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Capitolo 1 – L’energia

Potenza efficiente lorda degli impianti elettrici di generazione in Italia

al 31 dicembre 2014

Produttori Autoproduttori(*) totale

MW MW MW

Impianti idroelettrici 22.311,7 122,8 22.434,5

Impianti termoelettrici 71.653,5 4.133,0 75.786,5

tradizionali 70.832,5 4.133,0 74.965,5

geotermoelettrici 821,0 - 821,0

Impianti eolici 8.703,1 - 8.703,1

Impianti fotovoltaici 18.609,4 - 18.609,4

totale 121.277,6 4.255,8 125.533,5

(*) Autoproduttore è la persona fisica o giuridica che produce energia elettrica e la utilizza in misura non

inferiore al 70% annuo per uso proprio ovvero per uso delle società controllate.

Potenza efficiente lorda degli impianti elettrici di generazione in Italia dal 1963 al 2014 19

Capitolo 1 – L’energia

6.1. Impianti idroelettrici

Potenza e producibilità degli impianti idroelettrici italiani al 31 dicembre 2014

secondo la categoria degli impianti

Impianti a serbatoio sono quelli che hanno un serbatoio classificato come “serbatoio di regolazione” stagionale (durata

di invaso maggiore o uguale a 400 ore);

Impianti a bacino sono quelli che hanno un serbatoio classificato “bacino di modulazione” (durata di invaso minore di

400 ore e maggiore di 2 ore);

Impianti ad acqua fluente sono quelli che non hanno serbatoio o hanno serbatoio con durata di invaso uguale o minore

di due ore.

La durata di invaso è il tempo necessario per fornire al serbatoio un volume d’acqua pari alla sua capacità utile con la

portata media annua del o dei corsi d’acqua che in esso si riversano, escludendo gli eventuali apporti da pompaggio. 20

Capitolo 1 – L’energia

6.2. Impianti termoelettrici

Potenza degli impianti termoelettrici italiani al 31 dicembre 2014

A) Impianti con sola produzione di energia elettrica 21

Capitolo 1 – L’energia

Potenza degli impianti termoelettrici italiani al 31 dicembre 2014

B) Impianti con produzione combinata di energia elettrica e calore 22

Capitolo 1 – L’energia

6.3. Impianti da fonti rinnovabili

Potenza efficiente lorda degli impianti da fonti rinnovabili in Italia al 31 dicembre 2014 23

Capitolo 1 – L’energia

7. Produzione di energia elettrica in Italia nel 2014 24

Capitolo 1 – L’energia

8. Consumi di energia elettrica in Italia

I consumi di energia elettrica, ossia i kWh che vengono direttamente prelevati dagli utenti,

rappresentano circa il 90% dell’energia prodotta, perché circa il 4% della produzione viene

utilizzata nei servizi ausiliari e il 6% si dissipa nelle perdite di trasporto e di distribuzione.

L’andamento dei consumi è fissato dagli utenti che, manovrando i propri interruttori, collegano e

staccano dalla rete i macchinari e gli apparecchi utilizzatori determinando la potenza assorbita e le

caratteristiche del prelievo.

Poiché l’energia elettrica non è immagazzinabile, un aumento di prelievo richiede nello stesso

istante la produzione di una corrispondente energia; perciò tutti gli impianti di produzione,

trasporto e distribuzione devono essere dimensionati in modo da poter far fronte, in qualsiasi

momento, alla potenza massima di cui l’utenza può complessivamente disporre, oltre naturalmente

le perdite.

La gestione dei flussi di energia sulla rete, chiamata dispacciamento, richiede la gestione in tempo

reale del sistema elettrico italiano che è interconnesso con quello europeo; tale gestione è svolta dal

Centro Nazionale di Controllo.

Il Centro Nazionale di Controllo ha il compito di assicurare il funzionamento del sistema elettrico

nelle condizioni di massima sicurezza, per garantirne la continuità e la qualità.

• Nella fase di programmazione, elabora i piani di esercizio sviluppati sulla base delle

previsioni della domanda di energia e di potenza a livello nazionale e delle disponibilità dei

mezzi di produzione. Le previsioni a breve termine, settimanali e giornaliere, sviluppate in

base a quelle a medio termine, consentono la determinazione dei livelli di produzione, la

configurazione di funzionamento della rete e la riserva di potenza.

