono la tubazione esterna 10 e la tubazione interna 20 disposte in maniera concentrica. Sulla sinistra del disegno è illustrato il flusso d’acqua in ingresso 41 che, passando attraverso la pompa di immissione 40, viene convogliato a grande pressione nella tubazioni interna 20. Man mano che l’acqua scende in profondità, diventa sempre più calda, grazie al gradiente termico presente nelle profondità della Terra. Raggiunto il fondo della tubazione interna, il flusso d’acqua, che viene rappresentato da frecce sempre più scure per simboleggiare l’innalzamento della temperatura, risale verso l’alto nello spazio risultante tra la superficie esterna della tubazione interna 20 e la superficie interna della tubazione esterna 10. Il flusso in uscita 51, rappresentato dalla freccia nera, viene convogliato verso lo scambiatore di calore e i generatori di vapore o qualsiasi altro strumento di utilizzazione dell’impianto. Sono visibili, inoltre, due sensori di rilevamento 60, la valvola di sicurezza automatica 70 e la valvola di regolazione motorizzata 71, che controllano la sicurezza e l’efficienza del pozzo tramite un software dedicato.

- FIGURA 2A mostra una vista frontale di un elemento modulare 21 della tubazione interna 20 e di un elemento modulare 11 della tubazione esterna 10. In particolare, alle due estremità dell’elemento modulare 11 della tubazione interna 10, si vedono le sezioni filettate 12 e 12’, mentre alle due estremità dell’elemento modulare 21 della tubazione interna 20, si vedono altrettante sezioni filettate 22 e 22’. Tali sezioni sono quelle responsabili dell’aggancio stabile con l’elemento modulare 11, 21 precedente e successivo, in modo da formare le tubazioni che scendono in profondità nel terreno.

- FIGURA 2B illustra la stessa vista frontale della figura precedente ma, in questo caso, relativamente agli elementi modulari 11, 21 terminali della tubazione interna 20 e della tubazione esterna 10. In corrispondenza dell’estremità superiore di ciascun elemento modulare 11, 21, si vede la corrispondente sezione filettata, 22, 12 che consente la connessione con l’elemento modulare 11, 21 sovrastante. L’estremità inferiore dell’elemento modulare 11 della tubazione esterna 10 è dotata di una calotta di chiusura 13. L’estremità inferiore dell’elemento modulare 21 della tubazione interna 20, invece, è un’estremità libera 23.

- FIGURA 2C mostra una vista superiore del pozzo, in cui si vede la circonferenza esterna che rappresenta il profilo della tubazione esterna 10, la circonferenza interna che rappresenta in profilo della tubazione interna 20 con esternamente il collare 15 e tre raggi presenti nella corona circolare compresa tra detta tubazione interna 20 e detta tubazione esterna 10. I tre raggi rappresentano i distanziatori 14, meglio visibili e comprensibili con l’ausilio della figura successiva.

- FIGURA 3, come anticipato, mostra una vista tridimensionale della struttura in profondità del pozzo in cui, oltre alla tubazione esterna 10 e alla tubazione interna 20, si vedono i distanziatori 14 che partendo dalla tubazione esterna 10 convergono sul collare 15. si noti che l’immagine è rappresentata con un punto di vista dal basso verso l’alto, vale a dire dal fondo del pozzo verso la superficie. Superiormente al collare 15, infatti, si vede l’impegno della flangia 24 relativa all’elemento modulare 21 della tubazione interna 20.

Descrizione dettagliata dell’invenzione

La presente invenzione verrà ora illustrata a titolo puramente esemplificativo ma non limitativo o vincolante, ricorrendo alle figure le quali illustrano alcune realizzazioni relativamente al presente concetto inventivo.

Con riferimento alla FIG. 1, è rappresentato uno schema di funzionamento del pozzo geotermico della presente invenzione. Per comprendere al meglio l’aspetto profondamente innovativo della presente invenzione, basti sapere che i pozzi fino ad oggi utilizzati, necessitano di ben due trivellazioni e di un tubatura posta in profondità che collega orizzontalmente la tubatura di immissione dell’acqua a quella di estrazione. Grazie alla presente invenzione, la tubatura di estrazione contiene la tubatura d’immissione dell’acqua o, più in generale del fluido. La tubazione esterna 10 e la tubazione interna 20 sono quindi coassiali e la tubazione esterna 20 è sufficientemente grande da garantire una risalita più lenta del flusso in uscita 51 che avviene nella corona circolare compresa tra la superficie esterna della tubazione interna 20 e la superficie interna della tubazione esterna 10. Questo per consentire un tempo più lungo in cui il fluido è a contatto con la parete esterna del pozzo e ne assorbe quindi l’energia termica.

