Centrale termoelettrica

I prodotti di combustione della turbina, che mantengono temperature molto

elevate, non vengono dispersi in atmosfera (come nel caso degli aerei), ma

vengono convogliati in un generatore di vapore, dove sono sfruttati per

produrre appunto vapore.

Il vapore prodotto viene quindi convogliato ad un sistema di turbine, le cui pale

sono mosse dalla pressione del vapore.

Si tratta di un sistema di turbine, poiché possono essere presenti turbine ad

alta, media e bassa pressione, in grado di sfruttare tutta la produzione di

vapore e non solo una parte di essa come invece avviene negli impianti

termoelettrici classici, dotati di un solo tipo di turbina (vapore).

Le turbine sono ovviamente collegate a macchine generatrici di energia

elettrica.

È evidente che con questo sistema si possono ottenere rendimenti maggiori

sfruttando i prodotti della combustione della turbina a gas naturale che

andrebbero perduti in atmosfera.

Il rendimento di centrali di questo tipo si attesta sull’ordine del 50-55%.

1.2 PRINCIPALI CENTRALI A CICLO COMBINATO IN ITALIA.

Attualmente in Italia sono in attività diverse centrali. La più importante d'Italia

è la centrale di Montalto di Castro, con 3600 MW di potenza. Una delle più

importanti è quella di Porto Tolle (carbone) , in provincia di Rovigo, situata sul

delta del Po. Più piccola e di alcuni decenni più vecchia è la Centrale Marzocco

a Livorno. Un'altra importante centrale termoelettrica italiana è quella di San

Filippo del Mela, di proprietà di Edipower. Molto importante è anche l' impianto

di Turbigo composto da 4 gruppi di generazione (3 cicli a vapore e 1 combinato

composto da 2 turbogas e un ciclo a vapore), con una produzione di 1770 MW.

Centrale termoelettrica di Biella Power

Tipo di centrale: Centrali termiche

Sottotipo di centrale: Centrali a ciclo combinato

Paese: Italia

Ubicazione: Cerreto Castello, Italia

Potenza: 20 MW

Quota detenuta: Alpiq: 60%

Messa in esercizio: 1994

Produzione annua: 18 GWh

Possibilità di visitare: No

Stato: in esercizio

La centrale Biella Power è situata a Cerreto Castello, circa 10 km a est di Biella,

nella regione Piemonte. La centrale è configurata quale centrale elettrica a

ciclo combinato con due turbine a gas, due generatori di vapore a recupero di

calore, una turbina a vapore e un condensatore ad aria per una produzione

elettrica netta di circa 20 MW.

La centrale elettrica a ciclo combinato ha avviato l’attività commerciale nel

settembre 1994, fornendo simultaneamente vapore di processo a fabbriche di

tessili nelle vicinanze. Dal 2003 è stata abbandonata la cogenerazione e la

centrale funziona in base a un profilo di picco/mid-merit. Attualmente Biella

Power S.r.l. sta sviluppando un progetto di repowering volto a realizzare un

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ciclo combinato flessibile ed efficiente, grazie alle tecnologie più avanzate

disponibili.

Centrale termoelettrica di Chivasso

Tipo di centrale: Centrali termiche

Sottotipo di centrale: Centrali a ciclo combinato

Paese: Italia

Ubicazione: Chivasso, Italia

Potenza: 1140 MW

Quota detenuta: Alpiq: 20%

Messa in esercizio: 1950

Produzione annua: 3001 GWh

Possibilità di visitare: No

Stato: in esercizio

La centrale costruita nel 1953 è stata interamente rinnovata nel 2004. Questa

moderna centrale a ciclo combinato è situata tra la sponda sinistra del fiume Po

e l’imbocco del Canale Cavour. L’impianto è composto da due moduli di

produzione, ambedue comprendenti una turbina a gas e una turbina a vapore

alimentate a gas naturale.

Centrale termoelettrica di Piacenza

Tipo di centrale: Centrali termiche

Sottotipo di centrale: Centrali a ciclo combinato

Paese: Italia

Ubicazione: Piacenza, Italia

Potenza: 860 MW

Quota detenuta: Alpiq: 20%

Messa in esercizio: 1965

Produzione annua: 2593 GWh

Possibilità di visitare: No

Stato: in esercizio

Questa centrale termica alimentata esclusivamente con gas naturale è in

esercizio dal dicembre 2005 e rispetta i principi di tutela ambientale.

