Corso di Impatto ambientale Modulo b) Aspetti energetici prof. ing. Francesco Asdrubali

1. Università degli Studi di PerugiaFacoltà di IngegneriaCorsi 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

2. 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

3. - Sezione monoblocco - Taglie unitarie - Saturazione

5. Generatore di vapore

6. Turbine

7. Raffreddamento

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 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

10. Q2 = 1500 MWt Q1 = 2500 MWt L = 1000 MWe ESEMPIO: centrale da 1000 MWe η = 0.4 1MW = 860 x 103 kcal/h Q2 = 1500 x 860 x 103 kcal/h = 1,29 x 109 kcal/h Q2 = G Cp T = 1,29x108 kg/h = 129 x 106 l/h la portata ottenuta è dell’ordine di grandezza della portata media annua del fiume Tevere

11. Inquinamento dell’aria

13. Centrali termoelettriche di punta

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

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 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 44 ÷ 45 % DI PROGETTO IMP. A VAPORE <40 % REALE TURBINA A GAS < 35% NUCLEARE 32 ÷ 33 % RENDIMENTO FINALE  30%  25% marcata comp. Nucleare 28% per i calcoli

18. Legame tra η e Q2 differenziando rispetto a η ad un miglioramento di η corrisponde una diminuzione di Q2 poiché Q2 è proporzionale a Le, ciò è tanto più grande quanto maggiore Le : conviene migliorare η soprattutto nei grandi impianti poiché a denominatore c’è η2, la diminuzione di Q2 è via via minore quanto è maggiore il valore di η di partenza Q2 oltre un certo valore di η è inutile perfezionare gli impianti 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 TA = 293 K TB = 886 K TC = 2100 K TD = 978 K

22. = 8 TC = 3000 K TO = 300 K CICLO OTTO K = 1.4

23. CICLO BRAYTON è notevolmente inferiore a la Tmax dei cicli Otto e Diesel η = 0.327 ηex = 0.490

24. CICLO RANKINE – HIRN 1 SURRISCALDAMENTO

25. CICLO COMBINATO Q1 Tg = 200 °C h1 = 2 KJ/kg h2 = 334 KJ/kg h3 = 1110 KJ/kg h7 = 3323 KJ/kg h8 = 2260 KJ/kg ma = 96.154 kg/s mv = 11.72 kg/s TURBINA A GAS

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