Quanta CO2 si può recuperare dalla produzione geotermica mondiale a ciclo flash

Transcript

1 Quanta CO2 si può recuperare dalla produzione geotermica mondiale a ciclo flash Prof. Franco Donatini Università di Pisa, DESTEC Dipartimento dell Energia, dei Sistemi, del Territorio e delle Costruzioni ECOFUTURO 2018 Padova, 19 luglio 2018

2 Energia geotermica nella terra, potenzialmente utilizzabile: Una quantità enorme!!!! Sorgenti Idrotermali Profondità m Vapore secco ( C) Acqua pressurizzata ( C) Sorgenti Geo-pressurizzate Profondità m Acqua pressurizzata (1000 bar, 160 C) Sorgenti Petrotermiche Profondità > m Hot Dry Rock J (24 Gtep, pari a 240 GWe (IRENA) per un secolo, nell ipotesi del 6% di efficienza di conversione, media nel periodo) J J

3 Electric Power (GW) Prospettive di crescita della potenza installata al 2020 Un valore limitato rispetto alle potenzialità!!! Current Geothermal Power Capacity Potential Capacity Addition of Plants under Construction Potential Capacity Addition of Plants with Announced Completion Dates Year

4 Sviluppo e modalità di sfruttamento della risorsa geotermica Negli ultimi 20 anni si è avuta una rapida crescita dei cicli binari e degli impianti a flash. Questi ultimi rappresentano la tipologia prevalente a livello mondiale. La loro integrazione appare una soluzione di grande interesse energetico, economico e ambientale

5 Potenza e tipologia di impianti installati nelle varie aree del mondo (2015) Country Back Pressure (MW) Binary (MW) Double Flash (MW) Dry Steam (MW) Hybrid (MW) Single Flash (MW) Triple Flash (MW) Total (MW) Africa Asia Europe Latin America North America Oceania TOTAL

6 Ripartizione per potenza e numero di unità per tipologia di impianti (2015)

7 Emissioni specifiche di anidride carbonica dagli impianti geotermici: In certi casi è comparabile con quella degli impianti termici!!! GEA

8 Il concetto di uso combinato in geotermia Risorsa geotermica Ciclo Flash Potenza elettrica Ciclo ORC Integrazione del ciclo bottom con incremento di potenza fino al 35% Riduzione delle emissioni Riduzione del costo dell elettricità Temperatura di reiniezione > 70 C Teleriscaldamento Cogenerazione di calore fino a 4 volte la potenza elettrica Costi ed emissioni evitate delle fonti fossili negli usi termici

9 Perché Bottom ORC invece che Doppio Flash? Nell impianto ORC rispetto al Flash il problema della deposizione della Silice è molto ridotto per via dei ridotti tempi di permanenza del fluido geotermico nello scambiatore ORC, rispetto a quelli del separatore di vapore Nell impianto a Flash la Silice viene in parte trasportata nel vapore separato determinando un impatto significativo sulla manutenzione e sulla vita della turbina, mentre nell ORC la turbina è completamente confinata e quindi non risente dell impatto della brina Nell impianto ORC le emissione di CO2 sono nulle in quanto gli incondensabili sono completamente reiniettati nel sottosuolo, mentre nel Flash circa il 30% di questi fuoriesce all atmosfera

10 Incremento della produzione di elettricità mediante il ciclo bottom Gas extraction Compr./Ejector Steam Separator Steam Turbine GE Electric Generator1 Air Fan Steam Condenser CO Circulation Pump Cooling Tower EVA ECO ORC Turbine Feed Pump GE Steam Condenser Circulation Pump Electric Generator2 Dry Cooling Tower Air Fan Air Fan Air Fan Reinjection Pump

11 Produzione di calore per usi termici attraverso la cogenerazione Gas extraction Compr./Ejector Steam Separator Steam Turbine GE Electric Generator Air Fan CO Steam Condenser Circulation Pump Cooling Tower Heat Cogeneration UT1 UT2 UT3 UT4 Reinjection Pump

12 Cost Breakdown di un impianto geotermico ORC di media taglia (fonte Turboden)

13 Riduzione del costo dell elettricità mediante l integrazione con il ciclo ORC Ipotesi di analisi economica Ciclo Flash Ciclo Combinato Flash+ORC Potenza elettrica (MW) 1 1,35 Costo campo geotermico, incluso contingencies (k$/mw) Costo impianto Flash (k$/mw) Costo impianto Bottom ORC (k$/mw) 700 Costo totale (k$/mw) Costo annuo di esercizio e manuntenzione (k /MW/anno) Tasso di interesse 10% 10% Ore annue di funzionamento (ore/anno) Anni di vita del progetto Valutazione del costo medio livellato Ciclo Flash Ciclo Combinato Flash+ORC Riduzione costo di elettricità Quota investimento ( /MWh) Quota esercizio e manutenzione ( /MWh) Costo medio livellato ( /MWh) %

14 Risultati conseguibili L introduzione negli impianti a flash singolo di un ciclo bottom ORC consente una riduzione del costo dell elettricità del 14% e delle emissioni fino al 35% a parità di elettricità prodotta. Nel caso di applicazione all intero parco mondiale di impianti flash si avrebbe un incremento di circa 1800 MW (~14% della potenza geotermica totale installata nel mondo) a parità di risorsa geotermica sfruttata, cioè senza ulteriori perforazioni Nel caso si privilegi lo sfruttamento termico rispetto a quello elettrico, la cogenerazione applicata agli impianti flash consente di produrre una potenza termica di circa 4 volte quella elettrica, con possibilità di rispondere in maniera completamente autosufficiente al fabbisogno energetico di utenze presenti nei territori interessati.

15 Rispondiamo alla nostra domanda iniziale: Quanta CO2 si può recuperare dalla produzione geotermica a ciclo flash mondiale? Introduzione di un bottom tipo ORC all intero parco mondiale GEO ad unico flash - Incremento di energia elettrica 13 TWh - Minore produzione di CO2 6,5 Mt-CO2 Cogenerazione applicata all intero parco mondiale GEO ad unico flash - Recupero di energia termica 52 TWh - Minore produzione di CO2 10 Mt-CO2

16 Grazie per l attenzione!