Le tecnologie di superficie per la conversione del calore geotermico in energia elettrica

Analogamente a quanto avvenuto per le tecnologie di esplorazione e di realizzazione dei pozzi geotermici, che negli ultimi decenni sono state interessate da diverse evoluzioni tecnologiche per migliorarne efficacia, costi e tempi di esecuzione, anche le tecnologie di superficie hanno conosciuto uno sviluppo simile.

In particolare, l’ingegneria delle centrali per la produzione di energia elettrica da risorse geotermiche ha visto un’evoluzione verso impianti di nuova generazione, a impatto ambientale sempre più ridotto, oltre che più flessibili e adattabili a differenti risorse e contesti.

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Dalle centrali a vapore ai sistemi ORC a ciclo binario

Le centrali geotermiche a vapore sono state per molti anni la tecnologia di riferimento per lo sfruttamento dell’energia geotermica, ma negli ultimi quindici anni le centrali binarie a ciclo chiuso, note anche come ORC (Organic Rankine Cycle), hanno rappresentato la maggior parte delle nuove installazioni.

Nelle centrali geotermiche a ciclo binario, il vapore o il liquido geotermico non entrano direttamente nella turbina, come avviene negli impianti a vapore tradizionali. Il loro calore viene invece trasferito, tramite uno scambiatore, a un secondo fluido contenuto in un circuito chiuso, da cui deriva il termine “binario”. Riscaldandosi, il fluido secondario evapora e aziona la turbina che genera energia elettrica. Questa configurazione consente di isolare la turbina dal fluido geotermico, riducendone l’usura, aumentando l’affidabilità operativa e garantendo una maggiore vita utile dell’impianto, con minori esigenze di manutenzione.

Ciclo binario: zero emissioni, reiniezione e nessun consumo idrico

Le centrali a ciclo binario, oltre a essere la tecnologia più efficace per convertire in energia elettrica risorse geotermiche a basse e medie temperature, rappresentano anche la soluzione più sostenibile dal punto di vista ambientale. Grazie ad un circuito chiuso, consentono infatti di eliminare qualsiasi emissione in atmosfera. Dopo aver ceduto il proprio calore, il fluido geotermico viene completamente reiniettato nel sottosuolo, preservando la risorsa e evitando qualsiasi dispersione nell’ambiente. Questo approccio garantisce una produzione di energia elettrica rinnovabile, efficiente e rispettosa dell’ecosistema.

Le centrali ORC, inoltre, presentano un importante vantaggio rispetto agli impianti a vapore: possono operare anche utilizzando condensatori ad aria, eliminando quindi qualsiasi consumo idrico per il loro funzionamento. Un ulteriore motivo per cui questi sistemi rappresentano sempre più spesso la soluzione ambientalmente preferita.

ORC più efficienti: le innovazioni di Exergy International

Tra i fornitori di impianti a ciclo chiuso binario, Exergy International, con headquarter a Olgiate Olona, vicino a Varese, è tra i membri fondatori di Rete Geotermica e rappresenta oggi uno dei principali operatori internazionali del settore, con circa 550 MWe installati in geotermia. L’azienda ha contribuito all’evoluzione delle tecnologie ORC introducendo innovazioni che hanno reso più efficiente lo sfruttamento delle risorse geotermiche a basse e medie temperature, come la turbina Radiale centrifuga (Outflow). Questa turbina, grazie al suo design radiale, consente di massimizzare l’efficienza di conversione dell’energia termica del fluido, semplificarne la manutenzione e ridurne i tempi di fermo impianto, e diminuire conseguentemente anche i costi operativi. La tecnologia di Exergy è oggi protetta da oltre 100 brevetti in più di 20 Paesi nel mondo.

Grazie all’elevata efficienza, al design compatto e alle ridotte esigenze di manutenzione, la turbina radiale sviluppata da Exergy si è affermata come una soluzione ideale per le applicazioni geotermiche. In circa dieci anni l’azienda ha progettato e installato oltre 50 turbine geotermiche in 34 impianti in tutto il mondo.

