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Centrali termoelettriche

Una centrale termoelettrica è un impianto per la produzione di energia elettrica tramite la combustione di petrolio, carbone o gas. Essa è divisa in più elementi essenziali: la caldaia, la turbina, l'alternatore, bruciatore e l'impianto di raffreddamento. Il combustibile, bruciato all'interno della caldaia, produce energia termica che trasforma l'acqua in vapore. Quest'ultimo, fortemente surriscaldato, va ad agire sulle palette della turbina la quale trasforma l'energia potenziale del vapore in energia meccanica; questa viene ceduta all'alternatore che provvede a trasformarla in energia elettrica in media tensione. Il livello di tensione viene innalzato dai trasformatori che collegano la centrale alla rete di alta tensione. Il vapore, dopo aver ceduto il suo contenuto energetico alla turbina, viene scaricato dalla stessa e raccolto dentro il condensatore, all'interno del quale, per mezzo dell'acqua di raffreddamento proveniente dall'esterno, viene ritrasformato in acqua e quindi ricondotto in caldaia attraverso la pompa di alimento per ripetere un nuovo ciclo. In un impianto termoelettrico convenzionale solo il 38% circa dell'energia termica liberata dalla combustione nella caldaia viene convertita in energia elettrica. Il restante 62% viene utilizzato nelle successive conversioni dell'energia (da chimica a termica, da termica a meccanica, da meccanica a elettrica) e come calore residuo dei fumi della ciminiera e del vapore avviato alla condensazione e recuperato come acqua calda da rimandare alla caldaia per un nuovo ciclo. L'energia elettrica prodotta e immessa in rete viene trasportata, per mezzo di opportuni elettrodotti, alle stazioni di trasformazione dove altri trasformatori la rendono disponibile alle richieste delle varie utenze.

Un'evoluzione è rappresentata dalle centrali a ciclo combinato: il gas viene bruciato in una turbina a gas che, collegata ad un alternatore, produce elettricità. I gas di scarico della turbina, estremamente caldi, vengono a loro volta utilizzati per scaldare acqua ed il vapore così ottenuto è usato in una turbina a vapore come in una centrale termoelettrica tradizionale, generando altra elettricità. Questo genere di centrali termoelettriche ha un rendimento elettrico estremamente elevato e comunque maggiore di quelle tradizionali, arrivando a sfiorare anche il 60% di resa.
Attualmente in Italia sono in attività diverse centrali. La più importante d'Italia per dimensioni, ma ad oggi poco sfruttata a causa dell'elevato costo del kilowattora prodotto, è la Centrale termoelettrica Alessandro Volta a Montalto di Castro, con 3600 MW di potenza. Una delle più importanti è quella di Porto Tolle, in provincia di Rovigo, situata sul delta del Po. Più piccola e di alcuni decenni più vecchia è la Centrale Marzocco a Livorno. Molto importante è anche l'impianto di Turbigo , con una produzione di 1770 MW. Da non dimenticare la centrale a carbone di Cerano a Brindisi, una delle più grandi d’Italia.

Da segnalare anche la centrale termoelettrica (carbone e turbogas) di Vado Ligure, che a breve verrà ampliata, e sarà destinata a diventare la più importante del Nord Italia.

L’utilizzo delle centrali termoelettriche per la produzione di energia elettrica presenta però vantaggi e svantaggi: usando come combustibile il petrolio o il carbone esse favoriscono lo sviluppo dell’ effetto serra. Mentre i principali vantaggi consistono nella erogazione di grande potenza, perché i loro impianti termici danno il massimo rendimento energetico.

Il petrolio
Il petrolio è una miscela naturale di idrocarburi (soprattutto carbonio e idrogeno) estratta dai giacimenti che si trovano nella crosta terrestre, a una profondità generalmente compresa tra poche decine e diverse migliaia di metri. Il petrolio Si forma sotto la superficie terrestre per decomposizione di organismi marini e di piante che crescono sui fondali oceanici. La formazione del petrolio è un fenomeno iniziato molti milioni di anni fa, quando esisteva un'abbondante fauna marina, e che continua ancora oggi. I sedimenti depositati sul fondo degli oceani, accrescendo il loro spessore e dunque il loro peso, sprofondano nel fondale marino; a mano a mano che altri sedimenti si accumulano, la pressione su quelli sottostanti aumenta considerevolmente e la temperatura si alza di diverse centinaia di gradi.

Il fango e la sabbia si induriscono trasformandosi in argillite e arenaria, il carbonio precipita, le conchiglie si induriscono trasformandosi in calcare, mentre i resti degli organismi morti si trasformano in sostanze più semplici composte da carbonio e idrogeno, gli idrocarburi appunto, per dare origine al petrolio greggio e al gas naturale. Il petrolio ha densità minore dell'acqua salmastra che riempie gli interstizi dell'argillite, della sabbia e delle rocce di carbonati che costituiscono la crosta terrestre: tende dunque a risalire verso la superficie, passando dai microscopici pori dei più grossi sedimenti sovrastanti. E' così che sbocca spontaneamente dalla superficie terrestre. Viene portato alla superficie dalla pressione dei gas sotterranei o mediante pompe; viene poi raccolto in serbatoi e trasportato per mezzo di oleodotti o petroliere nei luoghi di lavorazione. Una volta estratto, il petrolio viene trattato con sostanze chimiche e calore, per eliminare l'acqua e le particelle solide in esso contenute, e per separare il gas naturale residuo. Viene poi immagazzinato in serbatoi di smistamento, da dove viene trasportato alle raffinerie mediante tubazioni continue (oleodotti), o con navi opportunamente attrezzate (navi cisterna, o petroliere), o con speciali autoveicoli (autocisterne) e carri ferroviari (carri cisterna). A questo punto il petrolio grezzo viene riscaldato in una fornace ad alta temperatura fino ad essere portato al punto di ebollizione. Questa fase di lavorazione del petrolio è detta "distillazione frazionata". Tramite la distillazione frazionata si estraggono dal greggio i principali "tagli" gassosi, liquidi o semisolidi sfruttando il diverso intervallo delle temperature di distillazione. Ad esempio, la benzina ha un punto di ebollizione finale intorno a 200°C. Il gasolio, invece, ha un intervallo di ebollizione a 350° C. Tra questi estremi si colloca il cherosene con un punto di ebollizione compreso fra 175 e 275 °C. Oltre ai diversi carburanti la distillazione frazionata permette di recuperare gas e oli residui, dai quali si ottengono rispettivamente il gas GPL ed i bitumi.
La distillazione frazionata ha luogo in una torre di frazionamento composta da colonna di distillazione contenente un numero di piatti, posti a diverse altezze in base a distinti punti di ebollizione, da cui fuoriescono i tagli petroliferi. Sui piatti in cima alla colonna si depositano gli idrocarburi più leggeri (gas), sui piatti inferiori gli idrocarburi più pesanti. Sul fondo si raccolgono i residui della distillazione. Ogni piatto ha dei fori che consentono il passaggio delle frazioni da un piatto all'altro.

I tagli ottenuti dal processo di distillazione frazionata sono successivamente avviati verso specifiche filiere di lavorazione e raffinazione per ulteriori lavorazioni. Il prodotto intermedio viene lavorato (raffinato) nelle relative filiere a valle, fino all'ottenimento del prodotto finale (es. benzina, GPL, olefine, paraffine, cherosene, gasolio, olio combustibile, lubrificanti, cere, bitumi e coke).

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