IMPIANTI di CONVERSIONE d ll’ENERGIAdell’ENERGIA · PDF fileIMPIANTI di...

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Corso diCorso diCorso di Corso di IMPIANTI di CONVERSIONE IMPIANTI di CONVERSIONE

d llENERGIAd llENERGIAdellENERGIAdellENERGIA

L i f ti t f i i d i fi liL i f ti t f i i d i fi liLenergia, fonti, trasformazioni ed usi finaliLenergia, fonti, trasformazioni ed usi finaliImpianti a vaporeImpianti a vaporeI t i diI t i diI generatori di vaporeI generatori di vaporeImpianti turbogasImpianti turbogasCicli combinati e cogenerazioneCicli combinati e cogenerazioneIl mercato dellenergiaIl mercato dellenergia

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Corso diCorso diCorso di Corso di IMPIANTI di CONVERSIONE IMPIANTI di CONVERSIONE

d llENERGIAd llENERGIAdellENERGIAdellENERGIA

L i f ti t f i i d i fi liL i f ti t f i i d i fi liLenergia, fonti, trasformazioni ed usi finaliLenergia, fonti, trasformazioni ed usi finaliImpianti a vaporeImpianti a vaporeI t i diI t i diI generatori di vaporeI generatori di vaporeImpianti turbogasImpianti turbogasCicli combinatiCicli combinati e cogenerazionee cogenerazioneIl mercato dellenergiaIl mercato dellenergia

2

CC

C T U

Gruppo turbogasGruppo turbogas

3

CC

C T U

Gruppo turbogasGruppo turbogas

4

CC

C T U

Gruppo turbogas

Caldaia a recuperotopping

Gruppo turbogas

T U

Gruppo avaporebottoming

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CC

C T U

Gruppo turbogas

Caldaia a recuperotoppingIl ciclo combinato gas Il ciclo combinato gas -- vapore rappresenta oggi vapore rappresenta oggi indiscutibilmente la migliore tecnologia per la indiscutibilmente la migliore tecnologia per la produzione di energia elettrica da gas naturale,produzione di energia elettrica da gas naturale,Gruppo turbogasproduzione di energia elettrica da gas naturale, produzione di energia elettrica da gas naturale, in termini di efficienza, di emissioni e di costi in termini di efficienza, di emissioni e di costi sia di investimento che operativi.sia di investimento che operativi.

T UNellultimo decennio stato protagonista di una Nellultimo decennio stato protagonista di una vera e propria rivoluzione nel settore dellindustria vera e propria rivoluzione nel settore dellindustria termoelettrica spodestando le centrali a vapore daltermoelettrica spodestando le centrali a vapore dal

Gruppo avaporebottoming

termoelettrica, spodestando le centrali a vapore dal termoelettrica, spodestando le centrali a vapore dal ruolo praticamente monopolistico finora detenuto.ruolo praticamente monopolistico finora detenuto.

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Il problema da affrontare consiste in:

recuperare nel modo pi efficiente possibile il calore disponibile in una sorgente gassosa la cui temperatura diminuisce quando si estrae calore;

cedere il calore non convertito in energia meccanica ad un pozzo di calorecedere il calore non convertito in energia meccanica ad un pozzo di calore a temperatura costante (lambiente)

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Il problema da affrontare consiste in:

recuperare nel modo pi efficiente possibile il calore disponibile in una sorgente gassosa la cui temperatura diminuisce quando si estrae calore;

cedere il calore non convertito in energia meccanica ad un pozzo di calorecedere il calore non convertito in energia meccanica ad un pozzo di calore a temperatura costante (lambiente)

T Tmaxx

La forma triangolare permette :

di acquisire e cedere calore sotto differenze di t t ll Trasformazione didi temperatura nulle

di sottrarre ai gas tutto il calore disponibile raffreddandoli fino a T0

Trasformazione di raffreddamento

Ciclo

S

T0operare co compressione ed espansione reversibili

Temperatura ambiente

reversibile

STemperatura ambiente

8

Per un ciclo reversibile

Tmax

Th

x

Ciclo Con gas ideale

Rendimento

S

T0

reversibile Rendimentodi un ciclo di Carnot

ss0

h0

S

Temperatura media logaritmica tra T e T0

9

Per un ciclo reversibile

Nel caso reale si produrr un lavoro W inferiore:

Con gas idealeRendimentoRendimentodi un ciclo di Carnot

Temperatura media logaritmica tra T e T0

Fattore di recupero

10

recupero

Per un ciclo reale

Purtroppo nella pratica non esister un gas che capace di assorbire calore a temperatura costante e poi cederne una parte a temperatura costante condensando.

