Sistemi di regolazione degli impianti turbogas e ciclo combinato

Evoluzione parco turbogas Fino a 10 anni fa i gruppi TG erano solo i cicli aperti per il funzionamento di picco (poche migliaia di MVA) Ad oggi esistono circa 15000 MVA di alternatori mossi da turbine a gas (in ciclo semplice, in ciclo combinato, in impianti di repowering e di cogenerazione)

Presenza di unità Turbogas nella rete elettrica italiana (in ciclo semplice, combinato, ripotenziato) Effetti positivi Effetti negativi In rete perturbata In riaccensione di rete

Temperatura allo scarico (diagramma T-s) Tf Tex Ta Tc Tf Tex Tc Qa Qc Ta Tf ~ Ta + Hci Qc cf Qa IGV s

Temperatura limite allo scarico Tf-lim Tex-lim Tex (Ta) Qa (IGV) Qc Wnom Wg

Schema semplificato impianto turbogas

Turbina Temperature in °C

Anello di regolazione della velocità Regolatore di velocità

Anello di regolazione della temperatura Regolatore di temperatura

Anello di regolazione dell’accelerazione Regolatore di accelerazione

Selettore di minimo Selettore di minimo

Regolatore Inlet Guide Vanes (IGV) Regolatore IGV

Regolatore combustibile 1 0.23 Regolatore di combustibile 1 1.5 -0.1 1.5

Contributo sezione vapore impianti CC Potenza disponibile nei fumi Caldaia in “sliding pressure mode” Potenza alla turbina a vapore

Schema di regolazione tipico regolazione di velocità - FB f + regolazione di potenza IGV Wric Wrip Wb ILF Tex -w RETE CARICO prefiss.Tex prefiss carico Rtex Rw RW VG Texmis M I N Wmin Wmax Qa Qg TG Pot Vel +Wg +Wg -Wa -Wa

Caratteristica frequenza-potenza [Hz] 52 51 Tex-lim 50 Potenza 49 Il margine di potenza (eventualmente disponibile) viene completamente eroso dalla riduzione di frequenza Tex-picco 48 -4% +2% Wnom

Load rejection in rete perturbata Possibili cause di fallimento in avviamento manovra LR apertura valvole ON-OFF (anticipazione del LR a f>47.5Hz) mancanza di fiamma o alte differenze di temperatura fallimento apertura serrande by-pass fumi al camino Q n 2 a H STALLO PER BASSA PORTATA ARIA prevalenza Valvole ON-OFF a w=95% Caratteristica di resistenza della Turbina (lineare in Qa) Caratteristiche di prevalenza del Compressore (ampiezze quadratiche in Qa) Ta Tc Tf Tex Qa Qc Portata aria IGV

Avviamento tipico TG [%] Velocità 100 Temperatura scarico 80 60 IGV 40 20 Combustibile Potenza 5 10 15 20 25 30 minuti

Impianti turbogas +Rapidità di risposta (fuori termoregolazione) +Vicinanza ai centri di carico - Limiti di termoregolazione e rampe - Vincoli di combustione Pc Pg intervento termoregolazione f’max P’c 2 pendenza costante fmax Pc tempo costante Pc Pg

Variazioni di frequenza gruppi TG

Comportamento carichi spenti

Attacco carico spento su TG DWa DWg tempo [s] 0 1 2 3 4 5 6 7 DfOO Df

Riaccensione di rete tramite isole di carico Isola di carico tipica Semi-isola con TG e carico Semi-isola con HY e carico Parallelo tra semi-isole e carichi comuni Parallelo con altre reti TG HY

Attacco carico spento su TG e HY W HY TG DWa Dfoo W c gHy gTG DW Df W c gHy gTG

Attacco carico spento su TG e HY DWa DWg DW TG DW HY tempo [s] 0 2 4 6 8 10 Df OO Df Df ‘