In questo modo, per la costruzione del pozzo, sarà necessaria una sola trivellazione invece che due.

È di interesse, al fine della comprensione dell’invenzione, soffermarci sulla profonda differenza che in circuito verticale ha rispetto ad un pozzo come quelli fino ad oggi in uso, cioè aventi un percorso del fluido in senso orizzontale tra il pozzo in immissione e quello di estrazione. Essendo il gradiente termico tanto maggiore quanto maggiore è la profondità, grazie ad un sistema che si sviluppa in verticale, è possibile regolare la velocità del flusso secondo il fabbisogno di potenza termica.

Sempre con riferimento alla FIG. 1, le frecce illustrano il percorso del fluido. La prima freccia bianca sulla sinistra indica il flusso in entrata 41 che attraverso la pompa di immissione 40 viene convogliato alla pressione desiderata nella tubazione interna 20. Scendendo in profondità, il fluido assorbe il calore endogeno trasmesso dagli strati di roccia più profondi. È nostro interesse precisare che la profondità del pozzo dipende dalla tipologia di rocce riscontrato tramite il carotaggio eseguito in fase di studio preliminare del sito. La sua profondità verrà stabilità in fase di progettazione in funzione della temperatura rilevata in profondità.

Sempre più caldo, il fluido raggiunge l’estremità distale del pozzo e, essendo la tubazione interna 20 aperta, detto fluido viene travasata nella tubazione esterna 10. Da qui inizia il suo percorso di risalita, rappresentato dalle frecce di colore nero che costituiscono il flusso in uscita 51. Quest’ultimo viene convogliato verso almeno un apposito dispositivo utilizzatore del calore che può essere sia un comune scambiatore di calore sia un comune generatore di vapore. A questo punto il fluido risulta raffreddato e viene re-immesso in circolazione come fluido di ritorno raffreddato, costituendo il nuovo flusso in entrata 41.

La re-immissione dello stesso fluido in circolazione, elimina l’eventualità di fenomeni di subsidenza, cioè di abbassamento del suolo dovuto all’estrazione dell’acqua di falda.

Allo scopo di eliminare anche i microsismi che attualmente accompagnano il funzionamento dei comuni pozzi geotermici, l’impianto della presente invenzione è dotato di numerose precauzioni per smorzare le oscillazioni che vengono generate nella tubazione interna 20. Più precisamente, già la configurazione a flussi concentrici del pozzo, garantisce un certo smorzamento delle oscillazioni in quanto, scorrendo in direzioni opposte, le vibrazioni generate dal flusso in entrata 41 annullano almeno in parte le vibrazioni generate dal flusso in risalita. In aggiunta a ciò, per coadiuvare tale smorzamento delle oscillazioni, garantire il mantenimento della coassialità tra le due tubazioni e, allo stesso tempo, consentire le inevitabili dilatazioni termiche, esternamente a detta tubazione interna 20 è posta una flangia 24 circolare. Detta flangia 24 è atta ad impegnarsi superiormente con un collare circolare 15 appartenente alla tubazione esterna 10 e connesso alla sua superficie interna tramite una pluralità (preferibilmente tre) di distanziatori 14, costituiti da comuni barre o piastre in un qualsiasi metallo o lega metallica, atte a fornire sostegno strutturale, tra le due tubazioni. Nella FIG 3 è esaustivamente raffigurato l’impegno reciproco tra le componenti appena descritte. È opportuno precisare che il fluido viene immesso nella tubazione interna 20 ad una pressione molto elevata, pari a circa 200 bar, pertanto le oscillazioni possono essere piuttosto significative. Più dettagliatamente, detto collare 15 sarà opportunamente dimensionato per consentire le possibili dilatazioni termiche, sia in senso lineare che in senso cubico, dovute alle alte temperature di esercizio. Ancor più dettagliatamente, detti collari 15 con i relativi distanziatori 14, sono posti ad intervalli regolari, in particolare, in caso di tubazioni costituite da elementi modulari 11, 21, sarà presente un collare 15 con distanziatori 14 per ogni elemento modulare 11 della tubazione esterna 10 ed una flangia 24 per ogni elemento modulare 21 della tubazione interna 20.

