Centrali Termoelettriche (12 CFU)

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Informazioni generali

  • Anno di corso: 1°
  • Semestre: 1°
  • CFU: 12

Docente responsabile

Programma del corso

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 dalle centrali a vapore.
  • 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 delle 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 del syngas.
  • Cicli misti gas-vapore: illustrazione delle configurazioni di cicli innovativi ed individuazione dei processi fisico-termodinamici non convenzionali. Analisi della condensazione di vapore d’acqua in presenza di incondensabili e illustrazione della relativa metodologia di calcolo. Analisi dell’espansione di miscele umide e di vapore e incondensabili e illustrazione delle relative metodologie di calcolo.

Sistemi avanzati per la riduzione di emissioni di CO2 dalle centrali termoelettriche

  • Analisi delle possibili metodologie per una drastica riduzione delle emissioni di 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.

Risultati d'apprendimento previsti

Il corso intende fornire le metodologie di analisi termodinamica dei cicli di conversione dell’energia e definire i criteri per l’ottimizzazione delle loro prestazioni energetiche, i criteri fondamentali per la valutazione tecnico-economico-ambientale delle centrali termoelettriche alimentate con combustibili fossili, ed inoltre intende illustrare i sistemi energetici non convenzionali (emergenti ed avanzati) fornendo le necessarie metodologie di calcolo per la valutazione delle loro prestazioni.

Eventuali propedeuticità

Nessuna.

Testi di riferimento

  • Materiale fornito dai docenti
  • M. Gambini, Appunti per le lezioni di Conversione dell’Energia, Texmat, 2005
  • G. Lozza, Turbine a gas e cicli combinati, Società Editrice Esculapio, Bologna, 2a edizione, 2006

Ultimo aggiornamento Mercoledì 07 Maggio 2014 14:10

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