Appunti di Impianti di produzione dell'energia elettrica

IMPIANTI DI PRODUZIONE DELL' ENERGIA ELETTRICA

Sezione A

1° Capitolo

"Fabbisogno energetico e ruolo della produzione elettrica"

• Legame tra consumo energetico e sviluppo economico
• Fonti energetiche e disponibilità
• Caratteristiche delle fonti fossili
• Su quale infrastruttura conviene agire?
  • Flessibilità al cambiamento della struttura esistente
  • Possibilità di vantaggi anche in altri settori energetici

2° Capitolo

"Pianificazione e gestione economica della produzione elettrica"

• Differenza tra pianificazione a lungo termine e gestione economica a breve termine
• Pianificazione a lungo termine
  • Aspetti tecnici ed economici coinvolti
  • Previsione del carico (metodi diretti, metodi indiretti)
  • Previsione del funzionamento del carico, durata di utilizzazione, diagramma di durata
  • Simulatore ottimo di un parco di produzione (Step 1, Step 2, Step 3)
  • Integrazione di gruppi non termoelettrici (impianti ad acqua fluente, a bacino e a serbatoio)
• Gestione economica a breve termine
  • Mercato monopolistico (caratterizzazione unità termoelettriche, bilanciamento economico, bilanciamento economico nel caso di 2 gruppi su singola barra)
  • Mercato competitivo (mercato spot)

3° Capitolo

"Tipologia delle centrali elettriche"

• Classificazione delle centrali
• Topologia elettrica di centrale
  • Configurazione centrali annesse a impianti industriali in MT (sistemi unico sbarra, sbarra di trasformazione, doppia sbarra, schema a 1 interruttore e ½)
  • Configurazione centrali collegate alla rete AT (sistemi con sbarra in MT, a normale rigido con trasformatore a 2 avvolgimenti)

I metodi indiretti nei paesi industrializzati, in realtà, vi è una stretta correlazione tra consumo di energia elettrica e sviluppo dell'economia.

La previsione del fabbisogno energetico può essere fatta secondo 2 metodi:

- Metodo basato sull'uso finale dell'energia, con cui la previsione viene effettuata in base all'intero processo utente.

W_i = P^*K

- Metodo basato sulla correlazione le serie storiche delle vendite di energia con indicatori macroeconomici, come la produzione nazionale l'anno anuro.

Valori tipici > 45-60%

Previsione nel picco

Promozione = Consumo + Perdite di rete + Accumulo

L'energia in forma elettrica non è accumulabile o meglio, non esistono attualmente sistemi di accumulo elettivo di taglio comparabile con il carico coinvolto.

P_max = pot. massima del carico

La previsione delle punte di carico viene generalmente detta massimale dei consumi di energia, utilizzano il fattore di carico Fc nel intervallo T:

F_c = ^P*/_Pmax = ^W/_Pmax*T

Andamento della richiesta in un intervallo giornaliero

h_u = ^W/_Pmax

Gestione economica a breve termine di un sistema di produzione

• Le procedure sono essenzialmente due:
• "Mercato monopolistico": sistema in cui un unico operatore svolge le funzioni di costo di controllo centrale, carico e presenta vincoli di trasporto.
• Mercato competitivo: si ha libero accesso alla rete da parte dei produttori e consumatori (domanda/offerta); il mercato è vincolato da un prezzo marginale (con equilibrio domanda/offerta).
• Con "programmazione a breve termine" si individua normalmente: creazione di impaccamento ovvero la discesa del carico totale in una rete tra i vari generatori in servizio in un determinato arco di tempo.

Localizzazione nelle unità termoelettriche

• Uno degli elementi di maggior interesse è la caratteristica di efficienza del complesso turbina-generatore (MG) per il rapporto tra potenza elettrica media in uscita dal generatore elettrico (MW) e l'energia chimica (Kcal) nel combustibile in ingresso al sistema.

Per l'evento centrale si può esaminare la funzione ingresso/uscita Fi(p).

Fi(p) = a + bp + c p² + dp³

Sapendo che il costo del combustibile Ci è espresso in [€/ Kcal], ottengo che il costo orario nella i-esima centrale è Ci [€/h] espresso in funzione della potenza netta prodotta P in [MW].

Ci = Ci Fi(p); α + β p + δp³ + εp⁴. [€/h]

Il costo orario di produzione rappresenta:

• Capitale investito
• Costi di manutenzione / dello smantellamento

Le derivate del costo orario elevato sono incrementi sopra il punto massimo e si correlano all'aumento del costo orario per produzione di un litro per un incremento del carburante con la potenza seguente:

• dP = 2 * 8 * P + 3 * P². [€/h]

- Il termine "centrale" deriva dal glossario dell'elettrotecnica, quando si usavano i sistemi in c.c., perché l’impianto di produzione veniva collegato in posizione baricentrica rispetto ai carichi utilizzatori per ridurre le perdite di distribuzione.

Classificazione delle centrali

• Centrali di produzione da fonti rinnovabili
  • Da fonte idraulica: centrali ad acqua fluente, a bacino e a serbatoio
  • Da fonte eolica: centrali eoliche
  • Da fonte solare: centrali fotovoltaiche, termodinamiche con produzione di vapore
  • Da biomassa: centrali elettriche a biomassa
  • Da geotermia: centrali geotermiche
  • Da moto ondoso: centrali a onde marine
• Centrali di produzione da fonti fossili
  • Da combustibili solidi (carboni): centrali termoelettriche a vapore
  • Da combustibili liquidi e gassosi (idrocarburi): centrali termoelettriche con turbina a vapore, turbogas e cicli combinati
  • Da combustibile nucleare: centrali termo-nucleari

Tipologia di centrale

Si possono distinguere a seconda che l'energia prodotta dall'impianto sia destinata agli impianti industriali (utilizzazione in loco) o immessa in rete di trasmissione ad alta pressione.

Le medio-piccole aziende elettriche

● Sistemi ad unica sbarra: la sbarra di un impianto semplice ed economica con l'inconveniente che il ricollegamento in uno dei telai in interruzione comporta, parzialmente o totalmente, la produzione.

● Sistemi con sbarre di traslazione: modificando lo stato dei sezionatori, l'interruzione tra le due sbarre può sostituirsi da uno qualsiasi negli altri interruttori. Si migliora sensibilmente "l’affidabilità dell’impianto".

Il deflusso in un determinato periodo T è l'integrale della portata derivato (in corrispondenza della sezione di raccolta)

Gli afflussi ad un bacino d'acqua vengono calcolati installando un certo numero di pluviometri nell'intero bacino idrografico.

• Per la determinazione degli afflussi si ricorre a 2 metodi:
• La rete pluviometrica è assimilabile ad una costruzione quadratica media.

Note Q_m, Q_n

1. Calcolo lo scarto quadratico medio per ogni anno, dal 1972 al 2002.
2. Sommando per ogni anno, dal 1972 al 2002, gli scarti quadratici medi.
3. L'anno in cui questa somma è minima è l'anno tipico.

Una volta determinato l'anno tipico, costruisco la curva di durata per lo studio di ogni impianto idroelettrico