Domande di esame frequenti con risposte ben argomentate di Pianificazione e gestione dell'energia

RITIRO DEI CV

I certificati Verdi rilasciati per le produzioni da fonti rinnovabili degli anni dal 2012 al

2015 - eventualmente eccedenti quelli necessari per il rispetto della quota d'obbligo

sono ritirati trimestralmente dal GSE ad un prezzo di ritiro pari al 78% del valore

risultante dalla differenza tra 180 €/MWh e il valore medio annuo del prezzo di

cessione dell'energia elettrica registrato nell'anno precedente e ARERA (prezzo di

offerta dei Certificati Verdi da parte del GSE definito dal comma 148 dell'articolo 2 della

Legge Finanziaria 2008). Il GSE ritira altresì i Certificati Verdi, rilasciati per le produzioni

dal 2012 al 2015, relativi agli impianti di cogenerazione abbinati a teleriscaldamento.

Profilo di domanda di energia elettrica nel nostro paese? Come si copre tale

richiesta?

Terna è un soggetto che ha funzioni nell’ambito del settore elettrico e sulla sua web-

page, la pagina d’ingresso del suo portale presenta ogni giorno una sorta di grafico

in cui in ascissa ci sono le ore giornaliere e in ordinata la potenza, in cui una curva

(verde) indica la domanda prevista e su base di aggiornamento di 15 minuti una

curva che dice quanto effettivamente in Italia si sta assorbendo in termini di potenza

nelle varie ore della giornata. Queste due curve sono molto vicine e ciò significa che

la domanda elettrica su base nazionale è prevedibile in maniera abbastanza

affidabili in conformità a dati storici.

Se si guarda il profilo odierno, solitamente presenta una valle notturna di domanda,

spesso un picco in prossimità delle 12 circa, con un secondo piccolo picco

pomeridiano (più basso del primo) verso le 16-17. Il picco della domanda vale circa

40 GW mentre il minimo giornaliero vale circa 26 GW.

Se invece si valuta un grafico annuo dell’assorbimento di potenza, si ottiene:

In cui sono presenti due curve a forma di sinusoide che rappresentano l’iniviluppo

dei picchi giornalieri su tutto l’anno (quella superiore) e l’inviluppo delle valli

giornalieri su tutto l’anno. Gli andamenti sono sinusoidali perché si alternano periodi

in cui è richiesta più energia (tipicamente i periodi caldi e freddi) e periodi in cui è

richiesta meno energia (tipicamente primavera e autunno).

Questo grafico ci indica che sotto i 20 GW in pratica non si scende mai, cioè per

tutto l’anno i minimi giornalieri di domanda risultano sempre attestarsi sopra i 20

GW in media; questo perché ci sono una miriade di utilizzatori dell’energia elettrica

industriali che operano con ciclo di assorbimento sulle 24 ore all’anno per sette

giorni settimanali.

L’area sottesa alla curva, cioè l’integrale della potenza su tutto l’anno, indica il

consumo elettrico italiano che è circa 300TWh. Calcolando l’area del rettangolo

sotteso alla curva di inviluppo delle valli giornaliere, cioè di base 8760h e altezza 20

GW, si ottiene una potenza di 175.2TWh che rappresenta il 60% del consumo

elettrico nazionale ed è il livello costante di domanda assicurato.

Per coprire questa base di fabbisogno di energia (20-22GW) bisogna sfruttare al

massimo gli impianti a più alta efficienza e con una buona capacità di regolazione

che funzionino in modo continuo, in particolare si parte con quegli impianti che

hanno un efficienza elevata e hanno una scarsa regolazione, mentre man mano che

andiamo a coprire i picchi entreranno in gioco tutti quegli impianti che hanno un

efficienza minore ma una capacità di regolazione maggiore.

Soddisfatta la domanda costante, bisogna esaudire la parte di domanda più alta e

fluttuante durante l’anno, quindi è necessario un impianto con una buona capacità

di regolazione per poter dare un contributo diverso alla copertura della domanda a

secondo se sono presenti incrementi o decrementi della domanda. Quindi l’ultimo

impianto che si utilizza nell’ora più critica dell’anno, sarà un impianto con un

rendimento inferiore (fà innalzare leggermente il costo) che potrà funzionare

soltanto in quell’ora di picco di domanda e rischia di rimanere senza lavorare per le

altre ore dell’anno.

L’efficienza è commisurata al consumo quindi a noi interessa che consumino poco gli

impianti che nel corso dell’anno lavorano più ore e quindi il beneficio dell’efficienza

si traduce in molta energia risparmiata e quindi vantaggio economico; per questo

motivo all’aumentare della domanda si usano via via impianti meno efficienti.

Mentre la potenza prelevata è più o meno predicibile, fra le variabili della potenza

immessa c’è ne sono alcune non prevedibili quali il rinnovabile di natura aleatoria

(solare ed eolico). Allora per assicurare un equilibrio, oltre a guardare la domanda

da parte degli utenti, gli impianti termoelettrici devono guardare anche quanto

stanno momentaneamente producendo gli impianti rinnovabili.

