Centrale termoelettrica
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Una centrale termoelettrica è un impianto per la produzione di energia elettrica tramite il vapore e/o tramite gas. Essa è divisa in tre elementi essenziali: la caldaia, la turbina e l'alternatore.
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[modifica] Il ciclo
Il ciclo delle centrali comincia dall'acqua. L'acqua che successivamente diverrà vapore in caldaia necessita di un trattamento chimico di demineralizzazione. La demineralizzazione è essenziale per preservare il funzionamento e la durata nel tempo delle tubazioni, ma soprattutto delle pale della turbina.
[modifica] La demineralizzazione dell'acqua
L'acqua usata nei cicli delle centrali termoelettriche può essere sia acqua di mare che acqua dolce di falda o di fiume. In base alla provenienza essa subirà un diverso pretrattamento che nel caso di acqua salata prende il nome di dissalamento: il caso che prendiamo in esame esclude l'acqua salata.
Il pretrattamento delle acque avviene in vasche con funzione di flocculazione e precipitazione di sostanze solide raggruppate appunto in flocculi ottenuti tramite prodotti chimici quali un polielettrolita. L'acqua si purifica delle scorie solide e delle sostanze impure. Viene inoltre abbattuta la durezza temporanea attribuita alla presenza di bicarbonato di calcio e magnesio tramite soda.
Per eliminare la durezza permanente è necessario agire tramite un trattamento con resine ioniche, cationiche e lettomisto. Il processo descritto nella voce demineralizzazione, consente la completa e certa eliminazione delle impurità, permettendo a questo punto di inserire l'acqua nel ciclo di alimento.
[modifica] Trasformazione dell'acqua in vapore
Prima di entrare nella caldaia, l'acqua di alimento subisce una serie di passaggi di preriscaldamento onde aumentare la sua temperatura. Unico passaggio obbligato è la degasazione tramite torretta degasante, l'acqua immessa dall'alto viene investita dal passaggio di vapore in controcorrente per eliminare eventuali residui di gas e ossigeno molecolare eventualmente presenti. Successivamente la pompa di alimentazione immetterà l'acqua in caldaia.
Nella maggior parte delle centrali sono presenti diversi (fino a dieci) rigeneratori, ovvero, scambiatori di calore nei quali vapore parzialmente espanso, spillato in bassa pressione, preriscalda l'acqua di alimento (fino a 300 °C e oltre), aumentando sensibilmente il rendimento complessivo della centrale.
In caldaia l'acqua ha una temperatura e una pressione variabile in base al tipo di generatore di vapore e alle esigenze di impianto. Il calore sviluppato dalla combustione dei bruciatori permette di aumentare l'entalpia dell'acqua, onde ottenere vapore surriscaldato. Il vapore surriscaldato può a questo punto essere utilizzato per l'espansione in turbina.
I cicli di surriscaldamento, allo stato della tecnologia attuale, arrivano ad un massimo di tre. Ogni ciclo eleva la temperatura media di funzionamento dell'impianto e il suo rendimento termodinamico.
[modifica] Dal vapore all'energia elettrica
Il vapore surriscaldato immesso in turbina trasforma la sua energia termica, ossia la sua entalpia in lavoro e quindi in energia meccanica di movimento. Il moto della turbina, unita ad un alternatore consente la generazione di energia elettrica.
Il vapore che ha lavorato in tutti i vari stadi di palettature della turbina si scarica in sotto vuoto in un condensatore. Nel condensatore, il vapore condensa in acqua che verrà reimmessa in ciclo grazie a delle pompe di estrazione.
[modifica] La tecnologia del ciclo combinato gas-vapore
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Per approfondire, vedi la voce Centrale a ciclo combinato. |
Nell'intento di aumentare il rendimento energetico delle centrali termoelettriche si sta diffondendo negli ultimi anni l'uso dei cicli combinati gas-vapore. Il ciclo combinato gas-vapore si basa su di un turbogas composto da un compressore, calettato alla turbina e all'alternatore, che immette l'aria comburente, prelevata dall'atmosfera, nella camera di combustione. La miscela aria-gas immessa brucia nella camera di combustione ed i fumi di scarico vengono utilizzati per ottenere lavoro meccanico in turbina. Una successiva caldaia a recupero utilizza gli stessi fumi caldi uscenti dalla turbina per generare vapore che viene in seguito fatto espandere in una turbina a vapore generando ulteriore lavoro. In genere le centrali a ciclo combinato hanno il vantaggio di un minor impatto ambientale in termini di emissioni, poiché sfruttano combustibili leggeri quali gas metano o gasolio oltre che un minor utilizzo di acqua per la condensazione. Inoltre hanno un rendimento molto più alto delle centrali termoelettriche tradizionali, in quanto i fumi in uscita sono utilizzati per la creazione di vapore per creare nuovamente energia elettrica. Tale rendimento (elettrico) arriva a sfiorare il 60%. Nel caso in cui sia prevista la cogenerazione (energia elettrica e termica) a fronte di un rendimento di primo principio di circa 87% si vede un leggero calo del rendimento elettrico.
[modifica] Impianti in attività
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, 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.
