Universit degli Studi di Perugia Facolt di Ingegneria

Università degli Studi di Perugia Facoltà di Ingegneria Corsi di laurea specialistica in Ingegneria Meccanica e per l’Ambiente e il Territorio Corso di Impatto ambientale Modulo b) Aspetti energetici prof. ing. Francesco Asdrubali a. a. 2007/08 Impianti termoelettrici

IMPIANTI MOTORI TERMICI Sono tutte le installazioni fisse che utilizzano calore per produrre, mediante opportune macchine convertitrici, energia meccanica. Se quest’ultima viene trasformata, mediante alternatori, in energia elettrica, si parla di IMPIANTI TERMOELETTRICI fonti: - calore prodotto da reazione chimiche di combustioni - calore prodotto da reazioni di fissione nucleare - entalpia di vapori endogeni IMPIANTI di POTENZA - di base: a vapore di tipo convenzionale, nucleari, geotermoelettrici - di punta: turbine a gas, a vapore di piccola taglia (<100 MW), motori a c. i. - intermedi (in regolazione lenta): turbine a gas, piccoli e medi impianti a vapore

- Sezione monoblocco - Taglie unitarie - Saturazione

Generatore di vapore

Turbine

Raffreddamento

RAFFREDDAMENTO DELLE CENTRALI TERMOELETTRICHE La condensazione di 1 kg di vapore richiede la sottrazione di 600 kcal a 20°C La quantità di acqua di raffreddamento m necessaria per ogni kg di vapore è data da: per non innalzare sensibilmente l’isoterma inferiore del ciclo (e quindi per non penalizzare il rendimento): quindi occorrono 60 l di acqua per far condensare 1 kg di vapore

ESEMPIO: centrale da 1000 MWe Q 2 = 1500 MWt Q 1 = 2500 MWt L = 1000 MWe η = 0. 4 1 MW = 860 x 103 kcal/h Q 2 = 1500 x 860 x 103 kcal/h = 1, 29 x 109 kcal/h Q 2 = G Cp T = 1, 29 x 108 kg/h = 129 x 106 l/h la portata ottenuta è dell’ordine di grandezza della portata media annua del fiume Tevere

Inquinamento dell’aria

Centrali termoelettriche di punta

Turbine a gas • • • Versatilità Brevità di realizzazione Repowering/sottoposizione Rendimenti Combustibili

Motori a c. i. • Limite per la potenza unitaria (1, 5 -2 MW a cilindro, max 40 MW) • Modularità costruttiva • Rendimenti/effetto di scala

Rendimento globale Le = lavoro elettrico utile Q = quantità di combustibile corrispondente consumata Hi = p. c. i. del combustibile i = ideale (gas perfetto) l = limite (fluido reale) b = combustione m = meccanico e = elettrico q’ = consumo specifico di combustibile per ottenere fissato il combustibile, η e q’ esprimono lo stesso concetto RENDIMENTO GLOBALE IMP. A VAPORE TURBINA A GAS NUCLEARE RENDIMENTO FINALE 44 ÷ 45 % <40 % < 35% 32 ÷ 33 % 30% 25% 28% DI PROGETTO REALE marcata comp. Nucleare per i calcoli

Legame tra η e Q 2 differenziando rispetto a η ad un miglioramento di η corrisponde una diminuzione di Q 2 poiché Q 2 è proporzionale a Le, ciò è tanto più grande quanto maggiore Le : conviene migliorare η soprattutto nei grandi impianti poiché a denominatore c’è η 2, la diminuzione di Q 2 è via minore quanto è maggiore il valore di η di partenza Q 2 oltre un certo valore di η è inutile perfezionare gli impianti η

Cogenerazione

RENDIMENTO EXERGETICO definizione “fisica” confronto tra le quantità exergetiche in uscita e quelle in ingresso. definizione “utilitaristica” confronto tra la quantità exergetica che caratterizza il processo (lo scopo del processo) e la diminuzione di exergia delle risorse impiegate (perdita exergetica)

CICLO DIESEL TA = 293 K TB = 886 K TC = 2100 K TD = 978 K

CICLO OTTO K = 1. 4 =8 TC = 3000 K TO = 300 K

CICLO BRAYTON è notevolmente inferiore a la Tmax dei cicli Otto e Diesel η = 0. 327 ηex = 0. 490

CICLO RANKINE – HIRN 1 SURRISCALDAMENTO

CICLO COMBINATO Q 1 h 1 = 2 KJ/kg h 2 = 334 KJ/kg h 3 = 1110 KJ/kg h 7 = 3323 KJ/kg h 8 = 2260 KJ/kg ma = 96. 154 kg/s mv = 11. 72 kg/s TURBINA A GAS Tg = 200 °C

CICLO RANKINE – HIRN 2 SURRISCALDAMENTI Th = 1230 K = 0. 375 TO = 303 K