Abbiamo visto come gli impianti binari, e in particolari gli ORC, presentino numerosi vantaggi. A livello di prestazioni la potenza netta ottenuta da un impianto ORC è maggiore rispetto ad un impianto a flash, questo perché non ci sono tutti i consumi dovuti alla compressione della CO2. In particolare tanto più è bassa la temperatura del
fluido geotermico e tanto più è alta la concentrazione di anidride carbonica, tanto meno è conveniente l’utilizzo di un impianto a flash. Per ovviare a queste problematiche quando la temperatura del pozzo cala è possibile installare un secondo flash oppure separare la CO2 prima della turbina, quando questa si trova ancora ad alta pressione. Queste due
opzioni sono probabilmente meno economiche rispetto alla possibilità di inserire un piccolo impianto ORC a valle del flash, questo perché gli ORC vengono progettati e costruiti in serie abbattendo in questo modo i costi.
Il secondo importante vantaggio degli impianti binari è che siccome il fluido geotermico passa solamente all’interno di scambiatori in un ciclo chiuso, il rischio di perdite di gas inquinanti e di anidride carbonica cala. Inoltre, a parte il fenomeno di silica scaling, non avviene l’usura di componenti importanti e costosi come le turbine. Focalizzandoci sulle prestazioni dell’ORC, abbiamo visto come i fluidi di lavoro migliori siano quelli che hanno un rapporto tra la propria temperatura critica e la temperatura del fluido geotermico vicino all’unità. Inserendo un recuperatore non si hanno grossi aumenti di potenza, però si possono sfruttare al meglio le sorgenti a più bassa temperatura. I cicli a doppio livello di pressione aumentano sempre la potenza dell’impianto e ad avvantaggiarsene maggiormente sono sempre i fluidi con le caratteristiche viste prima.
Gli impianti EGS hanno dei rendimenti senza dubbio molto più alti rispetto agli impianti tradizionali, hanno il vantaggio di non necessitare di sorgenti acquifere, però hanno anche dei costi per il pozzo molto elevati viste le profondità. Nel caso specifico considerato in questo lavoro è un’ottima soluzione per recuperare potenza dall’anidride carbonica catturata in un impianto a carbone tradizionale.
Un lavoro futuro può essere svolto analizzando altre tipologie di impianto come l’impianto a ciclo diretto a vapore secco o l’impianto binario Kalina. Sulla base di questi risultati si potrebbe analizzare come influisce la riiniezione della CO2 sulla produttività
INDICE DELLE FIGURE
- 1.1 struttura interna della Terra - 1.2 sistema geotermico naturale - 1.3 sistema geotermico artificiale
- 1.4 potenza geotermica installata nel 2015 - 1.5 zone di produzione geotermica in Italia
- 1.6 Piero Ginori Conti con la prima dinamo a vapore, 1904 - 1.7 schema impianto 250kW, Larderello
- 1.8 evaporatore impianto 250kW, Larderello - 2.1 diagramma di Lindal
- 2.2 schema di impianto a contropressione
- 2.3 schema di impianto a vapore secco, Larderello - 2.4schema di impianto a singolo flash
- 2.5 schema di impianto con doppio flash - 2.6 diagramma T-s ciclo con doppio flash - 2.7 schema di impianto ORC semplice
- 2.8 diagramma T-s ciclo ORC a due livelli di pressione
- 2.9 diagramma T-Q scambiatori ciclo ORC a due livelli di pressione - 2.10 schema di impianto kalina
- 2.11 schema di impianto ibrido flash-ORC, Denizli, Turchia - 2.12 schema di impianto ibrido flash-kalina
- 2.13 schema concettuale per la simulazione numerica del serbatoio - 2.14 schema di iterazione simulazione pozzo-serbatoio
- 2.15 layout pozzo Aspen plus
- 3.1 layout impianto singolo flash Aspen plus - 3.2 layout impianto doppio flash Aspen plus
- 3.3 layout impianto a singolo flash con cattura CO2 pre-turbina Aspen plus
- 3.4 layout impianto ORC semplice a vapore saturo Aspen plus - 3.5 layout impianto ORC recuperativo Aspen plus
- 3.6 layout impianto ORC a dua livelli di pressione Aspen plus - 3.7 layout impianto ibrido flsh/ORC Aspen plus
- 4.1 layout impianto EGS Aspen plus - 4.2 diagramma di fase CO2
INDICE TABELLE
- 1.1 caratteristiche struttura terrestre
- 2.1 classificazione entalpica risorse gotermiche - 2.2 impianti installati, potenza in MWe - 2.3 condizioni nel serbatoi, ORC - 3.1 parametri cicli flash
- 3.2 risultati singolo flash con 1,5% di CO2
