Ottimizzazione energetica e analisi economica di impianti geotermici binari in applicazione cogenerativa

The aim of this work is to study the possibility to realize a system utilizing low-temperature geothermal heat from liquid-dominated resources, in a cogeneration plant connected to a district-heating network; i.e. for Unteraching’s and Landau’s plants in Germany. The case study has been conducted according to the following steps. Firstly, an energetic analysis for the examined site was developed. The second part evaluates the possibility to recover heat from geothermal fluid, limiting incoming heat, in order to satisfy users’ thermal demand. The last part of the work is focused on an economic and environmental analysis in order to investigate benefits and drawbacks of each plant. It has been chosen an Organic Rankine Cycle. Different technologies were compared, with pure component working fluids in order to value the best configuration. Then working in off-design mode, to follow climatic variations or users’ request (only electric or also thermal), we found the energetic productions in different periods. The results will be studied also with a economic and environmental analysis.

Il lavoro svolto prende in considerazione la possibilità di realizzare in assetto cogenerativo, collegandosi ad una rete di teleriscaldamento, un sistema che sfrutti sorgenti geotermiche a liquido dominante a media entalpia, come avviene per esempio in Germania in impianti attivi ad Unterhaching o Landau. Per il livello termico considerato la scelta impiantistica migliore è l’adozione di cicli binari a fluido organico (ORC). Lo studio può essere suddiviso in 3 fasi; una prima relativa all’ottimizzazione energetica per il sito esaminato. Una seconda che valuta la possibilità di effettuare la cogenerazione rinunciando a una parte di calore entrante nel ciclo per poter provvedere alla richiesta termica di un’utenza cittadina. Infine nell’ultima fase viene eseguita un’analisi per valutare quale situazione sia la più vantaggiosa economicamente. Inizialmente viene quindi svolto un confronto fra le varie tecnologie ORC applicabili a questi sistemi considerando l’impiego di diversi fluidi di lavoro, così da stimare la migliore configurazione e analizzarla nello specifico. Si procede successivamente lavorando in condizioni di off-design per seguire le variazioni climatiche del sito o le richieste termiche dell’utenza. Infine, i risultati annuali vengono valutati attraverso un’analisi economica per capire quale applicazione sia la migliore e vengono effettuate considerazioni sui vantaggi energetici e ambientali delle varie soluzioni.