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Centrali Termoelettriche - Proff. Ingg. M. Gambini – M. Vellini

FONTI DI ENERGIAsostanza o fenomeno capace di dar luogo ad una liberazione di energia

si possono classificare in:

• Fonti energetiche primarie

• Fonti energetiche secondarie

quelle che si trovano disponibili in natura

quelle che si ottengono da operazionitecnologiche su sostanze costituenti lefonti primarie


FONTI DI ENERGIA

FONTI DI ENERGIA

di formazione

accumulate

continuamentefluenti

• geotermica• nucleare• gradienti termici

(terrestri e marini)

• combustibili– solidi (carbone)– liquidi (petrolio)– gassoso (metano)

• idraulica• combustibili (legno)• maree• venti, moto ondoso• solare raggiante


• Energia elettrica

Le fonti di energia vengono sfruttate per produrreenergia in forma utile all’uomo

• Energia meccanica

• Energia termica

“forza motrice” di macchine, apparecchiature, dispositivi vari

illuminazionecalore per processi civili e industriali, produzione di freddo per scopi civili e industriali

per la trazione, la propulsione, etc

calore per usi civili e industriali


ENERGIACHIMICA

ENERGIANUCLEARE

ENERGIATERMICA(geotermica)

ENERGIAMECCANICA(idraulica, eolica)

ENERGIARAGGIANTE

energia termica

energia elettrica

energia meccanica

Utilizzazionecivile e

industriale

Riscaldamentocivile e

industriale

Trazione e utilizzazione

industriale

forme alla sorgente

forme alla utilizzazione

SCHEMA DEI PROCESSI DI CONVERSIONE


ENERGIACHIMICA

energiatermica

energia elettrica

energiameccanica

Processi di conversione realizzati con motori termici (si fermano allaproduzione di energia meccanica utile, ad esempio per trazione epropulsione) e con centrali termoelettriche (comprendono anche latrasformazione di energia meccanica in elettrica) alimentate a combustibilifossili.

Coprono la maggior parte della produzione di energia meccanica edelettrica

MOTORI TERMICI E

CENTRALI TERMOELETTRICHE


ENERGIAMECCANICA

(idraulica)energia elettricaenergia meccanica

È la fonte rinnovabile più sfruttata per la produzione di energia elettrica

CENTRALI IDROELETTRICHE


Esempio di centrale nucleare

ENERGIANUCLEARE energia termica

energia elettrica

energia meccanica


CONSUMO DI FONTI ENERGETICHE PRIMARIESituazione mondiale

Evoluzione dal 1973 al 2007

Mtoe



confronto 1973 - 2007


Mtoe





confronto 1973 - 2007


PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICASituazione mondiale


TWh


PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICASituazione mondialeconfronto 1973 - 2007


PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICASituazione mondiale


TWh


PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICASituazione mondialeconfronto 1973 - 2007


EMISSIONI TOTALI DI CO2Situazione mondiale


Mt


EMISSIONI TOTALI DI CO2Situazione mondialeconfronto 1973 - 2007


PRICESCrude Oil (US Dollars/barrel) Steam Coal (US Dollars/tonne)

Natural Gas (US Dollars/Mbtu)


L’energia elettrica

Stazione di trasmissione


PROCESSI DI PRODUZIONE DELL’ENERGIA ELETTRICA

• Centrali idroelettriche

• Centrali termoelettriche

• Centrali termonucleari

combustibili liquidi(olio combustibile)

combustibili solidi(carbone)

combustibili gassosi(gas naturale)


CENTRALI IDROELETTRICHEENERGIA

MECCANICA(idraulica)

energia elettricaenergia meccanica


CENTRALI TERMOELETTRICHE

ENERGIACHIMICA

energia termica energia elettricaenergia

meccanica

Una centrale termoelettrica realizza nella pratica un ciclo diconversione dell’energia al fine di generare potenza elettrica utile apartire da potenza termica messa a disposizione da un combustibile.

IMPIANTOMOTORETERMICO

c im H⋅

pQ

mPelP


GLI IMPIANTI MOTORI A VAPORE


GLI IMPIANTI MOTORI CON TURBINE A GAS


GLI IMPIANTI MOTORI CON TURBINE A GASlay-out concettuale


GLI IMPIANTI COMBINATI GAS-VAPORE


I combustibili costituiscono la fonte energetica primaria per l’alimentazione degliimpianti di conversione dell’energia. Attraverso la fase di combustione essi rendonodisponibile l’energia termica che viene parzialmente convertita in energiameccanica

COMBUSTIBILI FOSSILI

COMBUSTIBILIFOSSILI

solidi(carboni fossili)

liquidi(olio combustibilederivati petroliferi)

gassosi(gas naturale)

• IV

• IV• TG

• IV• TG• IC


Le principali caratteristiche dei combustibili, in relazione all’alimentazione degli impianti motori, risultano:

• il potere calorifico (Hi);• il rapporto stechiometrico aria/combustibile (αst);• il costo (€/kg)

Proprietà Carbone(*) Olio comb. Gas Naturale(**)

Hi (kJ/kg) 25000 42000 50000

Hs (kJ/kg) 26500 44500 55500

%C (peso) 62 88 75

%H (peso) 4.5 11 25

%S (peso) 3.5 0.3 0

αST 9 14 17.4

Tt (kJ/kg) 2500 2800 2700

TTC (°C) 2050 2150 2050

Costo (€/kg) 0.05 0.13-0.15 0.20-0.25

Costo(€/GJ) 2.0 3,0-3.5 4.0-4.5(*) Valori ricavati dal carbone tipo Illinois.(**) CH4 al 100%.

COMBUSTIBILI FOSSILI


Bilancio di sintesi dell’energia in Italia(106 tonnellate equivalenti di petrolio)

Relatore

Note di presentazione

Nelle tabelle che seguono viene effettuata una “fotografia”, quanto più possibile aggiornata, dell’assetto energetico nazionale posto anche a confronto con quello europeo ed internazionale. Dai dati riportati si può notare la grande dipendenza del settore energetico nazionale dai combustibili fossili, aggravata rispetto alla media europea, dalla mancanza di apporti da fonte nucleare. E’ evidente anche che le risorse energetiche vengono soprattutto importate dall’estero ed inoltre, circostanza che suscita molti dubbi e perplessità, che viene importata dall’estero una consistente quotaparte di energia elettrica (vedi slide 96).


Bilancio di energia elettrica in ItaliaPotenza efficiente lorda in Italia

31 dicembre 2003 Produttori Autoproduttori TotaleImpianti idroelettrici MW 20689,7 296,9 20986,6Impianti termoelettrici MW 54387,5 4734,4 59121,9

MW 53680,5 4734,4 58414,9MW 707 0 707

Impianti eolici e fotovoltaici MW 880,7 0 880,7totale MW 75957,9 5031,3 80989,2

31 dicembre 2008 Produttori Autoproduttori TotaleImpianti idroelettrici MW 21449,3 191,2 21640,5Impianti termoelettrici MW 71118,8 5610,8 76729,6

MW 70407,8 5610,8 76018,6MW 711 0 711

Impianti eolici e fotovoltaici MW 3965,9 3,2 3969,1totale MW 96534,0 5805,2 102339,2

tradizionali geotermoelettrici

tradizionali geotermoelettrici

Relatore


La potenza efficiente di un impianto è la massima potenza elettrica possibile per una durata di funzionamento sufficientemente lunga per la produzione esclusiva di potenza attiva. La potenza efficiente è lorda se misurata ai morsetti dei generatori elettrici dell’impianto o netta se misura all’uscita dello stesso, dedotta cioè la potenza assorbita dai servizi ausiliari dell’impianto e dalle perdite nei trasformatori di centrale.


Bilancio di energia elettrica in ItaliaBilancio dell’energia elettrica in Italia nel periodo 2005/2008

2005 2006 2007 2008 2008/2007GWh GWh GWh GWh variaz. %

Produzione lorda 303671,9 314090,3 313888,0 319129,6 1,7 Idrica 42926,9 43425,0 38481,3 47226,5 22,7 Termica 253073,1 262164,9 265764,2 261328,4 -1,7 Geotermica 5324,5 5527,4 5569,1 5520,3 -0,9 Eolica 2343,4 2970,7 4034,4 4861,3 20,5 Fotovoltaica 4,0 2,3 39,0 193,0 395,4Consumi dei servizi ausiliari 13064,0 12864,3 12589,0 12065,0 -4,2Produzione netta 290607,9 301225,9 301299,0 307064,5 1,9 Idrica 42356,9 42882,7 37962 46672,6 22,9 Termica 240887,1 250169,6 254022,7 250,149,1 -1,5 Geotermica 5021,8 5207,7 5242,8 5197,6 -0,9 Eolica 2338,1 2963,7 4032,3 4852,4 20,3 Fotovoltaica 3,9 2,3 39,0 192,9 395,2Destinata ai pompaggi 9319,4 8751,9 7653,6 7617,7 -0,5Produzione destinata al consumo 281288,5 292474,0 293645,5 299447 2Ricevuta da fornitori esteri 50264,0 46595,5 48930,8 43432,5 -11,2Ceduta a clienti esteri -1109,5 1610,6 2648,1 3398,4 28,3RICHIESTA 330433,0 337458,9 339928,2 339480,9 -0,1

Relatore


Produzione lorda di energia elettrica: somma delle quantità di energia elettrica prodotte misurate ai morsetti dei generatori elettrici Produzione netta di energia elettrica: somma delle quantità di energia elettrica prodotte misurate in uscita degli impianti, deducendo cioè la quantità di energia elettrica destinata ai servizi ausiliari della produzione Energia elettrica destinata ai pompaggi: energia elettrica impiegata per il sollevamento di acqua, a mezzo pompe, al solo scopo do essere utilizzata successivamente per la produzione di energia elettrica Energia richiesta su una rete: è la produzione destinata al consumo meno l’energia elettrica esportata più l’energia elettrica importata. È anche pari alla somma dei consumi di energia elettrica presso gli utilizzatori ultimi e delle perdite di trasmissione e di distribuzione.


