Centrale termoelettrica

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La centrale termoelettrica a carbone genera 900 MW di energia utilizzando vapore d'acqua surriscaldato a 550°C. Si analizzano il consumo di carbone e la portata d'acqua per il raffreddamento, garantendo efficienza e rispetto ambientale.

Concetti Chiave

  • La centrale termoelettrica a carbone produce 9*10^8 W di potenza utilizzando vapore d'acqua surriscaldato a 550°C.
  • Per garantire la salvaguardia ambientale, l'acqua di raffreddamento non può superare un incremento di temperatura di 3°C.
  • Il rendimento della centrale è del 60% del massimo rendimento teorico consentito dalle leggi della termodinamica.
  • La quantità di carbone necessaria è di 73.9 kg/s, equivalente a 266 tonnellate all'ora.
  • La portata minima del fiume necessaria per il funzionamento della centrale è di 113 tonnellate al secondo.

{etRating 5}Una centrale termoelettrica a carbone, che fornisce una potenza di 9*10^8 W, utilizza come fluido termodinamico vapore d'acqua surriscaldato immesso nelle turbine alla temperatura di 550°C. La centrale viene raffreddata con acqua di un fiume che entra nell'impianto alla temperatura di 15°C. Per motivi di salvaguardia ambientale l'incremento della temperatura dell'acqua non può essere superiore ai 3 °C. Assumendo che il rendimento della centrale elettrica sia il 60% del massimo rendimento che le leggi della termodinamica consentono, si calcoli:

a) la quantità  di carbone che dev'essere bruciata ogni ora

b) la minima portata del fiume che consente il funzionamento della centrale. (Il potere calorico del carbone è 7500 kcal/kg"

La potenza può essere espressa come:

[math]P=m_hEeta[/math]
(*)

[math]m_h[/math]
= portata massica di carbone (kg/s)

[math]E[/math]
=potere calorifico del carbone
[math]=7500(Kcal)/(kg)=31.4 \cdot 10^6 J/(kg)[/math]

[math]eta[/math]
=rendimento totale

[math]eta=eta_( ext(carnot))eta_ ext(centrale)[/math]

[math]eta_( ext(carnot))[/math]
è il rendimento di carnot=
[math]1-T_(min )/T_(max)[/math]
[T espresse in K]

[math]T_(min )[/math]
=minima temperatura raggiunta dal fluido operante (vapore).

Dato il carattere elementare del problema, si assuma

[math]T_(min )=T_(FU)[/math]
, dove
[math]T_(FU)[/math]
è la temperatura a cui l'acqua del fiume viene riemessa.

Dai dati si evince che

[math]T_(FU)=15+3=18 C[/math]
. (con
[math]C[/math]
si intende l'unità  di misura celsius).

[math]T_(max)[/math]
è la massima temperatura raggiunta dal vapore (550°C), pertanto il rendimento di carnot risulta essere

[math]eta_( ext(carnot))=1-(273+18)/(273+550)=0.646[/math]

e

[math]eta=0.646 \cdot 0.6=0.388[/math]
.

Invertendo la formula (*) si ottiene:

[math]m_h=P/(Eeta)=73.9kg/s=266 ext(Tonn/h)[/math]

La potenza totale sviluppata è pari a

[math]P_( ext( ot))=m_hE[/math]
, o equivalentemente
[math]P_( ext( ot))=P/eta[/math]
. Il calore che non viene utilizzato per produrre potenza, viene dissipato.

[math]Q_h=(1-eta)P_( ext( ot))=(1-eta)/etaP=1.42cdot10^9 W[/math]

Supponendo che l'acqua del fiume sia l'unico mezzo dissipante, e ricordando che il calore specifico dell'acqua è pari a

[math]1(Kcal)/(kg)=4186J/(kg)[/math]
, si ottiene:

[math]Q=m_(H_2O)cDeltaT => m_(H_2O)=Q/(cDeltaT)=(1.42cdot10^9)/(4186cdot3)=113 ext(Tonn/s)=113m^3/s[/math]

FINE

Studia con la mappa concettuale

Domande da interrogazione

  1. Qual è la potenza fornita dalla centrale termoelettrica a carbone?

    2. La centrale termoelettrica a carbone fornisce una potenza di 9*10^8 W.

  2. Qual è il rendimento della centrale elettrica e come viene calcolato?

    3. Il rendimento della centrale elettrica è del 60% del massimo rendimento consentito dalle leggi della termodinamica, calcolato come eta = eta_carnot * eta_centrale, risultando in eta = 0.646 * 0.6 = 0.388.

  3. Qual è la minima portata del fiume necessaria per il funzionamento della centrale?

    4. La minima portata del fiume necessaria per il funzionamento della centrale è di 113 tonnellate al secondo, equivalente a 113 m³/s.

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