I sistemi meccanici di irrigidimento, sono coadiuvati da un sistema elettronico di controllo tramite in software dedicato atto a prevenire i microsismi suddetti.

In particolare, il pozzo è dotato di almeno un sensore di rilevamento 60 in corrispondenza della tubazione esterna 10 e un sensore di rilevamento in corrispondenza della tubazione interna 20. Questi ultimi sono atti a trasferire a detto software dedicato, le informazioni relative alle oscillazioni delle tubazioni 10, 20 derivanti dalla pressione del fluido in circolazione. Eventualmente e preferibilmente, detti sensori di rilevamento 60 possono anche essere atti a comunicare a detto software le informazioni relative alla composizione chimicofisica del fluido in circolazione e relative alla sua pressione di circolazione.

Raccolte queste informazioni, detto software dedicato è in grado di agire per smorzare le oscillazioni qualora le vibrazioni del flusso di ritorno non fossero sufficienti per riportarle entro limiti di soglia preimpostati. In particolare, i mezzi attraverso i quali detto software agisce, sono: una valvola di regolazione motorizzata 71, la pompa di immissione 40 e una pluralità di attuatori, costituiti da comuni motori e/o sincromotori e/o valvole di regolazione del flusso, atti a smorzare le oscillazioni e prevenire l’eventualità di microsismi.

Detto pozzo è altresì dotato di una valvola di sicurezza automatica 70, atta ad entrare in funzione automaticamente qualora venisse rilevata una sovrappressione del fluido in circolazione.

Anche le caratteristiche costruttive del pozzo della presente invenzione presentano delle vantaggiose innovazioni. Sia detta tubazione esterna 10 che detta tubazione interna 20, sono costituite da una pluralità di elementi modulari 11, 21 agganciati uno di seguito all’altro, fino al raggiungimento della profondità di progetto. Detti elementi modulari 11, 21, sono costituiti da comuni tubi Mannesmann (cioè privi di saldature) cilindrici e cavi, dotati di una coppia di sezioni filettate 12-12’, 22-22’ poste in corrispondenza dell’estremità superiore ed inferiore di detto elemento modulare 11, 21. Dette sezioni filettate 12-12’, 22-22’, sono atte a consentire l’avvitamento e il fissaggio stabile ma reversibile di ciascun elemento modulare 11, 21 con il successivo, fino all’ottenimento della profondità desiderata. Ogni giunzione tra un elemento modulare 11, 21 e l’altro è sigillata tramite uno strato di Teflon posto sia all’interno che all’esterno della giunzione.

Gli unici elementi che costituiscono un’eccezione rispetto a quanto appena descritto, sono gli elementi terminali di entrambe le tubazioni 10, 20, come esaustivamente rappresentato in FIG. 2B. In particolare, l’elemento terminale della tubazione esterna 10, che ne rappresenta l’estremità distale, è costituito da un corpo cilindrico e cavo, dotato di una sezione filettata 12, come quelle precedentemente descritte, che ne consentono l’avvitamento rispetto all’elemento modulare 11 sovrastante. L’estremità opposta, invece, è dotata di una calotta di chiusura 13 atta ad impedire la fuoriuscita del fluido da detta tubazione esterna 10 e la sua conseguente dispersione nel terreno.

L’elemento terminale della tubazione interna 20, invece, è costituito da un elemento cilindrico e cavo, dotato di una sezione filettata 22 in corrispondenza dell’estremità superiore, per avvitarsi all’elemento modulare 21 sovrastante, e di un’estremità libera 23 in corrispondenza dell’estremità inferiore. Questo allo scopo di consentire il travaso del fluido dalla tubazione interna 20 alla tubazione esterna 10.

È infine chiaro che all’invenzione fin qui descritta, possono essere apportate modifiche, aggiunte o varianti ovvie per un tecnico del ramo, senza per questo fuoriuscire dall’ambito di tutela che è fornito dalle rivendicazioni annesse.

