Analisi delle performance del wellbore heat exchanger in differenti ambienti geotermici

The use of the geothermal energy is one of the possibilities to meet the need of finding new renewable energy sources with low emission of greenhouse gases. One of the most complex technical problems in the geothermal plants is the re-injection of the fluids after the extraction of the heat. This operation involves high economic costs and it is not always possible to re-inject the geothermal fluid at the same depth at which it was produced. An alternative can be the extraction of the heat without the production of geothermal fluids, using a heat exchanger inside the well, the WellBore Heat eXchanger (WBHX). The aim of this work is to verify with numerical simulations the possibility of applying the WBHX in different geothermal sites and lithologies with different thermal and physical properties, for equal operating modes. The final target is the identification of the most suitable geothermal environments to extract the energy with the WBHX. For this purpose, some existing geothermal sites suitable for the evaluation of the application of the wellbore heat exchanger have been selected. Starting from the results obtained for real cases, some synthetic cases have been made to evaluate how the site-specific characteristics condition the operation of the WBHX. A way of representing the operation capacity of the wellbore heat exchanger, independent by the geometrical and operative parameters, has been provided. These correlations were developed to become a tool for a preliminary estimate of the potential of the WBHX.

Uno dei problemi tecnici più complessi nelle centrali geotermiche è la re-iniezione dei fluidi una volta estratto il calore. Tale operazione comporta costi economici elevati e non sempre è possibile la re-iniezione allo stesso livello in cui è stato effettuato il prelievo. Una soluzione può essere l’estrazione del calore presente nel sottosuolo senza produzione di fluidi utilizzando uno scambiatore di calore inserito direttamente in pozzo, il WellBore Heat eXchanger (WBHX). Lo scopo di questo lavoro è verificare, per mezzo di simulazioni numeriche, la possibilità di utilizzo dello scambiatore in ambienti geotermici differenti e terreni dalle proprietà termiche e fisiche diverse, a parità di modalità operative. Il target finale è l’individuazione degli ambienti geotermici maggiormente favorevoli all’estrazione dell’energia con il WBHX. A tale scopo sono stati selezionati una serie di sistemi geotermici reali interessanti e a partire dai risultati ottenuti per i casi reali sono stati costruiti dei casi sintetici al fine di valutare come le caratteristiche sito-specifiche influenzino il funzionamento del WBHX. Infine è stata individuata una modalità di rappresentazione del funzionamento del WBHX indipendente dalle dimensioni del pozzo e dai parametri operativi, che potesse permettere una stima preliminare delle potenzialità di un pozzo geotermico.