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progetti - Ricerca di Sistema - 5° periodo (2012-2014)

Energia elettrica da fonti geotermiche

progetti - Ricerca di Sistema - 5° periodo (2012-2014)

Energia elettrica da fonti geotermiche

Il Rapporto tratta delle attività riguardanti l’energia elettrica da fonti geotermiche principalmente a media entalpia. Si presenta il modello geologico 3D di due sistemi geotermici in alto Lazio-Umbria e Toscana, la loro caratterizzazione sismica, la simulazione numerica fluidodinamica a supporto della sostenibilità del processo industriale con l’utilizzo di impianti binari-ORC con potenza di 5 MWe.

Il progetto si pone l’obiettivo di studiare la possibilità di ampliare la produzione di energia elettrica da fonti geotermiche a media- bassa entalpia, individuando i domini geologici più adatti e con l’utilizzo di impianti di produzione a ciclo binario.
La ricerca è stata orientata alle problematiche prettamente geologiche, allo sviluppo di raffinate analisi modellistiche per verificare la sostenibilità nel tempo dello sfruttamento della risorsa geotermica, allo studio della sismicità e all’utilizzo degli impianti binari di tipo OCR – Organic Rankine Cycle. Questi impianti consentono lo sfruttamento di fluidi geotermici a temperature più basse rispetto a quelli dell’alta entalpia.
Per raggiungere gli obiettivi preposti le indagini geologiche sono state focalizzate su due potenziali sistemi geotermici nell’Italia centrale nei quali il serbatoio è situato nei calcari mesozoici della serie Toscana. L’analisi dei dati geologici reperiti, insieme con i dati di pozzo, ha consentito di realizzare dei modelli geologici 3D piuttosto raffinati. Per il campo geotermico di Torre Alfina-Castel Giorgio ubicato nell’alto Lazio al confine con l’Umbria, sono state eseguite delle simulazioni fluidodinamiche che hanno consentito di generare il sistema naturale indisturbato del campo e la circolazione convettiva dei fluidi con un ottimo riscontro fra i parametri di temperatura e pressione calcolati e quelli misurati sperimentalmente in pozzo.
Successivamente sono stati elaborati diversi scenari simulando l’estrazione dei fluidi e la loro totale reiniezione da più pozzi con una portata totale di 1050 t/h ragionevolmente rapportata a un impianto binario con potenza nominale di 5 MWe e temperatura della risorsa geotermica (~140-150°C). Le simulazioni eseguite mostrano la sostenibilità della produzione elettrica per un arco temporale di 50 anni con modesti valori di sovrapressione nel serbatoio geotermico che restano contenuti nel 3.3% rispetto al valore preesistente.
Il secondo campo geotermico studiato si trova nell’area di Lucignano in Toscana e presenta dei valori di temperatura (~180°C) più elevati rispetto al campo di Torre Alfina – Castel Giorgio e un accurato modello geologico 3D è stato elaborato.
Le suddette simulazioni numeriche sono state eseguite con la suite modellistica GeoSIAM v.1.1 appositamente predisposta per la geotermia e consente la simulazione in ambito fluidodinamico, geomeccanico e geochimico.
Per quanto riguarda la sismicità sono stati accuratamente analizzati i risultati della commissione ICHESE-International Commission on Hydrocarbon Exploration and Seismicity in Emilia Romagna e i successivi approfondimenti che hanno studiato l’influenza delle attività antropiche con i disastrosi terremoti che hanno colpito la regione Emila Romagna nel mese di maggio 2012. Le analisi svolte hanno escluso qualsiasi relazione di causa effetto della fenomenologia sismica con il campo geotermico di Casaglia e quello a idrocarburi di Cavone.
Per l’aspetto impiantistico è stato valutato lo stato dell’arte dei cicli ORC che grazie a particolari fluidi di lavoro sono idonei a sfruttare temperature sensibilmente più basse rispetto ai tradizionali cicli a vapore d’acqua. Questi impianti sono una tecnologia affidabile e già applicata in diversi settori come le biomasse e il recupero di calore che però deve essere personalizzata in funzione delle singole caratteristiche di ogni sistema geotermico per ottimizzarne il rendimento. Le attività si sono focalizzate su applicazioni con sorgente geotermica a media entalpia e temperature nell’ordine dei 120-180°C in linea con i due siti geotermici analizzati.