Caratterizzazione del reservoir e dimensionamento di un sistema di geoscambio per alimentare una pompa di calore innovativa a CO2

Cliente: Nuovo Pignone, GE
Luogo: Balanzano (Perugia), Italy
Data: 2012
Lo studio mirava a valutare la possibilità di utilizzare un sistema di geoscambio per soddisfare il fabbisogno termico invernale di un impianto a pompa di calore a ciclo transcritico (fluido refrigerante CO2), inserita all’interno di una stazione di riduzione gas metano.

Obiettivi

co2hp

Ciclo della pompa di calore transcritica

  • Fattibilità tecnica dei sistemi di geoscambio connessi a pompa di calore transcritica;
  • Ottimizzazione del sistema nelle diverse condizioni di funzionamento:
    i. Sola estrazione di calore
    ii. Estrazione e reiniezione di calore.

Aspetti innovativi

Accoppiamento di geoscambiatore con pompa di calore innovativa a ciclo transcritico

Attività svolte

  1. Caratterizzazione geologica ed idrogeologica del sito.
  2. Modello geostatistico della conduttività termica del reservoir geotermico.
  3. Identificazione dei sistemi di geoscambio utilizzabili e progettazione del campo geotermico
  4. Simulazione numerica del flusso termico e verifica delle soluzioni analitiche.
  5. Analisi di sensitività delle diverse soluzioni esaminate
  6. Analisi economico-finanziaria

Dati tecnici

Regime di funzionamento: invernale

Potenza termica all’evaporatore: 332 kW

Portata: 62 m3/h

Temperatura di ingresso nel sistema di geoscambio: 3°C

Temperatura di uscita nel sistema di geoscambio: 8°C

Risultati

Sistema di geoscambio a circuito chiuso costituito da 200 sonde geotermiche verticali profonde 150 m e spaziate 6 m l’una dall’altra.

Fattibilità tecnica

La simulazione numerica ha mostrato che la temperatura di ingresso richiesta dalla pompa di calore a ciclo transcritico (>= 3°C) non può essere fornita dal sistema di geoscambio per tutto il periodo di funzionamento.
È stata quindi studiata una soluzione alternativa con ricarica di calore nel periodo estivo, tramite iniezione del calore residuo dall’impianto di riduzione del gas metano. Ciò produce un aumento della temperatura nell’intorno delle sonde pari a 0,5 °C rispetto alla prima soluzione, garantendo il funzionamento della pompa di calore durante tutto il periodo invernale.

Comportamento termico della soluzione 2

Picture1

Temperatura superficiale del terreno dopo 145 giorni di estrazione