Impianti geotermoelettrici binari con emungimento mediante gas lift : analisi tecnico-economica di un case study nel contesto italiano

This work, which is part of a contractual agreement between the Politecnico di Milano and Sorgenia Spa , was conducted with the intention to evaluate the exploitation of a medium-enthalpy liquid-dominated source, located near Monte Amiata (Tuscany). According to the thermal levels measured in situ , we study the energetic and economic feasibility of a binary ORC geothermal power plant in which the geothermal fluid is produced by gas-lifting (CO2) . This technique , derived from Oil & Gas field , has been proposed by Sorgenia. We evaluated different types of power systems with lots of organic working fluids; among these, we selected the best ones from the point of view of energetic and exergetic efficiency. A following selection was made by means of a simplified economic analysis, in order to determine the investment cost and profitability of the plant, along with the LCOE. Subsequently , using a simplified model of the fluid dynamics of the well, we conducted an analysis aimed to evaluate the reaction of the most profitable plants to different values of lift gas and geothermal fluid flows. Then, we considered the use of an ESP as endogenous fluid pumping technique, instead of gas-lifting; different combinations of power plants and organic fluids were simulated, defining the best one. From the obtained results, we claim that the ESP plants ensure greater energetic efficiency; so, we can state that gas-lifting is not competitive compared to ESP. However, we must not neglect that gas-lifting solves many technical problems related to the implementation of ESP, including expensive maintenance costs, low reliability, high complexity of installation and difficult management. In geothermal sites in which these factors weigh in a consistent way (as in this case study ), gas-lifting proves to be a viable alternative , technically feasible and economically profitable.

Il presente lavoro, che rientra in un contratto a progetto stipulato tra il Politecnico di Milano e la società Sorgenia S.p.a., è stato condotto con l’intenzione di valutare lo sfruttamento di una sorgente a media entalpia a liquido dominante, situata in prossimità del Monte Amiata (Toscana). Visti i livelli termici rilevati in situ, si studia la fattibilità energetica ed economica di un impianto geotermico binario ORC con emungimento del fluido endogeno mediante gas lift a CO2. Questa tecnica, di derivazione Oil&Gas, è stata proposta direttamente dal committente. Si sono valutate diverse tipologie impiantistiche con differenti fluidi organici di lavoro; fra queste, sono state selezionate quelle più performanti dal punto di vista energetico ed exergetico. Un’ ulteriore selezione è stata fatta mediante un’ analisi economica semplificata, volta a determinare il costo d’investimento e la redditività d’impianto, insieme al LCOE. In seguito, proponendo un modello semplificato della fluidodinamica del pozzo, si è condotta un’ analisi finalizzata a valutare la risposta degli impianti economicamente più promettenti al variare della portata di lift gas e di fluido geotermico prodotto. Infine, si è considerata l’implementazione di una pompa ESP per l’emungimento del fluido endogeno, alternativa al gas lift; anche in questo caso, si sono vagliate diverse tipologie impiantistiche con differenti fluidi organici, definendone l’ottimo energetico. Dai risultati ottenuti, si conclude che l’emungimento tramite ESP garantisce performance energetiche d’impianto maggiori; si può dunque affermare che il gas lift non sia competitivo rispetto all’utilizzo di una ESP. Tuttavia, non bisogna trascurare che il gas lift risolve numerose problematiche tecniche correlate all’implementazione di una ESP, tra cui manutenzioni costose, affidabilità bassa e complessità di installazione e gestione. In siti geotermici in cui questi fattori pesano in modo consistente (come quello in analisi), il gas lift si dimostra una valida alternativa, tecnicamente fattibile ed economicamente remunerativa.