E interessante verificare come si comporta un ciclo di Carnot:

Tmax

TSA: il fluido di lavoro si riscalda a temperatura costante

E interessante verificare come si comporta un ciclo di Carnot:

x

SB : i gas non si possono raffreddare sino a T0

SATe

Il rendimento di Recupero dipender ovviamente da Te

Si pu dimostrare che il massimo rendimento si ha con:

S

T0SB

Esempio: T=500 C e T0 =15 C S0

= 0,3895 = 0,6209 I = 0,2419

Contro R =0,4136

11

Contro R 0,4136

Per un ciclo reale

Si possono utilizzare pi cicli di Carnot, partendo da due

Tmax

T

x

Te

S

T0

S

12

Per un ciclo reale

Si possono utilizzare pi cicli di Carnot, partendo da due

sino ad arrivare a pi livelli Nellesempio precedente il rendimento passa a 0 3056 con due livelli

Tmax

T

0,3056 con due livelli0,3349 con tre livelli di espansione.

x

Te

S

T0

S

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Per un ciclo reale

Si possono utilizzare pi cicli di Carnot, partendo da due

sino ad arrivare a pi livelli Nellesempio precedente il rendimento passa a 0 3056 con due livelli0,3056 con due livelli

0,3349 con tre livelli di espansione.

Per potersi avvicinare al ciclo reversibile si pu utilizzare: Per non ricorrere a pressioni eccessive si pu utilizzarep

un ciclo a vapore, che condensi a temperatura costante, ma con una evaporazione

d i

Per non ricorrere a pressioni eccessive si pu utilizzare lammoniaca che ha una temperatura critica di 132,4C

ma presenta notevoli problemi di sicurezza

ad una pressione certamente ipercritica

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Per un ciclo reale

Si possono utilizzare pi cicli di Carnot, partendo da due

sino ad arrivare a pi livelli Nellesempio precedente il rendimento passa a 0 3056 con due livelli0,3056 con due livelli

0,3349 con tre livelli di espansione.

Per potersi avvicinare al ciclo reversibile si pu utilizzare: p

un ciclo a vapore, che condensi a temperatura costante, ma con una evaporazione

d iad una pressione certamente ipercritica

oppure un gas che si riscalda lungo una isobaraun gas che si riscalda lungo una isobara, si espande seguendo una adiabatica isoentropica e poi si segua una trasformazione di compressione paraisoterma composta da numerose compressioni ed interrefrigerazioni

Entrambe le soluzioni si presentano difficilmente praticabili

numerose compressioni ed interrefrigerazioni

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difficilmente praticabili

Potenzialit dei cicli combinati

Se si suppone che il ciclo bottoming operi recuperando il solo calore disponibile nei gas di scarico del turbogas (UNFIRED):

Rendimento del ciclo di recupero

Rendimento Potenza termica dispersa in fonti

di d i dinetto della turbogas

Potenza termica disponibile nei gas

di scarico

diverse dai gas di scarico

Nel caso studiato didi scarico Nel caso studiato di Tsc = 599,7 C e T0 =15 C con GT =0,3555 e = 0,0144 si ha CC = 0,6415 ipotizzando r reversibileCC , p r

in pratica si vedr tale valore scendere a 0,57

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LA CALDAIA A RECUPERO

CC

C T U

Gruppo turbogas

topping

Gruppo turbogas

T U

Gruppo avaporebottoming

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LA CALDAIA A RECUPERO

CC

C T U

Gruppo turbogas

topping

Gruppo turbogas

T U

Gruppo avaporebottoming

18

LA CALDAIA A RECUPERO

CC

C T U

Gruppo turbogasGruppo turbogas

T

500

T[K]400 Raffreddamento

T UC400

300

del gas

economizzatore

Gruppo avapore200

100

preriscaldamento

190

0 20 40 60 80 100%Potenza termica scambiata

LA CALDAIA A RECUPERO

CC corpo cilindrico

C T U

Gruppo turbogasGruppo turbogas

TRaffreddamento

500

T[K]400

T UC

del gas

economizzatore

400

300

Gruppo avapore200

preriscaldamento100

200 20 40 60 80 100%Potenza termica scambiata

0

LA CALDAIA A RECUPERO

CC corpo cilindrico

C T U

Gruppo turbogas500 Gruppo turbogas

TRaffreddamento surriscaldatore

500

T[K]400

T UC

del gas

economizzatore

evaporatore

300

Gruppo avapore

evaporazione

200

preriscaldamento

surriscaldamento100

210 20 40 60 80 100%Potenza termica scambiata

0

LA CALDAIA A RECUPERO

CC corpo cilindricoTap approach point ch il minimo valore del salto termico tra il gas entrante ed il vapore surriscaldato

C T U

Gruppo turbogas

p