Simulazione Termofluidodinamica di Sistemi Geotermici a Circuito Chiuso

Geothermal energy stands as one of the most reliable and sustainable solutions for the global energy transition. Its ability to provide continuous, low-emission power generation, unaffected by weather or daily cycles, makes it an essential component of a resilient and decarbonised energy mix. Among the various renewable technolo- gies, geothermal systems uniquely combine stability, efficiency, and environmental compatibility, offering a long-term pathway toward carbon neutrality. The thesis was developed following an internship at Saipem S.p.A.’s Fano branch, within the FlowAssurancedivision.Saipemisagloballeaderinengineeringandconstructionfor the energy and infrastructure sectors, and one of the pillars of its energy transition strategy is geothermal energy. This initiative forms part of the company’s broader commitment to supporting national and European geothermal energy development. It focuses on the thermo-fluid dynamic analysis of a closed-loop geothermal system applied to the Villafortuna–Trecate field in northern Italy. Through advanced nu- merical simulations carried out using professional-grade CFD software, the study investigates the system’s performance under varying design and operating condi- tions, evaluating different technical solutions aimed at improving heat extraction efficiency and overall system reliability. Particular attention is devoted to the op- timisation of well configuration, working fluids, and surface pipeline arrangements, assessing their influence on thermal exchange, mechanical stresses, and energy con- versionpotential. Thefindingsdemonstratethatclosed-loopgeothermalsystemscan achieve high levels of thermal stability and efficiency while minimising environmen- tal impact. The research confirms the strategic relevance of geothermal technologies, especially innovative closed-loop configurations, as a key instrument for sustainable energy development and the diversification of future power generation systems.

L’energia geotermica rappresenta una delle soluzioni più affidabili e sostenibili per la transizione energetica globale. La sua capacità di fornire energia continua a basse emissioni, indipendentemente dalle condizioni meteorologiche e dai cicli giornalieri, la rende un elemento chiave di un mix energetico resiliente e decarbonizzato. Tra le fonti rinnovabili, i sistemi geotermici si distinguono per stabilità, efficienza e compatibilità ambientale, offrendo una prospettiva di lungo periodo verso la neutralità carbonica. La presente tesi è stata sviluppata nell’ambito di un tirocinio presso la sede di Fano di Saipem S.p.A., all’interno della divisione Flow Assurance. Saipem è un leader globale nell’ingegneria e costruzione per i settori energia e infrastrutture, e l’energia geotermica costituisce uno dei pilastri della sua strategia di transizione energetica, in linea con gli obiettivi nazionali ed europei. Il lavoro si concentra sull’analisi termo-fluidodinamica di un sistema geotermico a circuito chiuso applicato al giacimento di Villafortuna–Trecate, nel nord Italia. Mediante simulazioni numeriche avanzate condotte con software CFD professionali, vengono studiate le prestazioni del sistema in diverse condizioni progettuali e operative, valutando soluzioni tecniche volte a migliorare l’efficienza di estrazione del calore e l’affidabilità complessiva dell’impianto. Particolare attenzione è rivolta all’ottimizzazione della configurazione dei pozzi, dei fluidi di lavoro e delle linee di superficie, analizzandone l’impatto sullo scambio termico, sulle sollecitazioni meccaniche e sul potenziale di conversione energetica.