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  CENTRALI TERMOELETTRICHE Docente: Marco Gambini  - Michela Vellini
    Programma del Corso
 
PROGRAMMA
Panoramica sui fabbisogni di energia, sulle fonti energetiche e sui sistemi di conversione dell’energia. Metodologie di analisi degli impianti di conversione dell’energia. Analisi di primo e secondo principio. Sviluppo della metodologia di analisi basata sui “fattori termodinamici”: fattore Carnot, fattore Clausius, fattore di molteplicità delle sorgenti. Metodologie di analisi tecnico- economica: rendimento globale, costi fissi e costi variabili in una centrale termoelettrica, costo dell’elettricità prodotta. Emissioni ed inquinanti prodotti da centrali termoelettriche alimentate a combustibili fossili. Centrali termoelettriche convenzionali:
-Centrali termoelettriche a vapore: analisi termodinamica del ciclo base di riferimento limite e reale. Scelta dei parametri operativi del ciclo. Modifiche al ciclo base: il risurriscaldamento del vapore, la rigenerazione termica. Schemi impiantistici delle centrali in relazione alla taglia d’impianto, parametri di esercizio, prestazioni, influenza delle condizioni operative, regolazione dell’impianto, combustibili utilizzabili, settori di applicazione. Costo del kWh prodotto. Le emissioni inquinanti dalle centrali a vapore. Gli impianti a vapore ultrasupercritici (USC)
- Centrali termoelettriche con turbine a gas: analisi termodinamica del ciclo base di riferimento ideale, limite e reale semplificato. Scelta dei parametri operativi del ciclo Eventuali modifiche al ciclo base: rigenerazione, frazionamento della compressione e/o della espansione. Configurazioni impiantistiche mono e bi-albero, combustibili utilizzabili, prestazioni, influenza delle condizioni operative, regolazione dell’impianto, settori di applicazione. Costo del kWh prodotto. Le emissioni inquinanti dalle turbine a gas.
- Centrali termoelettriche a ciclo combinato gas-vapore: benefici termodinamici connessi alla combinazione del ciclo a gas con quello a vapore. Il ciclo ideale di riferimento. Criteri di ottimizzazione termodinamica dei cicli a recupero alimentati da sorgenti a temperatura variabile. Il rendimento dei cicli combinati ed il rapporto di potenze tra sezione a gas: configurazione impiantistica e considerazioni generali. Le caldaie a recupero: criteri di calcolo e di ottimizzazione dei parametri caratteristici. Cicli a vapore a recupero: criteri di ottimizzazione delle prestazioni. Schemi impiantistici, prestazioni, regolazione, costo dell’elettricità prodotta, emissioni inquinanti.
- Produzione combinata di energia elettrica e termica: la cogenerazione. Fondamenti termodinamici e benefici energetici della cogenerazione. Le prestazioni e la regolazione degli impianti in modalità cogenerativa. Aspetti economici, ambientali e analisi di fattibilità.
Centrali termoelettriche avanzate e/o innovative:
- Impianti combinati integrati con sistemi di gassificazione del carbone (IGCC): analisi delle tecnologie di gassificazione e dell’integrazione tra ciclo termodinamico e sistema di produzione e depurazione del syngas. Bilanci energetici e prestazioni degli IGCC. Esperienze, confronti e possibili evoluzioni.
- Cicli misti gas-vapore: il ciclo con iniezione di vapore (ciclo STIG). Cenni ai cicli misti innovativi e analisi dei processi fisico-termodinamici non convenzionali (condensazione di vapore d’acqua in presenza di incondensabili ed espansione di miscele di vapore e in condensabili).
Sistemi per la cattura della CO2 nelle centrali termoelettriche:
- Analisi delle possibili metodologie di cattura della CO2 e valutazione della loro proponibilità in sistemi energetici convenzionali, emergenti ed innovativi.
- Trattamento dei gas di scarico: analisi dell’assorbimento chimico e fisico e campi di applicazione.
- Analisi di cicli semichiusi alimentati ad ossigeno quale comburente, con emissioni praticamente nulle di CO2. Problematiche impiantistico- funzionali e prestazioni conseguibili.
- Decarbonizzazione dei combustibili fossili: analisi delle tecnologie di decarbonizzazione in funzione della tipologia di combustibile fossile di partenza. Analisi delle problematiche impiantistico-funzionali dei sistemi energetici convenzionali ed avanzati alimentati da idrogeno quale combustibile e da aria quale comburente.

TESTI DI RIFERIMENTO
Materiale fornito dai docenti
M. Gambini, “Appunti per le lezioni di Conversione dell’Energia”, Texmat 2005
Lozza G., “Turbine a gas e cicli combinati”; Ed. Progetto Leonardo, 2006