L’impianto è composto da turbine a gas e a vapore ed è collegato alla rete di

teleriscaldamento della città di Piacenza. L’acqua di raffreddamento è

prelevata dal fiume Po.

Centrale a gas a ciclo combinato di San Severo

Tipo di centrale: Centrali termiche

Sottotipo di centrale: Centrali a ciclo combinato

Paese: Italia

Ubicazione: San Severo, Foggia

Potenza: 400 MW

Quota detenuta: Alpiq: 60 %

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Messa in esercizio: 2011

Produzione annua: 1600 GWh

Possibilità di visitare: No

Stato: in esercizio

Attraverso la società En Plus, Alpiq ha costruito a San Severo, in provincia di

Foggia, una centrale a gas a ciclo combinato con una potenza elettrica di 400

megawatt e una potenza termica di circa 700 megawatt. Alpiq detiene il 60

percento di EnPlus, accanto ad Avelar Energy Group (30 percento) e a En&En

(10 percento). L’impianto è operativo dal febbraio 2011.

Oltre alla centrale è stata costruita una condotta lunga 22 chilometri per

l’approvvigionamento di gas e una linea ad alta tensione da 380 chilovolt lunga

5,5 chilometri. Le centrali a gas a ciclo combinato, dette anche a ciclo

combinato gas-vapore, si distinguono in particolare per la loro grande

flessibilità, rapida disponibilità ed elevata efficienza. La centrale di San Severo

raggiunge un grado netto di efficienza del 55 percento.

L’impianto di San Severo è stato consegnato chiavi in mano dall’italiana

Ansaldo Energia, impresa che ha costruito anche la centrale Alpiq di Bayet in

Francia, messa in esercizio quest’anno.

Centrale termoelettrica di Sermide

Tipo di centrale: Centrali termiche

Sottotipo di centrale: Centrali a ciclo combinato

Paese: Italia

Ubicazione: Sermide, Italia

Potenza: 1140 MW

Quota detenuta: Alpiq: 20%

Messa in esercizio: 1986

Produzione annua: 2667 GWh

Possibilità di visitare: No

Stato: in esercizio

La centrale situata a 40 km ad est della città di Mantova è

composta da due moduli ognuno in ciclo combinato con una sezione di

produzione con turbina a gas e una con turbina a vapore. La centrale a ciclo

combinato è alimentata esclusivamente con gas naturale. L’acqua di

raffreddamento è prelevata dal fiume Po.

Centrale termoelettrica di Turbigo

Tipo di centrale: Centrali termiche

Sottotipo di centrale: Centrali a ciclo combinato

Paese: Italia

Ubicazione: Turbigo, Italia

Potenza: 1740 MW

Quota detenuta: Alpiq: 20%

Messa in esercizio: 1928

Produzione annua: 2466 GWh

Possibilità di visitare: No

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Stato: in esercizio

Questa centrale termica è situata sulla sponda del Naviglio Grande nella

provincia di Milano e comprende tre sezioni convenzionali funzionanti a olio e

gas. La moderna infrastruttura tecnica assicura il contenimento delle emissioni

nell’atmosfera. L’impianto è collegato alla rete elettrica nazionale a 380 kV.

Centrale termoelettrica Alpiq Vercelli

Tipo di centrale: Centrali termiche

Sottotipo di centrale: Centrali a ciclo combinato

Paese: Italia

Ubicazione: Vercelli, Italia

Potenza: 50 MW

Quota detenuta: Alpiq: 95%

Messa in esercizio: 2004

Produzione annua: 116 GWh

Possibilità di visitare: No

Stato: in esercizio

Nella provincia di Vercelli, Alpiq, insieme a Framo Finanziaria, ha costituito la

società Alpiq Vercelli S.r.l. nella quale partecipa con una quota del 95%. La

centrale a ciclo combinato da 50 MW fornisce elettricità e vapore alla società

Polioli, controllata di Framo Finanziaria, per la propria produzione chimica. Gran

parte dell'energia prodotta viene messa in rete e commercializzata da Alpiq

Energia Italia grazie a un contratto di tolling. La centrale è stata progettata da

Alpiq e costruita insieme a Colenco.

La gestione e la manutenzione sono sotto la responsabilità di Alpiq Produzione

Italia Management.

2 CICLO TERMODINAMICO

Si chiama ciclo termodinamico una serie chiusa di trasformazioni, cioé una

serie di trasformazioni al termine delle quali il sistema si ritrova nello stesso

stato iniziale; l’ambiente esterno avrà subito cambiamenti di lavoro e di

quantità di calore.

