Assessment of the geothermal economic potential in the sedimentary basins of the Netherlands

This study proposes and tests a methodology to assess the economic geothermal potential of heat and electricity power production in the sedimentary basins of the Netherlands. The chosen representative indicators are respectively LCOH (Levelized Cost of Heat) and LCOE (Levelized Cost of Electricity) both expressed in [€/(MW h)]. The calculation is performed using GEOPHIRES as techno-economic model customized to run over a spatial grid whose basic unit is called reservoir having surface dimensions of 1 km by 1 km and variable thickness. Input values for each reservoir are taken from ThermoGIS, the Dutch public geothermal database provided by TNO (The Netherlands Organisation for applied scientific research). For the heat power potential assessment, ThermoGIS values of pumped flow rates are used as input and the results are compared with the ones provided by TNO. Whereas for the electricity, the optimal pumped flow rate is found minimizing the LCOE for an ORC plant in each reservoir. The main outputs are two maps of the whole Netherlands presenting the lowest values of LCOH and LCOE for each reservoir. The LCOH values match satisfactorily with the ThermoGIS economic classification while giving more explicit information about the cost. The LCOE map provides the first assessment tool of the economic potential for electricity generation from geothermal sources in the Netherlands. The LCOE is additionally evaluated under the financial hypothesis proposed by Lazard’s report (2019). This allows comparing the LCOE range with the ones from other renewable energy and conventional power plants. For the electric power simulation, a trade-off between the lowest achievable cost and the highest available net power is detected and addressed with an ORC net power optimization for one reservoir using an Excel spreadsheet coupled with FluidProp. This further analysis shows technical results compatible with the ones already obtained, supporting the reliability of the regional assessment proposed.

Questo studio ha lo scopo di valutare il potenziale geotermico sia in termini di uso diretto che di produzione elettrica da sorgente a bassa temperatura negli acquiferi sedimentari dell’Olanda. Gli indicatori economici utilizzati sono i costi medi di produzione di energia, rispettivamente LCOH (Levelized Cost of Heat) per l’uso diretto e LCOE (Levelized Cost of Electricity) per la produzione elettrica, entrambi espressi in €/(MW h). I calcoli sono eseguiti applicando il software GEOPHIRES opportunamente implementato per risolvere un problema di simulazione su diverse centinaia di migliaia di reservoirs ciascuno delle dimensioni di 1 km2. I risultati sono rappresentati sottoforma di mappe realizzate in QGIS. Il potenziale termico è confrontato con i risultati disponibili nel dataset ThermoGIS. I risultati della produzione elettrica sono invece i primi di questo genere in Olanda. Per ottenerli viene minimizzato il LCOE variando la portata circolante nel sistema. Si evidenzia un trade-off tra il minimo costo raggiungibile e la massima potenza netta ottenibile. Per questo motivo viene implementata in Excel un'ulteriore ottimizzazione della potenza netta dell'ORC per un solo reservoir. I risultati ottenuti mostrano che le potenze ottenute minimizzando i costi sono subottime, ma non si discostano molto dall'ottimalità. I risultati dell'indagine sono presentati sotto forma di mappe dell'intera Olanda che riportano per ogni km2 il reservoir con il minor LCOH o LCOE. Si rileva in Olanda la presenza di un potenziale di 100 MWe disponibili sotto 200 €/(MW h) and 600 MWe disponibili sotto 400 €/(MW h). I reservoirs più promettenti sono localizzati nell’Upper Rotliegend Group, entro 20 km di distanza da Groningen. Lo studio è realizzato a scala regionale.