Impianti sempre più grandi e turbine di maggiore capacità

La costante crescita delle installazioni di centrali geotermiche binarie ha portato a una continua evoluzione nel design degli impianti. Le taglie sono aumentate progressivamente, passando da turbine che mediamente erano di 10-15 MWe fino a qualche anno fa ad impianti con unità fino a 30 MW ciascuna in progetti più recenti.

Questa evoluzione delle taglie degli impianti e delle turbine è stata al centro anche della crescita di Exergy. Il primo impianto ORC binario installato dall’azienda, nel 2012 a Bagnore, in Toscana, per Enel Green Power, utilizzava una turbina Radiale da 1 MWe per recuperare il calore residuo di vapore di una risorsa geotermica già impiegata in un impianto a vapore e ad oggi rappresenta l’unico esempio di impianto geotermico binario operativo in Italia.

Dalla prima installazione da 1 MW, la capacità elettrica degli impianti realizzati da Exergy è cresciuta costantemente. Nel 2025 l’azienda ha avviato in Turchia, nella regione di Aydin, un impianto da 33 MW per il cliente Maren Maraş Elektrik Üretim.

Gemini: fino a 60 MW con una sola turbina

L’avvento dei nuovi sistemi di realizzazione dei pozzi con tecnologie geotermiche di nuova generazione EGS e AGS sta spingendo l’evoluzione delle centrali verso scale di impianto ancora superiori. Per rispondere all’evoluzione del mercato e alla crescente domanda di efficienza, aziende come Exergy hanno investito nello sviluppo di turbine e impianti sempre più potenti e performanti. L’obiettivo è generare una maggiore quantità di energia con un numero inferiore di macchine, ottimizzando gli investimenti, riducendo l’impronta ambientale complessiva e massimizzando il valore delle risorse geotermiche disponibili.

Da questa esigenza è nata Gemini, la turbina lanciata da Exergy nel 2025 per rispondere alla crescente domanda di impianti di grande scala. Gemini rappresenta un’evoluzione della turbina Radiale Outflow, che mantiene il design radiale centrifugo, e consente di raggiungere fino a 60 MW di potenza con una singola unità. In questo modo garantisce le prestazioni della tecnologia Exergy contenendo al tempo stesso l’occupazione di spazio, il numero di componenti installati ed i costi complessivi dell’impianto.

La turbina Gemini rappresenta una concreta testimonianza dell’impegno continuo di Exergy nell’innovazione tecnologica, sostenuto da costanti investimenti in Ricerca e Sviluppo. Oltre all’evoluzione della turbina, l’azienda lavora costantemente a soluzioni per ottimizzare il proprio ciclo ORC, sviluppando nuovi fluidi di lavoro, perfezionando il design degli impianti e realizzando soluzioni integrate per una produzione sempre più efficiente di energia pulita da fonti rinnovabili.

Esempi di applicazione di centrali geotermiche binarie nel mondo

I sistemi ORC binari sono particolarmente efficienti per la generazione elettrica da risorse geotermiche a bassa e media entalpia, sia allo stato liquido, come “brine”, sia sotto forma di vapore geotermico. Possono inoltre adattarsi a differenti condizioni operative e all’evoluzione della risorsa nel corso del tempo. La flessibilità di questa tecnologia riguarda anche la possibilità di applicazione nei sistemi geotermici di nuova generazione EGS e AGS, negli impianti integrati per l’estrazione del litio e nei progetti di recupero del calore residuo dalle risorse geotermiche delle centrali tradizionali a vapore. Quest’ultima applicazione permette di generare elettricità aggiuntiva recuperando energia termica non utilizzata nella brina geotermica, ottimizzando la capacità produttiva del campo senza la necessità di realizzare nuovi pozzi. 

United Downs, UK: energia geotermica ed estrazione del litio

Exergy ha realizzato centrali geotermiche in ciascuno di questi ambiti, dimostrando la flessibilità e l’elevata efficienza della tecnologia ORC in contesti operativi differenti. Una delle realizzazioni più significative è rappresentato dal recente avviamento, del primo impianto geotermico profondo integrato del Regno Unito, che consente la generazione di 3 MW di elettricità e alimenta contemporaneamente il processo di estrazione del litio dalla brina geotermica.

