Tecnologia prof. diego guardavaccaro scuola secondaria di primo grado istituto gianelli Tecnologia prof. diego guardavaccaro Energia u.d. 02 – produzione energia da fonti non rinnovabili

prof. diego guardavaccaro 08 Centrale termoelettrica - impianto Per le sue caratteristiche di abbondante disponibilità, sicurezza di approvvigionamento, competitività, e per la sua elevata sicurezza nel maneggio, trasporto ed uso - non e' ne' infiammabile, ne' esplosivo, ne' inquinante per il suolo e per l'acqua - il carbone e' il combustibile primario nella generazione di energia elettrica nel mondo ed in Europa. prof. diego guardavaccaro tecnologia 3 La centrale è composta da una sezione tecnica in cui avviene la produzione di energia elettrica attraverso l’uso del carbone. La grande estensione è dovuto allo spazio per poter ospitare i vari componenti destinati alla pulizia dei fumi. La vicinanza su mare e fiumi consente un facile approvvigionamento del carbone portato da grosse navi.

prof. diego guardavaccaro 09 Centrale termoelettrica - il percorso dell’energia Il percorso dell'energia di una centrale a carbone comincia dalla zona del generatore di vapore dove sono ubicati i bruciatori predisposti per la combustione dell'olio combustibile del carbone. L'elevata temperatura dei gas di combustione determina la trasformazione in vapore dell'acqua contenuta nei tubi della caldaia. Il vapore, attraverso grosse tubazioni, raggiunge la turbina (immagine a sinistra) e la fa ruotare a 3000 giri al minuto. prof. diego guardavaccaro Alla turbina e' collegato l'alternatore che produce energia elettrica. I fumi, rilasciato il loro calore nel generatore di vapore, vengono inviati al camino dopo essere passati attraverso un complesso sistema di filtri. Il vapore, dopo aver ceduto gran parte della sua energia alla turbina, viene convogliato al condensatore dove si ritrasforma in acqua sfruttando la bassa temperatura del mare. Questo vapore si trasforma cosi' in acqua che viene ricondotta con pompe al generatore di vapore per ripetere il ciclo. L'energia prodotta dall'alternatore viene innalzata di tensione a 380 kV per essere immessa nella rete elettrica. tecnologia 3

prof. diego guardavaccaro 10 Centrale a ciclo combinato - impianto Il funzionamento di una centrale a ciclo combinato può essere fisicamente interpretato come l'accoppiamento di due centrali più semplici: una centrale a gas e una centrale termoelettrica tradizionale. In una centrale a gas, infatti, viene utilizzato il gas naturale come comustibile. Il cuore di questo tipo di centrale è una particolare macchina motrice denominata turbogas, composta da un compressore, una camera di combustione e una turbina: si produce direttamente energia elettrica azionando la turbina. Considerando però che la centrale a gas opera a temperature molto elevate, anche nella sezione di "scarico" del calore verso l'esterno i prodotti della combustione emessi hanno un contenuto termico ancora considerevole, in quanto si trova ancora a temperatura elevata, e sono quindi potenzialmente e ulteriormente sfruttabili. prof. diego guardavaccaro In una centrale a ciclo combinato i prodotti di scarico, vengono convogliati all'interno di uno scambiatore di calore e utilizzati quindi per effettuare la fase di riscaldamento (e quindi evaporazione) dell'acqua. Il vapore ottenuto da tale ciclo viene poi espanso in una successiva turbina a vapore producendo ulteriore lavoro meccanico. In questo modo viene aumentato il rendimento dell’impianto sfruttando il calore generato dalle macchine a trubogas. Nell’immagine a fianco viene indicato lo schema dell’impianto tecnologia 3

prof. diego guardavaccaro 11 Centrale nucleare - impianto Schema di funzionamento di una centrale nucleare a fissione di tipo PWR. Il calore sviluppato dalla reazione di fissione all'interno del reattore viene trasferito tramite un fluido refrigerante a un flusso di acqua che genera vapore saturo. Il vapore alimenta una turbina che tramite un generatore produce la corrente che alimenterà la rete elettrica. In una centrale nucleare a fissione refrigerata ad acqua leggera, come ogni centrale elettrica basata su un ciclo al vapore, avviene una reazione che libera calore utilizzato per la vaporizzazione dell'acqua e quindi la generazione di lavoro meccanico. Il principio fisico alla base della generazione del calore in una centrale nucleare a fissione è dunque la fissione nucleare, ovvero la scissione del nucleo di atomi pesanti quali uranio e plutonio. prof. diego guardavaccaro Energia nucleare è una forma di energia che deriva da modificazioni della struttura stessa della materia. La materia può trasformarsi in energia secondo la legge fisica ,scoperta dallo scienziato Albert Einstein. E = m x c2 Dove c è una costante e rappresenta la velocità della luce, pari a 300.000 km al secondo . tecnologia 3

prof. diego guardavaccaro 12 Fissione nucleare - processo La fissione o scissione nucleare consiste nella disintegrazione del nucleo dell’atomo di alcuni elementi, detti fissili, per mezzo di piccolissime particelle (neutroni ) che lo colpiscono e lo spezzano in due nuclei più leggeri. I prodotti della scissione hanno una massa più piccola di quella del nucleo, durante il processo una parte della materia si è trasformata in energia. Se la quantità di materiale fissile è sufficiente, durante la fissione si liberano altri neutroni capaci di colpire nuovi nuclei generando una reazione a catena. L’uranio 235 costituisce il combustibile introdotto nei reattori e sviluppa una notevole quantità di energia termica. La pila atomica, chiamata anche reattore nucleare, è il cuore delle centrali termonucleari, dove l'energia atomica viene sfruttata per produrre energia elettrica. prof. diego guardavaccaro A sinistra sono rappresentate differenti situazioni di funzionamento all’interno del nocciolo per controllare il processo di fissione: nella prima immagine la barra nera serve per bloccare completamente la reazione; nella seconda la barra nera si alza e la reazione aumenta di potenza; nella terza la barra nera è completamente sollevata ed il reattore funziona alla massima potenza. tecnologia 3