• Nella fase di controllo in tempo reale, analizzando lo stato del sistema elettrico, interviene

sulla produzione della potenza attiva e reattiva e sull'assetto di rete; contemporaneamente

opera per l'ottimizzazione del servizio, per il ripristino in caso di disservizi, per il controllo

di eventuali emergenze ed il coordinamento delle manovre per lavori.

• Nella fase di analisi dell’esercizio, oltre all’elaborazione delle statistiche di tutti i dati di

esercizio, analizza il funzionamento del sistema di produzione e trasmissione, così da

raccoglierne utili indicazioni per l’ottimizzazione dell’esercizio del sistema.

Il Centro Nazionale di Controllo svolge il proprio compito attraverso otto centri di ripartizione, che,

per la propria area territoriale di competenza, decidono gli interventi sugli impianti sia in fase di

programmazione che nella fase del controllo in tempo reale. 25

Capitolo 1 – L’energia

8.1. Diagrammi di carico

Si definisce diagramma di carico la curva della potenza attiva richiesta dall’utenza in funzione del

tempo. Secondo il periodo di tempo preso in considerazione si possono avere diagrammi di carico

giornalieri, settimanali, annuali.

I diagrammi di carico giornalieri hanno andamento analogo nei primi cinque giorni della settimana,

presentando un massimo di potenza in genere nella giornata di mercoledì, mentre assumono un

andamento diverso per il sabato e i giorni festivi, con riduzione delle potenze.

Nei seguenti diagrammi giornalieri sono riportate le potenze orarie richieste sulla rete italiana nel

3° mercoledì di alcuni mesi del 2014.

I diagrammi di carico presentano un andamento caratteristico tipico per ogni utenza singola o per

un gruppo omogeneo di utenze, quali l’illuminazione pubblica e quella privata, la trazione elettrica,

gli usi elettrosiderurgici, ecc.

In una rete che comprenda diverse categorie di utenze le differenze di prelievo si compensano

parzialmente ed i diagrammi di carico sono tanto meno accidentati quanto più grande è la zona di

distribuzione a cui si riferiscono. 26

Capitolo 1 – L’energia

Si dice fattore di contemporaneità per un dato complesso di carichi e per un dato intervallo di

tempo il rapporto fra la potenza massima richiesta dal detto complesso di carichi e la somma delle

potenze massime richieste separatamente dai singoli nell’intervallo di tempo considerato:

P

= M

f Σ

c P

i M i

In un diagramma di carico si chiama carico massimo (o punta massima) la potenza istantanea più

elevata e carichi di punta quelli più alti aventi una durata complessiva inferiore a 4 ore su 24. 27

Capitolo 1 – L’energia

Si definisce carico medio di un carico variabile in un certo intervallo di tempo (ad esempio 24 ore)

il valore di carico costante al quale corrisponda, in quell’intervallo di tempo, la stessa energia

assorbita secondo l’effettivo diagramma di carico: ∫ p dt

= T

P

m T

L’utilizzazione del carico massimo è il rapporto, espresso in ore, fra l’energia assorbita in un

determinato periodo di tempo (un giorno, un mese, un anno) e la potenza corrispondente al carico

massimo: ∫ p dt

= T

N P

M

In valore relativo può anche essere espresso come rapporto fra il carico medio e il carico massimo

in quel determinato periodo di tempo: ∫ p dt P

N

 = = = m

T

N ⋅

T T P P

M M

Esso rappresenta il tempo necessario per assorbire, con carico costante e pari al massimo, l’energia

corrispondente al diagramma di carico. In valore relativo può anche essere espresso come rapporto

fra il carico medio e quello massimo in quel determinato periodo di tempo.

Le diverse qualità di energia che entrano a formare il diagramma di carico si possono classificare

come segue:

• energia di base continua: è quella al di sotto del minimo carico festivo;

• energia di base feriale: è quella al di sotto del minimo carico feriale;

• energia di modulazione a continuità diurna: è quella corrispondente alla parte di carico

compresa tra la minima feriale e la punta di recessione meridiana;

• energia di modulazione spinta: è quella compresa nella residua parte sovrastante del

diagramma.

