Course Syllabus
Obiettivi
Fornire un quadro conoscitivo che renda un geologo in grado di affrontare le emergenti problematiche in tema di geoenergia e sostenibilità. Il corso parte da un'analisi delle fonti e dei consumi energetici, della distribuzione delle risorse e prevede il trattamento sia di fonti fossili e convenzionali che rinnovabili e non convenzionali. Nell'ottica della sostenibilità si dà massimo rilievo alle risorse rinnovabili
Contenuti sintetici
Le fonti di energia sono uno dei fattori di maggiore rilevanza per le attività umane e il consumo di queste fonti ha un impatto immediato sulle condizioni di vita ma anche sugli equilibri del nostro pianeta.
Tutte le risorse rinnovabili vengono citate così come i metodi di possibile immegazzinamento dell'energia, della trasformazione.
La geotermia, le tecniche di geoscambio vengono analizzate nel dettaglio. Il corso sfrutta appieno le conoscenze di natura idrogeologica acquisite dagli studenti in altri corsi
Il corso si propone di coprire gli aspetti fondamentali riguardanti i problemi della ricerca e sfruttamento delle risorse energetiche con cenni sui rischi connessi.
Lista sintetica dei contenuti:
Introduzione alla geoenergia:
- Definizione e panoramica su energia e fabbisogno energetico
- Definizione e panoramica della geoenergia
- Importanza e ruolo della geoenergia nel settore energetico
- Distinzione tra fonti energetiche convenzionali e non convenzionali
Energia geotermica:
- Fonti di calore geotermico e gradiente geotermico
- Tipi di sistemi geotermici (ad esempio, sistemi idrotermali, sistemi geotermici potenziati)
- Tecniche di valutazione ed esplorazione delle risorse geotermiche
- Tecnologie di generazione di energia geotermica
- Pompe di calore geotermiche e applicazioni per uso diretto
Geologia del petrolio e ingegneria dei giacimenti:
- Formazione e accumulo del petrolio
- Tecniche di esplorazione e produzione del petrolio
- Caratterizzazione e modellazione dei giacimenti
- Metodi di recupero del petrolio (EOR)
- Risorse petrolifere e gassose non convenzionali (ad esempio, shale gas, tight oil)
Carbone e metano :
- Formazione e tipi di depositi di carbone
- Tecniche di estrazione del carbone e impatto ambientale
- Tecnologie di gassificazione del carbone e di coal-to-liquids (CTL)
- Estrazione e utilizzo del metano in letto di carbone
Stoccaggio sotterraneo di energia:
- Stoccaggio sotterraneo di gas naturale
- Stoccaggio di energia ad aria compressa (CAES)
- Stoccaggio di energia idroelettrica con pompaggio (PHES)
- Stoccaggio di energia termica (TES) in formazioni sotterranee.
Considerazioni ambientali e sostenibilità:
- Impatto ambientale dell'estrazione e dell'utilizzo delle geoenergie
- Cattura, utilizzo e stoccaggio del carbonio (CCUS)
- Valutazione del ciclo di vita ed emissioni di gas serra
- Aspetti politici e normativi dello sviluppo della geoenergia
- Integrazione di energia rinnovabile e sistemi geoenergetici
Tecnologie emergenti e tendenze future:
- Gas Idrati di metano e produzione di idrati di gas
- Geotermia profonda e sistemi hot dry rock (HDR)
- Energia geotermica da pozzi di petrolio e gas abbandonati
- Geostrutture energetiche e fondazioni di pali geotermici
- La geoenergia nel contesto di un paesaggio energetico in transizione
Programma esteso
Tale corso avrà i seguenti contenuti:
- Introduzione generale alle fonti di energia, ai principi fisici di base
Unità di misura, tipi di energia e loro trasformazione
- Fabbisogno energetico.
Modelli concettuali di rocce serbatoio
Modelli concettuali di giacimenti di idrocarburi
- Caratteristiche geometriche, fisiche e meccaniche di rocce serbatoio
- Fattori geologici determinanti
- Strumenti e tecniche per la caratterizzazione
- Stratificazione dei fluidi in un giacimento
- Circolazione multifluido in giacimenti olio e gas, in rocce porose e fratturate
- Geomeccanica applicata all’estrazione di idrocarburi (stabilità, perforazioni, sforzi in serbatoio, tecniche di miglioramento)
- Risorse non convenzionali
Introduzione alle risorse geotermiche, sistemi geotermici a bassa, media e alta entalpia
- Il campo termico terrestre. Cenni storici di geotermia. Sorgenti di energia termica all’interno della Terra. Il gradiente geotermico. Contrasti di conduttività. Effetti di temperature non uniformi alla superficie sui profili di temperatura. Distribuzione della temperatura entro la Terra e le mappe Geotermiche.
- Proprietà termiche delle rocce e dei fluidi (Conducibilità, capacità, diffusività). L’impatto delle alte pressioni e temperature sui fluidi. Misura del campo termico, strumentazione, metodi. Anomalie di temperatura e associazione con fenomeni naturali (acque termali, sorgenti calde, geyser, vulcani, vulcani di fango). Interpretazione di misure termiche.
- Concetti, classificazione e chimica dei sistemi geotermici. Sviluppo di un modello geotermico. Analisi regimi geotermici. Indagini termiche nella ricerca petrolifera. Analisi termiche in idrologia.
- Sistemi di pompe di calore a ciclo aperto e chiuso. Impatti sulla qualità dell’acqua. Normativa. Flusso d’acqua e trasporto di calore Immagazzinamento calore, capacità specifica e termica, trasporto di calore per advezione, conduzione, convezione.
- Scambiatori di calore. Stima del potenziale termico di un acquifero superficiale non confinato.