Quindi la domanda di energia elettrica nazionale viene coperta in ordine dalle

centrali che riescono a rispondere in maniera più efficiente senza il rischio che non

funzionano. Pertanto si parte dal ciclo combinato che si tiene in riserva calda (ci

copro il blocco di domanda base 20/22GW), poi si usa il turbogas (ci sta una

mezzoretta per accendersi) ed in fine Solare/Eolico/Biomasse e l’idroelettrico che

sono di natura aleatoria e dipendono da molte variabili tra cui condizioni meteo e

dalla piovosità)

Il ciclo combinato è costituito da un primo ciclo turbogas, i cui gas di scarico vengono

utilizzati in un HRSG (scambiatore di calore) per cedere calore ad acqua che andrà ad

alimentare un ciclo a vapore RANKINE.

Cosa si intende per riserva di sostituzione? Riserva Calda?

La centrale termoelettrica a vapore si basa sul funzionamento di ciclo Rankine in cui

si trovano una pompa, una caldaia, una turbina e un

condensatore. La pressione di condensazione e circa un

centesimo di bar e essendo che non si può scendere a

pressioni prossime allo zero perché si ha il vincolo del

pozzo a cui il condensatore cede calore sfruttando il ΔT tra

loro, pertanto la T non può essere più alta del vapore

pozzo

all’interno del condensatore.

Il condensatore che è l’organo più lento del ciclo perchè ci

vuole tempo affinchè si riesca a fare passare quell’unica

portata condensante tale che quel (mΔh) che il vapore vuole cedere all’acqua che si

riscalda di (Q = m2 Cp ΔT) funzioni perfettamente. Affinché man mano che aumenta

il vapore nella turbina è possibile farla condensare tutta per rimandarla alla pompa,

c’è bisogno che questo scambiatore, secondo le regole dello scambio termico, faccia

passare proprio la potenza termica necessaria a quella condensazione; allora

l’organo condensatore è l’organo vincolante dei transitori degli impianti a vapore

perché non basta cambiare la portata circolante in turbina per cambiare la potenza,

c’è bisogno anche che nel frattempo il salto termico al condensatore sappia evolvere

in modo da condensare quella stessa portata; cambiando l’angolo di incidenza di

ingresso del vapore nella turbina si è in grado con regolazione pressoché istantanea

di imporre questi salti termici e conseguenti salti di pressione mentre al

condensatore la regolazione non è istantanea per la presenza del transitorio e

questo va ad incidere sull’accensione di questi impianti termoelettrici a vapore.

Quindi si fa circolare all’interno dell’impianto a vapore una minima portata, che

serve per tenere attivo il condensatore ed evitare tempi molto lunghi di accensione

(circa 8 ore), in modo tali che funzioni come riserva calda e quindi possa trovarsi

pronto nel caso questo debba entrare in funzione.

Chiamiamo “riserva calda” gli impianti termici a vapore che hanno condizioni di più

pronto accesso alla regolazione in virtù del fatto che sono o funzionanti o talvolta si

fanno operare gli impianti con piccolissima portata, giusto per gli autoconsumi di

centrale.

Per riserva di sostituzione si intende, quindi, l’ordine che TERNA utilizza per la

priorità di interventi che devono aiutare la rete; Tale ordine viene stilato in base al

rischio di mancata risposta da parte dell’impianto, per cui un impianto di riserva

calda che è già acceso viene considerato rischio minimo di mancata risposta in

termini di protezione; l’impianto turbogas che deve partire da fermo può avere

qualche problematica nel momento di avviamento per cui viene considerato un po’

meno certo a livello di affidabilità ( in ogni caso non ha un condensatore e quindi il

problema del transitorio termico, pertanto i tempi di avviamento a freddo sono

brevi, circa mezz’ora); infine, essendo la produzione idroelettrica limitata

dall’afflusso di fluido, viene considerata un livello ancora più residuale di priorità di

contributo alla regolazione della rete.

Cosa ci dà il rapporto riserva su produzione quando si parla di giacimenti petroliferi?

La Riserva rappresenta la disponibilità di greggio tecnicamente ed economicamente

estraibile riferito ad un dato anno nei vari paesi. Negli ultimi anni grazie a nuove

tecnologie si è riusciti ad accedere a nuovi giacimenti sotterranei, per cui la riserva è

aumentata. Sono presenti grandi riserve in Medio Oriente, Venezuela, Canada e

Arabia Saudita.

La Produzione è l’indicatore di quanto petrolio estrae e immette sul mercato per

unità di tempo ogni paese. L’unita di misura è migliaia di barili al giorno. I primi paesi

produttori sono Arabia Saudita, Russia, Cina e Stati uniti.

Il rapporto tra Riserva e Produzione ci dà una grandezza tempo espressa in numero

di anni, che rappresenta l’arco temporale di esaurimento delle riserve al ritmo di

produzione considerato. Questo numero di anni non deve essere né troppo piccolo

né troppo grande, ma equilibrato, perché se fosse troppo grande indicherebbe un

sottosfruttamento delle risorse del paese per esempio il Venezuela ha molto molto

petrolio ma non ha come utilizzarlo perché il PIL del paese è molto basso e non è

neanche facile venderlo vista la posizione in cui si trova), se invece fosse troppo

basso indicherebbe un sovrasfruttamento delle risorse che sicuramente non può

andare avanti per molto tempo. Un buon rapporto è di 60/70 anni.

Osservando il rapporto riserve su produzione è possibile evidenziare due strategie.

Innanzitutto va precisato che le riserve non posso essere decise mentre la

produzione può essere stabilita a seguito di un piano strategico per garantire un

determinato orizzonte temporale. Le due macro-strateg