In pratica le prime due voci vengono conglobate nella denominazione di energia di base e le due

successive in quella di energia modulata.

Il problema tecnico-economico fondamentale dell’industria elettrica è quello di adeguare il

diagramma delle disponibilità a quello dei carichi.

Nel caso degli impianti termoelettrici il diagramma della produzione può essere agevolmente

coperto in qualsiasi momento, qualora la potenza installata negli impianti sia superiore, con un

congruo margine di riserva, alla massima potenza richiesta dalla rete. Il costo di produzione del

kWh aumenta però rapidamente con il diminuire dell’utilizzazione, per cui risulta la convenienza di

far funzionare le centrali termiche con la più elevata utilizzazione possibile.

Le disponibilità idrauliche dei fiumi e torrenti sono invece pressoché costanti nel giorno (salvo una

riduzione dovuta al gelo per i torrenti alpini nelle ore notturne del periodo invernale) ma variano,

anche sensibilmente, da una stagione all’altra. 28

Capitolo 1 – L’energia

Un primo adattamento delle risorse idrauliche alla richiesta del carico si può ottenere con la

interconnessione di impianti di regimi idrologici differenti o addirittura complementari.

Per trasferire energia dalla notte al giorno e dai giorni festivi ai feriali occorrono serbatoi di

accumulo giornalieri o settimanali.

Per trasferire energia da una stagione all’altra è necessario costruire grandi serbatoi stagionali. In

pratica l’energia corrispondente all’acqua eccedente quella utilizzata nei mesi di morbida (estivi)

viene accumulata nei serbatoi stagionali per essere utilizzata nei mesi di magra (invernali).

Una certa portata, variabile secondo l’idraulicità dell’anno, non potrà venire utilizzata né invasata

nei serbatoi e verrà pertanto sfiorata e quindi perduta ai fini della produzione dell’energia elettrica

(energia di sfioro).

In un’economia elettrica mista (idraulica e termica) quale è quella italiana, per una migliore

utilizzazione delle fonti energetiche disponibili, nella copertura del diagramma di carico gli

impianti devono essere utilizzati partendo da quelli a costi marginali più bassi dell’energia.

Il costo marginale o incrementale è l’incremento di costo sostenuto per produrre un kWh in più in

un impianto già funzionante. Esso coincide con la quota variabile del costo del kWh ed è

praticamente nullo per gli impianti idroelettrici e pari alla sola quota del combustibile per gli

impianti termoelettrici.

L’ordine di preferenza nell’utilizzazione degli impianti dovrà perciò essere il seguente:

1. Centrali idroelettriche ad acqua fluente: questi impianti hanno costo marginale quasi nullo e

la loro mancata utilizzazione comporterebbe sfiori d’acqua e quindi una perdita di energia.

2. Centrali geotermoelettriche: esse hanno costi marginali assai modesti, poiché utilizzano

vapore endogeno.

3. Centrali nucleotermoelettriche: le centrali nucleari, pur avendo costi unitari di produzione

abbastanza elevati, hanno costi marginali inferiori a quelli delle centrali termoelettriche

convenzionali, data la modesta incidenza del costo del combustibile nucleare (uranio).

4. Centrali termoelettriche: il costo marginale di un impianto termoelettrico dipende per la

massima parte dal costo del combustibile ed è funzione del rendimento dei gruppi ai diversi

carichi. Se ne deduce che il criterio di scelta dei gruppi termici da tenere o immettere in

servizio è quello di coprire la potenza necessaria con gruppi scelti in ordine decrescente di

rendimento.

5. Impianti idroelettrici “di regolazione” con serbatoio e impianti di pompaggio: essi sono

destinati alla copertura delle punte di carico nonché alla regolazione della frequenza di rete.

Il costo marginale per gli impianti di pompaggio è elevato, superiore a quello delle centrali

termoelettriche, mentre quello degli impianti a serbatoio potrebbe sembrare assai basso: si

tratta in realtà di energia pregiata, disponibile ad ogni evenienza.

Una volta scelti i gruppi da tenere in servizio, occorre ripartire il carico tra di essi in modo che il

costo dell’energia prodotta risulti il minimo possibile.