L’impianto, situato a United Downs, in Cornovaglia, è un sistema EGS di nuova generazione che estrae il calore dalle rocce granitiche attraverso un pozzo profondo 5 km, il più profondo del Regno Unito. Dall’avvio delle attività, il progetto di estrazione del litio prevede una produzione iniziale di 100 tonnellate all’anno, con l’obiettivo di raggiungere le 18.000 tonnellate annue nel prossimo decennio per supportare la produzione domestica di batterie. L’energia elettrica prodotta dalla centrale ORC, fornita e costruita da Exergy, alimenterà inoltre il fabbisogno residenziale di circa 10.000 abitazioni.

Mahanagdong, Filippine: nuova energia dal recupero del calore nel brine geotermico

Un esempio rilevante di recupero energetico dalla brina geotermica proveniente da centrali a vapore è stato realizzato da Exergy nelle Filippine per Energy Development Corporation (EDC).

La centrale binaria di Mahanagdong recupera il calore residuo del brine inutilizzato in un impianto flash sull’isola di Leyte, nell’arcipelago delle Visayas, generando 28 MW di elettricità aggiuntiva e aumentando la produttività del campo geotermico senza la necessità di scavare nuovi pozzi o utilizzare nuove risorse.

Ribeira Grande: la geotermia al servizio dell’indipendenza energetica delle Azzorre

Tra i progetti attualmente in costruzione da Exergy vi è la centrale elettrica di Ribeira Grande, nell’isola di São Miguel, nell’arcipelago delle Azzorre. La centrale sostituirà due impianti ORC esistenti da 2.5 MW risalenti agli anni Novanta, con un unico nuovo impianto di nuova generazione, più efficiente, da 5 MW elettrici.

In questo progetto, così come in quello di United Downs, Exergy ha gestito l’intera realizzazione, dalla progettazione e ingegneria dell’impianto fino alla costruzione della centrale. Per São Miguel si è occupata anche della realizzazione dei sistemi di raccolta del fluido geotermico dai pozzi.

L’estensione dei servizi di Exergy anche alla fase di costruzione rappresenta un’ulteriore evoluzione che sta interessando il mercato delle tecnologie di superficie. I fornitori di tecnologie per centrali elettriche stanno infatti ampliando la propria offerta verso soluzioni chiavi in mano che includono anche la costruzione degli impianti. Questa trasformazione punta a semplificare la realizzazione dei progetti e accelerarne i tempi grazie alla presenza di un unico interlocutore.

Un settore in continua evoluzione

Con i miglioramenti tecnologici e il crescente interesse di governi e investitori, la geotermia sta assumendo un ruolo sempre più centrale nelle politiche energetiche. Questo consentirà alle tecnologie geotermiche per la generazione elettrica di continuare a evolversi. L’obiettivo sarà incrementare le prestazioni degli impianti, ridurne i costi, ottimizzare la supply chain attraverso economie di scala nei grandi progetti EGS, ridurre ulteriormente l’occupazione del suolo e limitare l’impatto sul territorio.

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Con oltre 550 MW geotermici realizzati a livello internazionale, capacità di esecuzione EPC e un’offerta di impianti ORC con le turbine tra le più potenti oggi disponibili sul mercato, Exergy è oggi tra gli attori che stanno contribuendo a definire l’evoluzione delle tecnologie di superficie per la geotermia. L’esperienza maturata in progetti di diversa scala e complessità, unita a un costante impegno in ricerca e sviluppo, consente all’azienda di accompagnare la crescita della geotermia tradizionale e dei nuovi sistemi EGS e AGS, rendendo disponibile una generazione elettrica sempre più efficiente, sostenibile e competitiva.

In questo contesto, l’Italia continua a essere protagonista dell’innovazione geotermica a livello internazionale e aziende come Exergy rappresentano un esempio concreto delle competenze tecnologiche e industriali espresse dalla filiera nazionale, rappresentata da Rete Geotermica.