- 3.3 risultati doppio flash con 3% di CO2
- 3.4 risultati doppio flash
- 3.5 risultati impianto a singolo flash con layout 2 - 3.6 proprietà dei fluidi ORC
- 3.7 parametri impianto ORC
- 3.8 risultati impianto ORC supercritico
- 3.9 risultati potenze nette ORC a doppio livello di pressione - 3.10 risultati impianto ibrido flash/ORC
- 4.1 parametri impianto EGS
INDICE DEI GRAFICI
- 1.1 produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile, Italia - 1.2 produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile, Europa - 1.3 produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile, mondo
- 2.1 suddivisione per tipo di impianto della potenza geotermica installata - 2.2 impianti geotermici installati, 2014
- 3.1 potenza netta vs pressione di flash a 200°C 1,5% CO2
- 3.2 potenza netta vs pressione di flash a 175°C 1,5% CO2 - 3.3 potenza netta vs pressione di flash a 150°C 1,5% CO2 - 3.4 potenza netta vs pressione di flash a 200°C 1,5% CO2 - 3.5 potenza netta vs pressione di flash a 175°C 1,5% CO2 - 3.6 potenza netta vs pressione di flash a 150°C 1,5% CO2 - 3.7 potenza netta vs pressione ORC semplice 110°C - 3.8 potenza netta vs pressione ORC semplice 130°C - 3.9 potenza netta vs pressione ORC semplice 150°C - 3.10 potenza netta vs pressione ORC semplice 110°C - 3.11 potenza netta vs pressione ORC semplice 130°C - 3.12 potenza netta vs pressione ORC semplice 150°C - 4.1 potenza netta EGS 300°C
- 4.2 potenza netta EGS 250°C
- 4.3 potenza netta in funzione della pressione out turbina CO2 300°C
- 4.4 confronto potenze a Tgeo 300°C
- 4.5 confronto potenze a Tgeo 250°C
- 4.6 confronto rendimenti alla potenza netta massima
- 5.1 potenza netta e rendimento in funzione della pressione, 110°C - 5.2 potenza netta e rendimento in funzione della pressione, 130°C - 5.3 potenza netta e rendimento in funzione della pressione, 150°C - 5.4 rendimento e Tmax in funzione della Tout 110°C
- 5.5 rendimento e Tmax in funzione della Tout 130°C - 5.6 rendimento e Tmax in funzione della Tout 150°C - 5.7 confronto potenze nette
- 5.8 confronto rendimenti di secondo principio
- 5.9 potenza netta e rendimento in funzione della pressione, 110°C - 5.10 potenza netta e rendimento in funzione della pressione, 130°C - 5.11 potenza netta e rendimento in funzione della pressione, 150°C - 5.12 rendimento e Tmax in funzione della tout, 110°C
- 5.13 rendimento e Tmax in funzione della tout, 130°C - 5.14 rendimento e Tmax in funzione della tout, 150°C - 5.15 confronto potenza netta ciclo semplice-recuperativo
- 5.16 confronto rendimento di secondo principio cisclo semplice-recuperativo - 5.17 confronto potenze nette a Tgeo 110°C
- 5.18 confronto potenze nette a Tgeo 130°C - 5.19 confronto potenze nette a Tgeo 150°C
- 5.20 confronto potenze nette ciclo a doppio livello di pressione
- 5.21 rendimento di secondo principio ciclo a doppio livello di pressione - 5.22 aumento dei rendimenti ciclo semplice-doppio livello
- 5.23 confronto potenze nette ciclo a singolo flash - 5.24 confronto rendimenti ciclo a singolo flash - 5.25 confronto potenze singolo flash 1,5% CO2
- 5.26 confronto potenze singolo flash 3% CO2 - 5.27 confronto rendimenti singolo flash 1,5% CO2 - 5.28 confronto rendimenti singolo flash 3% CO2
- 5.30 confronto potenze nette singolo-doppio flash 3% CO2 - 5.31 confronto rendimenti singolo-doppio flash 1,5% CO2 - 5.32 confronto rendimenti singolo-doppio flash 3% CO2 - 5.33 confronto potenze nette ibrido con isobutano - 5.34 confronto potenze nette ibrido con HCFO - 5.35 confronto potenze nette ibrido con N-esano - 5.36 confronto potenze nette ibrido con R245fa - 5.37 confronto potenze nette cicli ORC - 5.38 rendimenti di primo principio ORC-ibrido - 5.39 rendimenti di secondo principio ORC-ibrido
Nomenclatura e acronimi
Nomenclatura
v m/s Velocità h kJ/kg Entalpia s kJ/kgK Entropia T °C o K Temperatura p bar Pressione ƞ Rendimento Tcr °C Temperatura critica m Kg/s Portata ф Porosità k m2 Permeabilità μ Pa/s Viscosità ρ Kg/m3 DensitàAcronimi
IEA International Energy Agency
ORC Organic Rankine Cycle
EGS Enhanced Geothermal System
USC Ultra Super Critico
HDR Hot Dry Rocks
CAP Chilled Ammonia Process
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