Claims (10)

1. Rivendicazioni 1. Pozzo geotermico a vasi comunicanti, atto a trasferire il calore endogeno, proprio degli strati di roccia più profondi del sottosuolo terrestre, ad un fluido appositamente immesso all’interno di una tubazione che si sviluppa verticalmente sotto il livello del suolo; essendo detta tubazione altresì atta all’estrazione di detto fluido allorché questo raggiunga la temperatura desiderata ed essendo detto fluido atto ad essere convogliato verso appositi scambiatori di calore e/o generatori di vapore, atti a sfruttare detto calore come fonte di energia; detto pozzo geotermico essendo caratterizzato dal fatto di essere costituito almeno da: A) una tubazione interna (20) atta a trasferire un flusso in ingresso (41) di detto fluido, da una pompa di immissione (40) fino alla quota determinata dalla profondità del pozzo; B) almeno una pompa di immissione (40), posta in corrispondenza dell’ingresso di detta tubazione interna (20), atta a regolare la pressione di circolazione del fluido; C) una tubazione esterna (10), coassiale a detta tubazione interna (20), di diametro opportuno per consentire la risalita del flusso in uscita (51) di detto fluido, dall’estremità distale di detto pozzo verso l’alto fino ad essere convogliato in un qualsiasi dispositivo utilizzatore del calore; essendo l’estremità distale del pozzo il luogo in cui avviene lo scambio termico tra detto fluido e il calore endogeno degli strati di roccia circostanti le pareti di detta tubazione esterna (10); D) almeno una flangia (24), posta in corrispondenza della superficie esterna della tubazione interna (20); atta ad impegnarsi superiormente ad almeno un collare (15) metallico circolare; essendo detto collare (15) connesso alla superficie interna di detta tubazione esterna (10) tramite una pluralità di distanziatori (14) che dalla superficie interna di detta tubazione esterna (10) convergono seguendo un percorso lineare su detto collare (15); essendo detti distanziatori (14) preferibilmente presenti in numero pari a tre ed essendo costituiti da comuni barre o piastre in un qualsiasi metallo o lega metallica; essendo l’impegno di detta flangia (24) con detto collare (15) atto a fornire sostegno strutturale al pozzo, a garantire la centratura tra detta tubazione esterna (10) e detta tubazione interna (20) e atto ad evitare eccessive oscillazioni tra detta tubazione interna (20) e detta tubazione esterna (10); E) almeno una valvola di sicurezza automatica (70), posta in corrispondenza dell’estremità prossimale di detta tubazione esterna (10) atta ad entrare in funzione, reversibilmente ed automaticamente, allo scopo di evitare sovrappressioni del fluido in circolazione; F) una pluralità di sensori di rilevamento (60) atti a trasferire ad un software dedicato, le informazioni relative alle oscillazioni di detta tubazione esterna (10) e di detta tubazione interna (20) derivanti dalla pressione del fluido in circolazione; G) almeno una valvola di regolazione motorizzata (71), atta ad entrare in funzione, reversibilmente, su comando di un comune software dedicato, allo scopo di smorzare le eccessive oscillazioni rilevate da detti sensori di rilevamento (60); H) almeno un comune software dedicato atto a garantire la sicurezza dell’impianto attraverso il monitoraggio della circolazione del fluido all’interno del pozzo e ricevendo i dati input provenienti da detti sensori di rilevamento (60) ed, eventualmente, agendo su detta pompa di immissione (40) e su detta valvola di regolazione motorizzata (71) per riportare i parametri relativi alle oscillazioni di detta tubazione interna (20) e di detta tubazione esterna (10), entro valori di soglia predeterminati; detto comune software dedicato essendo altresì atto ad azionare reversibilmente una pluralità di attuatori, costituiti da comuni motori e/o sincromotori e/o valvole di regolazione del flusso, atti a smorzare le oscillazioni e prevenire l’eventualità di microsismi.
2. 2. Pozzo geotermico a vasi comunicanti, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta tubazione esterna (10) è costituita da una pluralità di elementi modulari (11), ciascuno dei quali costituito da un comune tubo Mannesmann, cilindrico e cavo, dotato di una coppia di sezioni filettate (12-12’) poste in corrispondenza dell’estremità superiore ed inferiore di detto elemento modulare (11), essendo dette sezioni filettate (12-12’) atte a consentire l’avvitamento e il fissaggio stabile ma reversibile di ciascun elemento modulare (11) con l’elemento modulare (11) successivo, fino all’ottenimento della profondità desiderata per detta tubazione esterna (10); essendo detta tubazione esterna (10) caratterizzata da un elemento terminale, atto a rappresentare l’estremità distale di detta tubazione e ad essere installato in corrispondenza della massima profondità raggiunta dal pozzo successivamente all’ultimo elemento modulare (11), detto elemento terminale essendo costituito da un cilindro dotato di una sezione filettata (12) in corrispondenza dell’estremità superiore e di una calotta di chiusura (13) in corrispondenza dell’estremità distale inferiore; detta calotta di chiusura (13) essendo atta ad impedire la fuoriuscita del fluido da detta tubazione esterna (10) e la sua conseguente dispersione nel terreno.
