Università degli Studi di Perugia Facoltà di Ingegneria Corsi di laurea specialistica in Ingegneria Meccanica e per lAmbiente e il Territorio Corso di.

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

2 IMPIANTI MOTORI TERMICI Sono tutte le installazioni fisse che utilizzano calore per produrre, mediante opportune macchine convertitrici, energia meccanica. Se questultima 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

3 - Sezione monoblocco - Taglie unitarie - Saturazione

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5 Generatore di vapore

6 Turbine

7 Raffreddamento

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9 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 lisoterma inferiore del ciclo (e quindi per non penalizzare il rendimento): quindi occorrono 60 l di acqua per far condensare 1 kg di vapore

10 Q 2 = 1500 MW t Q 1 = 2500 MW t L = 1000 MW e ESEMPIO: centrale da 1000 MW e η = 0.4 1MW = 860 x 10 3 kcal/h Q 2 = 1500 x 860 x 10 3 kcal/h = 1,29 x 10 9 kcal/h Q 2 = G Cp T = 1,29x10 8 kg/h = 129 x 10 6 l/h la portata ottenuta è dellordine di grandezza della portata media annua del fiume Tevere

11 Inquinamento dellaria

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13 Centrali termoelettriche di punta

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

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

17 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 GLOBALE44 ÷ 45 %DI PROGETTO IMP. A VAPORE<40 %REALE TURBINA A GAS < 35% NUCLEARE32 ÷ 33 % RENDIMENTO FINALE 30% 25% marcata comp. Nucleare 25% marcata comp. Nucleare 28% per i calcoli 28% per i calcoli

18 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 cè η 2, la diminuzione di Q 2 è via via minore quanto è maggiore il valore di η di partenza oltre un certo valore di η è inutile perfezionare gli impianti Q2Q2 η

19 Cogenerazione

20 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)

21 CICLO DIESEL T A = 293 K T B = 886 K T C = 2100 K T D = 978 K

22 CICLO OTTO K = 1.4 = 8 T C = 3000 K T O = 300 K

23 CICLO BRAYTON è notevolmente inferiore a la T max dei cicli Otto e Diesel η = 0.327η ex = 0.490

24 CICLO RANKINE – HIRN 1 SURRISCALDAMENTO

25 T g = 200 °C 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 m a = 96.154 kg/s m v = 11.72 kg/s CICLO COMBINATO TURBINA A GAS Q1Q1

26 2 SURRISCALDAMENTI Th = 1230 KTO = 303 K = 0.375 CICLO RANKINE – HIRN

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