Optimization of pipelines for transportation of geothermal two-phase fluid from well-head to power block

Geothermal power plants require a so-called Resource Gathering and Reinjection system, to collect and deliver the geothermal fluid from the production wells to the power plant, and to give back the fluids to the reinjection wells. In many cases, geothermal flow is found in two phases: vapor and brine. If two-phase flows are present, a separator is required, and its location has a significant impact on both pressure losses and costs. The strategy to separate near the extraction well pad, or at the power plant location, depends on different factors, such as conditions and characteristics of the geothermal fluid extracted, the relative distances and elevations. Subject of this thesis is the implementation of a model for the optimization of geothermal two-phase fluid transportation system. It will allow to determine pressure and power losses along the two-phase pipeline and compare them with the ones of two single-phase lines. Knowing the power lost during transportation, the net power output will be computed adopting a general binary cycle. At last a comparison between single- and two-phase pipelines will be carried out based on power producible and total costs. The model developed will be then validated with reference plants data provided by Turboden.

Impianti di produzione di potenza geotermici necessitano di un sistema di raccolta e di re-iniezione della risorsa, per convogliare il fluido geotermico dal pozzo di produzione fino all’impianto di produzione di potenza. Dopo averla sfruttata occorre trasportare la risorsa fino al pozzo di re-iniezione. In molti casi il fluido geotermico estratto è bifase, composto da vapore e brina. Nel caso in cui sia presente questo tipo di flusso, occorre installare un separatore, la cui posizione ha un impatto significativo sia sulle perdite di carico nella condotta che sul costo totale del sistema di raccolta. La scelta di separare il fluido geotermico vicino al pozzo di estrazione o alla centrale dipende da diversi fattori tra i quali: caratteristiche e condizioni del flusso estratto, distanze e altitudini relative pozzo-centrale. Oggetto di questa tesi è l’implementazione di un modello per l’ottimizzazione del sistema di trasporto del fluido geotermico bifase. Questo permetterà di determinare perdite di carico e dissipazioni di potenza lungo la condotta e confronterà tali perdite con quelle che si avrebbero adottando due condotte separate per il trasporto del vapore e della brina. Dopo aver determinato la potenza dispersa, il modello calcolerà la potenza netta in uscita da un ciclo binario semplificato. Infine, si condurrà un confronto tra i due casi basato sulla potenza netta producibile e sui costi totali. Il modello implementato verrà validato utilizzando dati di impianti di riferimento forniti da Turboden.