Bilancio di energia elettrica in EuropaProduzione, richieste e scambi di energia elettrica nel periodo 2005/2007

Produzione lorda (TWh)Idroelettrica 64,0 62,0 63,7Eolica 2,2 2,169 4,14Fotovoltaica 0,012 0,054 0,026Termoelettrica 58,1 59,6 61,9Geotermica 0,0 0,0 0,0Nucleare 450,2 450,2 439,7

Potenza efficiente lorda (GW)Idroelettrica 25,6 25,5 26,1Eolica 1,388 1,388 2,454Fotovoltaica 0,033 0,034 0,047Termoelettrica 28,2 25,2 25,2Geotermica 0,0 0 0Nucleare 63,0 63,3 63,3

537,1Produzione netta dest. al consumo (TWh) 550,1 541,5

Richiesta (TWh)

118,1 115,4 117,0-63,6 -63,6 -56,8

FRANCIA 2005 2006 2007

574,5 574,0 569,4

486,5 477,9 480,3Saldo scambi estero (TWh)

Produzione (TWh) lordaIdroelettrica 27,1 26,8 27,5Eolica 30,5 30,7 39,5Fotovoltaica 2,0 1,589 3,500Termoelettrica 408,3 410,0 425,4Geotermica 0,0 0,0 0,0Nucleare 167,4 167,4 140,5

Idroelettrica 9,9 8,3 9,0Eolica 20,622 20,622 22,247Fotovoltaica 3,063 2,743 3,846Termoelettrica 80,9 79,4 79,3Geotermica 0,0 0,0 0,0Nucleare 20,4 20,2 20,2

Produzione netta dest. al consumo (TWh) 594,8 586,5 588,0

635,3 636,5 636,5

Saldo scambi estero (TWh) -16,1 -17,0 -16,4Potenza efficiente (GW) 134,9 131,3 134,6

Richiesta (TWh) 578,6 569,5 571,7

GERMANIA 2005 2006 2007



Potenza efficiente (GW) 83,7 82,7 84,5

REGNO UNITO 2005 2006 2007

399,1 398,7 397,5

Produzione netta dest. al consumo (TWh) 383,7 376,5 373,5

Richiesta (TWh) 393,0 385,6 378,7Saldo scambi estero (TWh) +9,3 +9,2 +5,2



Saldo scambi estero (TWh) -3,3 -3,3 -5,8

Produzione netta dest. al consumo (TWh)

Richiesta (TWh) 286,4 279,5 290,8

302,8 298,0 308,6

289,7 282,8 296,6

SPAGNA 2005 2006 2007

Potenza efficiente (GW) 81,3 81,4 91,6


Bilancio di energia elettrica nel Mondo

GW

Europa 276,9 748,6 1,291 172,2 57,131 4,965 1261,1 27,7America del Nord 171,8 878,5 2,27 112,9 18,59 0,706 1184,8 26,0resto d'America 148,0 129,0 1,4 4,4 0,4 0,0 283,2 6,2Africa 22,8 97,0 0,157 1,8 0,421 0,01 122,2 2,7Asia 285,2 1260,7 3,63 82,6 15,696 2,173 1650,0 36,2Oceania 15,0 46,1 0,532 0 1,326 0,08 63,0 1,4Mondo 919,3 3156,8 9,243 373,9 93,519 7,997 4560,8 100,0

TWh

Europa 828,2 3139,9 9,949 1217,1 105,559 3,841 5304,5 26,7America del Nord 635,1 3404,1 16,902 930,1 35,292 0,704 5022,2 25,3resto d'America 703,3 515,6 10,34 30,10 1,189 0,010 1260,5 6,3Africa 101,9 497,1 0,853 12,3 0,9 0,5 613,6 3,1Asia 847,0 5939,3 19,971 535,8 22,778 0,164 7365,0 37,1Oceania 42,3 255,3 3,468 0 7,098 0,079 308,2 1,6Mondo 3158,5 13750,0 61,485 2725,4 172,95 5,336 19873,7 100,0

Produzione lorda di energia elettrica nel mondo al 31 dicembre 2007

Termica Geo termica

Nucleare Totale %Idrica Eolica Foto voltaica

Potenza efficiente netta nel mondo al 31 dicembre 2007

Termica Geo termica

Nucleare Totale %Idrica Eolica Foto voltaica

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