Appunti Impianti Energetici

IMPIANTI ENERGETICI

Termodinamica degli impianti a vapore

Caratteristiche:

• sono oggi tra ad una frazione molto rilevante della generazione elettrica nel mondo
• dimensioni tipiche delle centrali di MW (grossa taglia)
• costi unitari dell'energia prodotta bassi pochi <€/kWh

grandi inerzie termiche ➔ lente variazioni di carico➔ idonei a generare il carico di base della richiesta elettrica

tuttavia nel funzionamento reale devono subire variazioni di P_ed carico anche importanti perseguire i programmi di carico dettati dalle richieste delle utenze e da ragioni economiche

Queste variazioni di carico sono effettivamente presenti nel mercato libero e vengono realizzate sulla base di diagrammi di carico.

Ciclo Rankine ➔ ciclo di riferimento per questi impianti

Componenti: generatore di vapore turbina con alternatore, condensatore, pompa

Il processo di combustione che avviene nel generatore di vapore genera dei fumi che non vengono in contatto con il fluido di lavoro (acqua/vapore). Per questo gli impianti sono detti a combustione esterna.

IMPIANTI ENERGETICI

Termodinamica degli impianti a vapore

Caratteristiche:

• sono legati tutt'ora ad una frazione molto elevata della generazione elettrica nel mondo
• dimensioni tipiche decine centinaia di MW (grossa taglia)
• costi unitari dell'energia prodotta bassi, pochi c€/kWh
• grandi inerzie termiche lento variaziono di carico
• idonei a generare il carico di base della richiesta elettrica

Ottimale nel funzionamento reale devono subire variazioni di P_e carico anche importanti per seguire i programmi di carico dettati dalle richieste delle utenze e da ragioni economiche

Queste variazioni di carico sono ottenientemente presenti nel mercato libero è vengono realizzate sulla base di diagrammi di carico.

Ciclo Rankine

Ciclo di riferimento per questi impianti

Componenti: generatore di vapore turbina con alternatore condensatore, pompa

Il processo di combustione che avviene nel generatore di vapore i fumi di NON vengono in contatto con il fluido di lavoro (acqua/vapore) Per questo l'impianto e detto a combustione esterna.

Parametri di prestazione

• rendimento termico η = _Pu/_Qa

_Pu: potenza ai morsetti del generatore elettrico

_Qa: flusso di calore positivo trasferito al fluido di lavoro tramite il processo di combustione

consumo specifico di vapore

CSV = _ṁv/_Pu = _ṁv/_el,LM | _leq [^kJ/_kg] | A = 3600

_leq [^kW/_kg]

Ciclo di Carnot

ciclo composto da 4 trasformazioni reversibili:

• una compressione e una espansione adiabatica isentropica [0-1, 2-3]
• due trasformazioni isoterme una in cui il fluido riceve calore a P,T costante [1-2]
• una in cui lo rilascia a P,T costante, con decremento parzialmente [3-0]

Rendimento

η = _L/_Qh = (_Qh-_Ql)/_Qh

• _L: lavoro ottenuto dall'espansione in turbina
• _Qh: energia termica fornita a Ti
• _Ql: energia termica rilasciata a Qc

carnotici | reversibili | ai valori

termici | assoluti

Poiché lo scambio termico avviene soltanto lungo le isoterme si può dimostrare che

η = T_h − T_c / T_h = 1 − T_c / T_h

− massimo (η = 1) ⇨ T_c = 0 K

− per mantenello alto ⇨ T_h ≫ T_c ⇨ 1 − T_c / T_h

NB: nelle macchine termiche reali il rendimento termico è sempre < 1.

Il rendimento di Carnot serve da riferimento ideale, essendo il massimo che si può ottenere da una macchina termica che opera tra T_h e T_c.

• Diagramma T-S con asse delle ordinate che fa riferimento a 0 gradi assoluti
• A: area racchiusa dal ciclo
• B: area dovuta alla trasf. isoterma a T_c ⇨ Q_c

A + B ⇨ Q_u

M = Q_u − Q_c / Q_u = (A + B) − B / A + B = A / A + B

Rapporto ideale dei lavori: R_i = L_i + L'_i / L_i

L'_i: lavoro ottenuto nell'espan. adiab.

L_i: lavoro speso nella compr. adiab.

Oss. nel ciclo di Carnot R_i è relativamente basso, 1 esempio: T_h = 300°C T_c = 25°C

R_i ≒ 0.5

Questo aspetto diviene particolarmente rilevante quando si considerano le irreversibilità in queste trasformazioni.

Inoltre: