Centrale termoelettrica

Produzione d’energia elettrica

La prima centrale per la produzione di energia elettrica, che risale al 1882, è stata costruita in America, a New York, ed esattamente in Pearl Street.

In Italia la prima centrale termoelettrica per la produzione dell’energia elettrica è stata costruita a Milano nel 1883 per l’illuminazione di Via Santa Redegonda: la potenza erogata era di 400 kW; successivamente, nel 1887, si ha la prima distribuzione di energia elettrica, alla tensione di 13,5 kW trifase, che collega Paderno D’Adda a Milano per una lunghezza complessiva di 32 km.

Successivamente, nel 1963, in Italia iniziò la produzione di energia elettronucleare. Tale produzione fu interrotta nel 1987 a seguito di un referendum popolare.

Nel 1962 fu costituito l’Ente Nazionale dell’Energia Elettrica (ENEL), che acquisì circa 1200 centrali sparse nel territorio italiano per la produzione d’energia elettrica.

Impianti con turbine a vapore

Nelle centrali termoelettriche con turbine a vapore il fluido compie un ciclo termico chiuso, che comprende idealmente le quattro trasformazioni termodinamiche tipiche del ciclo di Rankine:

• Compressione isobarica, a pressione costante, durante la quale il liquido evapora, passando da vapore umido a saturo secco e, infine, a vapore surriscaldato;
• Espansione adiabatica del vapore;
• Raffreddamento a pressione costante, durante il quale avviene la condensazione del vapore che, ritornando allo stato liquido, è in grado di ripetere il ciclo.

Le trasformazioni che avvengono realmente differiscono più o meno sensibilmente da quelle ideali; per esempio, l’espansione non è propriamente adiabatica in quanto, pur se veloce e in ambiente coibentato, c’è sempre una certa cessione di calore all’esterno.

Il funzionamento del ciclo acqua-vapore è il seguente: il combustibile viene bruciato, assieme a una certa quantità di aria comburente, dal bruciatore della caldaia, producendo il calore che determina la vaporizzazione dell’acqua inviata al generatore di vapore.

Si ottiene così vapore saturo secco che viene surriscaldato nel surriscaldatore S, che sfrutta l’energia termica dei fumi.

Il vapore saturo surriscaldato viene inviato nella turbina, all’interno della quale compie il lavoro di espansione e la sua temperatura e pressione diminuiscono.

Nel condensatore il vapore viene raffreddato in controcorrente dall’acqua di refrigerazione, posta in circolazione forzata dalla pompa PR.

Il condensato viene estratto dalla pompa PE e inviato a un degasatore che ne toglie l’ossigeno e l’anidride carbonica disciolti e infine, ormai allo stato liquido, viene rinviato nella caldaia dalla pompa di alimentazione.

Completano lo schema il preriscaldatore d’aria che, sfruttando il calore dei fumi, preriscalda l’aria comburente, l’alternatore coassiale alla turbina e il serbatoio dell’acqua d’integrazione, che serve a compensare le inevitabili perdite di liquido lungo il ciclo, variabili dallo 0,3% al 2%.

A tale proposito occorre osservare che, per ridurre le incrostazioni e le corrosioni, l’acqua d’integrazione deve essere depurata.

Il problema principale delle centrali termoelettriche è quello di ottenere il più alto valore possibile del rendimento complessivo della trasformazione, al quale concorrono il rendimento del ciclo termico, quello proprio della turbina e quello dell’alternatore.