Il ruolo dei misuratori di portata massica negli esperimenti di simulazione del processo di generazione di energia geotermica!

La ricerca di nuove fonti di energia è un tema estremamente rilevante nella società odierna. Quello che adoro della Svizzera è il panorama e la vista di splendide montagne a perdita d’occhio. Non sarebbe fantastico se potessimo utilizzare queste montagne per generare energia pulita?

Infatti, il laboratorio sotterraneo svizzero del Grimsel (di proprietà di NAGRA, ETH Zürich) esamina le possibilità di sfruttamento del calore della terra come fonte di energia geotermica.

Utilizzare energia geotermica per riscaldare gli impianti produttivi?

Oggi, la produzione di energia elettrica in Svizzera può essere suddivisa in 3 fonti principali:

Centrali idroelettriche
Centrali nucleari
Centrali termoelettriche convenzionali e di altra natura

Circa il 30% dell’energia elettrica prodotta proviene dalle centrali nucleari. Non sarebbe fantastico ridurre ulteriormente tale percentuale a favore di un’energia più pulita?

L’energia geotermica sembra essere una buona alternativa per sostituire parte dell’energia nucleare utilizzata oggi. L’idea in sé è piuttosto semplice: pompare acqua fredda nella crosta terrestre, farla riscaldare dal calore stesso della terra e pompare l’acqua calda così generata per sfruttarne il calore, ad esempio, in una centrale elettrica.

Tuttavia, c’è un problema. A una profondità di 4-5 chilometri, quando l’acqua iniettata viene riscaldata fino a 200°C, si espande all’interno delle rocce porose. La permeabilità della roccia è estremamente bassa e richiede iniezioni di fluido ad alta pressione per essere aumentata. Questo aumento di pressione può generare eventi sismici indotti.

Al laboratorio sotterraneo del Grimsel si studiano le condizioni che generano questi terremoti indotti e come la magnitudo di tali fenomeni possa essere ridotta in modo da non percepirli in superficie.

Perché utilizzare dei regolatori del flusso di massa?

I regolatori del flusso di massa Bronkhorst sono utilizzati per simulare il processo di generazione dell’energia geotermica mediante la fornitura controllata di flussi d’acqua nelle rocce sotterranee.

I regolatori del flusso di massa sono fondamentali per iniettare la quantità esatta di acqua all’interno delle rocce alla giusta pressione. Per poter esaminare quale portata idrica possa indurre una certa attività all’interno delle rocce, è necessario che i dispositivi siano in grado di coprire un range piuttosto ampio di portate.

Una serie di test idraulici, quali:

iniezioni a impulsi
tasso costante
testa costante
iniezioni cicliche d’acqua sono condotte al fine di determinare le proprietà idrauliche della massa rocciosa e di monitorarne gli effetti (ad es. la risposta alla pressione) nei pozzi a stretta prossimità del punto di iniezione.

Dato che le rocce con scarsa permeabilità sono parte dell’indagine, è necessario iniettare quantità molto piccole di acqua a portate estremamente ridotte per lunghi periodi.

Quali regolatori del flusso di massa sono stati utilizzati?

La soluzione prospettata da Bronkhorst consiste nell’utilizzo di tre diversi regolatori del flusso di massa Coriolis installati su un piano, apparecchiature di controllo e monitoraggio incluse. I regolatori del flusso di massa (MFC) sono stati utilizzati per controllare l’acqua pura.

MFC per 2 – 100 g/h (mini CORI-FLOW M12)
MFC per 20 – 1000 g/h (mini CORI-FLOW M13)
MFC per 0,8 – 40 g/h (mini CORI-FLOW M15)

Per esaminare gli effetti di una portata ridotta, è necessario utilizzare molte portate diverse di acqua pura come parametro di entrata, con un numero limitato di dispositivi.

Il piano di flusso utilizzato permette di selezionare ciascuno dei tre dispositivi per la portata adeguata. In questo caso, l’impiego degli strumenti Coriolis è giustificato dalla loro elevata precisione e dalla capacità di fornire direttamente una certa quantità di acqua indipendentemente dalle condizioni di processo, come temperatura ambiente e pressione.

Inoltre, consentono di leggere le proprietà dell’acqua, come temperatura e densità, in tempo reale. La temperatura massima dell’acqua utilizzata nel laboratorio sotterraneo del Grimsel, collocato a una profondità di 400-500 metri, è di 40°C (solo durante i test termici).

Questa configurazione è una soluzione robusta, affidabile, flessibile, compatta e facile da usare per controllare l’approvvigionamento idrico. Per tracciare gli esperimenti svolti, i ricercatori di ETH Zürich si servono del software di Bronkhorst e, in particolare, di FlowPlot per la pianificazione dell’intero esperimento.

Inoltre, hanno la possibilità di utilizzare TeamViewer per controllare, visualizzare e monitorare da remoto la configurazione nel laboratorio del Grimsel, in modo da non dover rimanere in loco per l’intera durata dei test.