Il ciclo termodinamico viene compiuto entro una o più macchine in quanto nella

macchina vengono compiute una o più trasformazioni.

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I cicli diretti trasformano energia utilizzabile del calore (exergia) in energia

meccanica; i cicli inversi trasformano energia meccanica in energia utilizzabile

del calore (exergia)

2.1 CICLO DI CARNOT

Il ciclo di Carnot è un ciclo termodinamico ideale per trasformare in lavoro, con

q

il massimo di efficienza, il calore disponibile da una capacità termica a

1

T T

temperatura costante , essendo la temperatura ambiente. Esso è

a

1

difficilmente realizzabile e pertanto non si hanno schemi di apparecchiature.

L’efficienza deriva immediatamente dal diagramma di Gibbs, osservando che le

B C D A

quantità di calore, aree sottostanti le linee di introduzione del calore e

di sottrazione del calore, sono proporzionali alle rispettive altezze:

q q



1 2

T T

1 2

E' evidente che il rendimento del ciclo di Carnot è sempre unitario.

Stesso risultato si sarebbe ottenuto calcolando nel dettaglio i vertici del ciclo e

le quantità di calore e di lavoro messi in gioco. E’ evidente che, qualora la

T

q

quantità di calore non fosse disponibile alla temperatura costante, ma a

1

1

temperature via via differenti, il ciclo sopra descritto dovrebbe essere suddiviso

T T

in tanti cicli elementari fra le temperature e variabili; verrebbe quindi ad

1 2

introdursi l’entropia. q T

l

 2 2

    

1 1 l =lavoro

q q T

1 1 1

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Ciclo di Carnot nelle rappresentazioni di Clapeyron, di Gibbs e di Collier.

L'esigenza dell'aumento dell'efficienza degli impianti a vapore ha portato alla

introduzione di alcune modifiche di cui esaminiamo le motivazioni:

secondo le indicazioni di Carnot un incremento di efficienza si ottiene tramite

aumento della temperatura massima del ciclo; ciò comporta però un aumento

di pressioni (fino a pressioni sopracritiche cioé superiori a 220 bar).

Il ciclo sarebbe però troppo stretto ed il titolo del vapore allo scarico troppo

basso con inconvenienti e corrosioni sulle palette delle turbine di espansione. Si

introducono allora surriscaldamenti ripetuti, ottenendo gli schemi seguenti

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Schema di impianto a vapore con surriscaldamenti ripetuti (ciclo di Hirn).

Ciclo termodinamico a vapore con surriscaldamenti ripetuti.

L'efficienza si ottiene come rapporto fra il lavoro ottenuto (somma delle

differenze di entalpia per ogni espansione) ed il calore speso (somma delle

differenze di entalpia corrispondenti al primo riscaldamento, evaporazione e

primo surriscaldamento e tutti i surriscaldamenti ripetuti).

2.2 CICLO DI BRAYTON

Il ciclo Brayton converte l'energia termica posseduta dai gas derivanti dalla

combustione del gas naturale in energia meccanica e quindi elettrica.

2.3 CICLO DI RANKINE

Nel ciclo Rankine l'energia termica residua dei gas di combustione viene ceduta

all'acqua per la produzione di vapore e convertita in energia meccanica e

quindi elettrica. 10

Nelle centrali termoelettriche con turbine a vapore il fluido compie un ciclo

termico chiuso, che comprende idealmente le quattro trasformazioni

termodinamiche tipiche del ciclo di Rankine:

 compressione isobarica (a pressione costante) durante il quale il liquido

evapora, passando da vapore umido a saturo secco e, infine, a vapore

surriscaldato;

 espansione adiabatica del vapore;

raffreddamento a pressione costante, durante il quale avviene la

condensazione del vapore che, ritornato allo stato liquido, è in grado di ripetere

il ciclo.

Le trasformazioni che avvengono realmente differiscono più o meno

sensibilmente da quelle ideali; per esempio, l’espansione non è propriamente

adiabatica in quanto, pur se veloce e in ambiente coibentato, c’è sempre una

certa cessione di calore all’esterno.

Il funzionamento del ciclo acqua-vapore è il seguente: il combustibile viene

bruciato, assieme a una certa quantità di aria comburente, dal bruciatore della

caldaia, producendo il calore che determina la vaporizzazione dell’acqua

inviata al generatore di vapore. Si ottiene così vapore saturo secco che viene

surriscaldato nel surriscaldatore S che sfrutta l’energia termica dei fumi.

Il vapore saturo surriscaldato viene inviato nella turbina, all’interno della quale