3. 3. Pozzo geotermico a vasi comunicanti, secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che detta tubazione interna (20) è costituita da una pluralità di elementi modulari (21), ciascuno dei quali costituito da un comune tubo Mannesmann, cilindrico e cavo, dotato di una coppia di sezioni filettate (22-22’) poste in corrispondenza dell’estremità superiore ed inferiore di detto elemento modulare (21), essendo dette sezioni filettate (22-22’) atte a consentire l’avvitamento e il fissaggio stabile ma reversibile di ciascun elemento modulare (21) con l’elemento modulare (21) successivo, fino all’ottenimento della profondità desiderata per detta tubazione interna (20); essendo detta tubazione interna (20) caratterizzata da un elemento terminale, atto ad essere installato successivamente all’elemento modulare (21) posto più in profondità, detto elemento terminale essendo costituito da un cilindro dotato di una sezione filettata (22) in corrispondenza dell’estremità superiore e di un’estremità libera (23) in corrispondenza dell’estremità inferiore; detta estremità libera (23) essendo atta a consentire il travaso di detto fluido da detta tubazione interna (20) a detta tubazione esterna (10).
4. 4. Pozzo geotermico a vasi comunicanti, secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che la giunzione tra due elementi modulari (11, 21) consecutivi, sia di detta tubazione esterna (10) sia di detta tubazione interna (20), è sigillata tramite una coppia di strati di Teflon posti uno esternamente ed uno internamente a detta tubatura esterna (10) o a detta tubatura interna (20) in corrispondenza di detta giunzione.
5. 5. Pozzo geotermico a vasi comunicanti, secondo la precedente rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto di essere dotato di un collare (15) dotato dei relativi distanziatori (14) per ogni elemento modulare (11) di cui è costituita la tubazione esterna (10); essendo detto pozzo geotermico altresì caratterizzato dal fatto di essere dotato di una flangia (24) per ogni elemento modulare (21) di cui è costituita la tubazione interna (20).
6. 6. Pozzo geotermico a vasi comunicanti, secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che detti distanziatori (14) sono disposti in numero preferibilmente pari a tre, per ogni collare (15); essendo, i distanziatori (14) convergenti in ogni collare (15), verticalmente allineati con i distanziatori (14) convergenti nel collare (15) successivo.
7. 7. Pozzo geotermico a vasi comunicanti, secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che detto collare (15) è opportunamente dimensionato per consentire alla porzione di tubazione interna (20) su cui insiste, le necessarie dilatazioni termiche in direzione lineare e in direzione cubica.
8. 8. Pozzo geotermico a vasi comunicanti, secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto di essere costituito da un circuito chiuso in cui il calore del fluido che costituisce detto flusso in uscita (51), dopo essere stato sfruttato come fonte di energia da un apposito utilizzatore, viene re-immesso nel circuito come fluido di ritorno raffreddato, costituendo il nuovo flusso in entrata (41).
9. 9. Pozzo geotermico a vasi comunicanti, secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che detto utilizzatore di calore è costituito da almeno un comune scambiatore di calore e/o da almeno un comune generatore di vapore.
10. 10. Pozzo geotermico a vasi comunicanti, secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto di essere dotato di almeno un sensore di rilevamento (60) posto in corrispondenza di detta tubazione esterna (10) e almeno un sensore di rilevamento (60) posto in corrispondenza di detta tubazione interna (20); detti sensori di rilevamento (60) essendo atti a trasmettere a detto comune software dedicato almeno le informazioni relative alle oscillazioni di detta tubazione esterna (10) e di detta tubazione interna (20), detti sensori di rilevamento (60) essendo, eventualmente, anche atti a trasmettere a detto software dedicato le informazioni relative alle caratteristiche chimico-fisiche del fluido in circolazione e alla pressione interna del pozzo.