- Soluzioni analitiche per sistemi chiusi e aperti.
- Soluzioni numeriche.
- Funzionamento a breve e lungo termine.
- Metodi di indagine.
- EGS: enhanced geothermal systems, hot dry rocks, tecniche di miglioramento delle performance di rocce serbatoio
Stoccaggio di CO₂ e gas naturali
- Caratterizzazione delle proprietà dei materiali
- Metodi di modellazione
- Prove in laboratorio, in sito e monitoraggio
- Micro-sismicità indotta
- Tecniche di ricerca geofisica
Valutazioni per lo stoccaggio di scorie radioattive
Prerequisiti
nessun prerequisito
Modalità didattica
- Lezione frontale
Materiale didattico
tutto il materiale è disponibile su elearning
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre
Sustainable Development Goals
Aims
To provide a knowledge framework that makes a geologist capable of addressing emerging issues in geoenergy and sustainability. The course starts with an analysis of energy sources and consumption, resource distribution, and includes treatment of both fossil and conventional as well as renewable and unconventional sources. From the perspective of sustainability, maximum emphasis is given to renewable resources.
Contents
Energy sources are one of the most important factors for human activities, and the consumption of these sources has an immediate impact on living conditions but also on the balance of our planet.
All renewable resources are mentioned as well as methods of possible immegazzinamento of energy, of transformation.
Geothermal energy, geoexchange techniques are analyzed in detail. The course makes full use of hydrogeological knowledge gained by students in other courses.
The course will cover the basic aspects regarding the problems of research and exploitation of energy resources with hints about the associated risks.
List of contents:
Introduction to Geoenergy:
-
- Definition and overview of geoenergy
- Importance and role of geoenergy in the energy sector
- Distinction between conventional and unconventional energy sources
Geothermal Energy:
- Geothermal heat sources and geothermal gradient
- Types of geothermal systems (e.g., hydrothermal, enhanced geothermal systems)
- Geothermal resource assessment and exploration techniques
- Geothermal power generation technologies
- Geothermal heat pumps and direct use applications
Petroleum Geology and Reservoir Engineering:
- Formation and accumulation of petroleum
- Petroleum exploration and production techniques
- Reservoir characterization and modeling
- Enhanced oil recovery (EOR) methods
- Unconventional oil and gas resources (e.g., shale gas, tight oil)
Coal and Coalbed Methane:
- Formation and types of coal deposits
- Coal mining techniques and environmental impacts
- Coal-to-liquids (CTL) and coal gasification technologies
- Coalbed methane extraction and utilization
Underground Storage of Energy:
- Underground gas storage for natural gas
- Compressed air energy storage (CAES)
- Pumped hydro energy storage (PHES)
- Thermal energy storage (TES) in subsurface formations
Environmental Considerations and Sustainability:
- Environmental impacts of geoenergy extraction and utilization
- Carbon capture, utilization, and storage (CCUS)
- Life cycle assessment and greenhouse gas emissions
- Policy and regulatory aspects of geoenergy development
- Integration of renewable energy and geoenergy systems
Emerging Technologies and Future Trends:
- Methane hydrates and gas hydrate production
- Deep geothermal energy and hot dry rock (HDR) systems
- Geothermal energy from abandoned oil and gas wells
- Energy geostructures and geothermal pile foundations
- Geoenergy in the context of a transitioning energy landscape
Detailed program
Main contents of this course are:
- General introduction to energy resources
- Energy demand
Conceptual models of reservoir rocks
Conceptual models of oil and gas reservoirs
- Geometric, physical and mechanical properties of reservoir rocks
- Geological key-factors
- Tools and techniques for characterization
- Stratification of fluids in a reservoir
- Multi-fluid circulation in oil and gas deposits in porous rocks and fractured rock masses
- Geomechanics applied to the extraction of hydrocarbons (drilling, stability, stresses in a reservoir, improvement techniques)
- Unconventional resources
Introduction to geothermal resources, geothermal systems in low, medium and high enthalpy
- The thermal field of the Earth. A brief history of geothermal energy. Sources of thermal energy within the Earth. The geothermal gradient. Conductivity contrasts. Effects of non-uniform temperatures to the surface on temperature profiles. Temperature distribution within the Earth and the Geothermal maps.
- Thermal properties of the rocks and fluids (conductivity, capacity, diffusivity). The impact of high temperature and pressure on fluids. Measurement of the thermal field, instrumentation, methods. Temperature anomalies and association with natural phenomena (hot springs, geysers, volcanoes, mud volcanoes). Interpretation of thermal measurements.
- Concepts, classification and chemistry of geothermal systems. Development of a geothermal model. Analysis of geothermal systems. Thermal surveys in oil exploration. Thermal analysis in hydrology.
- Systems of heat pumps in open and closed loops. Impacts on water quality. Legislation. Water flow and heat transport Storage heat, specific capacity and thermal, heat transport by advection, conduction, convection.
- Heat exchangers. Estimation of the potential heat of a shallow unconfined aquifer.
- Analytical solutions for closed and open systems.
- Numerical solutions.
- Operation in the short and long term.
- Methods of investigation.
- EGS: enhanced geothermal systems, hot dry rocks, techniques for improving the performance of reservoir rocks
CO₂ storage and natural gas
- Characterization of material properties
- Modeling Methods
- Tests in the laboratory, and on-site monitoring
- Micro-induced seismicity
- Techniques of Geophysical Research
Evaluation of radioactive waste repositories
Prerequisites
none
Teaching form
Lessons
Textbook and teaching resource
all the lectures material can be downloaded from the elearning site
Semester
Second
Assessment method
Written
Sustainable Development Goals
Staff
-
Giovanni Crosta