Dovranno quindi funzionare al minimo tecnico i gruppi aventi costi marginali maggiori, mentre

dovranno funzionare al massimo della potenza erogabile i gruppi aventi a quel carico un costo

marginale inferiore al costo marginale comune.

In definitiva, l’energia di base verrà prodotta dalle centrali idroelettriche ad acqua fluente,

geotermoelettriche, nucleotermoelettriche e termoelettriche di grande potenza ed elevato

rendimento.

La produzione dell’energia modulata verrà affidata alle centrali termoelettriche di minor

rendimento, alle centrali idroelettriche con serbatoio giornaliero o settimanale, mentre alle centrali

idroelettriche con grandi serbatoi stagionali e a quelle di pompaggio è riservata la copertura delle

punte del diagramma di carico. 29

Capitolo 1 – L’energia

8.2. Reti elettriche

Si definisce interconnessione il collegamento in parallelo, tramite una o più linee, di reti elettriche

comprendenti centrali di produzione e stazioni alimentanti i centri di consumo.

I principali vantaggi dell’interconnessione risiedono nella compensazione delle punte dei carichi e

nella reciproca integrazione degli impianti di produzione.

L’interconnessione, estendendo la rete e aumentando la potenza, permette anche di ridurre

percentualmente l’entità del macchinario di riserva e di aumentare le potenze unitarie dei gruppi

generatori con conseguenti vantaggi tecnici ed economici.

La riserva è intesa come maggiore potenza generatrice disponibile in rete e può essere rappresentata

da gruppi disponibili ma non in parallelo (riserva fredda) o dal margine di potenza dei gruppi in

servizio (riserva rotante). Quest’ultima può immediatamente far fronte alla carenza di potenza

provocata dall’uscita di parallelo per guasto di uno o più gruppi, mentre la riserva fredda non può

intervenire tempestivamente che in caso di arresti programmati di macchinario.

L’entità della riserva è determinata con procedimenti probabilistici in base alle previsioni di

indisponibilità del macchinario per guasti o manutenzione.

L’aumentata affidabilità dei gruppi generatori ed un’accorta programmazione della manutenzione

hanno notevolmente ridotto l’indisponibilità di potenza, che può essere dell’ordine di pochi punti

percentuali rispetto alla potenza totale disponibile in rete.

L’interconnessione della rete italiana realizza un completo parallelo magliato, con una struttura che

assicura automaticamente una circolazione dell’energia in tutto il territorio in modo da fronteggiare

qualsiasi esigenza con le minime perdite di trasporto.

La rete a 380 kV integra e man mano sostituisce la preesistente rete a 220 kV, collegando le grandi

centrali termoelettriche, le grandi centrali idroelettriche e di pompaggio fra di loro e con i centri di

consumo.

La Sicilia è in parallelo con la rete nazionale attraverso un elettrodotto che supera lo stretto di

Messina.

Il collegamento con la Sardegna è realizzato per mezzo di cavi sottomarini in corrente continua.

Al 31 dicembre 2014 i km di terna a 380 e 220 kV facenti parte della Rete di Trasmissione

Nazionale (RTN) erano 21.931:

• 10.996 km a 380 kV,

• 10.935 km a 220 kV. 15

Al 31 dicembre 2014 i km di linea ad alta tensione in corrente continua erano i seguenti :

• linee 500 kV c.c. (SA.PE.I.) km 474,6

• linee 400 kV c.c. (Italia-Grecia) km 254,9

• linee 200 kV c.c. (SA.CO.I.) km 430,8

15 La lunghezza delle linee comprende anche le linee di elettrodo a mare. 30

Capitolo 1 – L’energia

31

Capitolo 1 – L’energia

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Capitolo 1 – L’energia

8.3. Consumi elettrici per settore nel 2014 33

Capitolo 1 – L’energia

8.4. Consumi elettrici per abitante (secondo regione) nel 2014 34


PAGINE

37

PESO

2.18 MB

AUTORE

Guco777

PUBBLICATO

5 mesi fa


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in ingegneria energetica
SSD:
A.A.: 2018-2019

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Guco777 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Sistemi energetici e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Politecnico di Milano - Polimi o del prof Andreini Pierangelo.

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