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OrizzontEnergia

Ciclo Combinato

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CICLI COMBINATI: PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO E CARATTERISTICHE

I gas scaricati dalla turbina a gasturbina a gas
In senso stretto il termine turbina a gas indica la macchina in cui avviene l'espansione dei fumi derivanti dalla combustione di gas naturale. Essa è costituita da un compressore che comprime l' aria comburente, un combustore dove avviene la reazione chimica di combustione vera e propria ed un turbo espansore che è l'organo da cui si ricava lavoro utile. In senso più ampio, invece, il termine turbina a gas identifica l'intero impianto motore per la produzione di energia elettrica.
hanno un elevato contenuto energetico in virtù della loro elevata temperatura. Nell’ottica, quindi, di un risparmio di risorse si è pensato di sfruttare questa proprietà per ricavare ulteriore lavoro utile, unendo un ciclo a gas con uno a vapore.

Termoelettrico: ciclo combinato

Si parla di ciclo combinatociclo combinato
Si parla di ciclo combinato quando i gas di scarico in uscita da una turbina a gas vengono impiegati come sorgente di calore per un ciclo a vapore, essendo a temperatura molto alta (circa 600°C). Si tratta in pratica di far funzionare in cascata una turbina a gas e un impianto a vapore, ottimizzando in questo modo il recupero delle 'potenzialità energetiche' dei gas di scarico (la conversione in energia meccanica è tanto più efficiente quanto più i di scarico sono caldi).
quando i gas di scaricoscarico
Qualsiasi immissione di acque reflue in acque superficiali, sul suolo, nel sottosuolo e in rete fognaria, indipendentemente dalla loro natura inquinante, anche sottoposte a preventivo trattamento di depurazione. Sono esclusi i rilasci di acque previsti all'art. 114 (rilasci da diga).
in uscita da una turbina a gas vengono impiegati come sorgente di calore per il ciclo a vapore, essendo a temperatura molto alta (circa 600°C). Si tratta in pratica di far funzionare in cascata una turbina a gas e un impianto a vapore, ottimizzando in questo modo il recupero delle ‘potenzialità energetiche’ dei gas di scarico (la conversione in energia meccanicaenergia meccanica
Somma dell'energia potenziale e dell'energia cinetica che in un mondo ideale privo di attriti rimarrebbe costante. In realtà in tutti i processi fisici parte dell'energia meccanica viene dissipata dalle forze d'attrito, ma non scompare nel nulla: essa si trasforma nell'energia interna delle molecole che costituiscono i corpi tra cui c'è stato attrito ed è accompagnata da un aumento di temperatura. Facciamo l' esempio di un sasso che cade. Durante il moto dell'oggetto l'energia cinetica e l'energia potenziale assumono valori diversi istante per istante. In particolare, l'energia cinetica aumenta (perché cresce la velocità) e quella potenziale gravitazionale diminuisce (perché l'altezza diminuisce). Nonostante queste grandezze cambino continuamente, la loro somma rimane costante in assenza di attriti. Ma visto che gli attriti esistono, parte del l'energia meccanica viene dispersa e, alla fine, si ritrova sotto forma di calore del sasso e dell'aria che, sebbene in modo impercettibile, si sono portati ad una temperatura maggiore.
è tanto più efficiente quanto più i di scarico sono caldi).

 

La turbina a gas converte in energia elettricaenergia elettrica
Forma di energia ottenibile dalla trasformazione di altre forme di energia primaria (combustibili fossili o rinnovabili) attraverso tecnologie e processi di carattere termodinamico (ovvero che coinvolgono scambi di calore) che avvengono nelle centrali elettriche. La sua qualità principale sta nel fatto che è facilmente trasportabile e direttamente utilizzabile dai consumatori finali. Si misura in Wh (wattora), e corrisponde all'energia prodotta in 1 ora da una macchina che ha una potenza di 1 W.
più del 30 % dell’energia termicaenergia termica
Calore.
prodotta nella combustionecombustione
Processo chimico esotermico (ovvero che comporta sviluppo di calore) in cui il combustibile si combina con l'ossigeno presente nell'aria oppure appositamente separato (comburente). La reazione di combustione avviene previo innesco localizzato (accensione).
; la restante energiaenergia
Fisicamente parlando, l'energia è definita come la capacità di un corpo di compiere lavoro e le forme in cui essa può presentarsi sono molteplici a livello macroscopico o a livello atomico. L'unità di misura derivata del Sistema Internazionale è il joule (simbolo J)
termica è rilasciata come calore residuo nei gas di scarico. Nel generatore di vaporegeneratore di vapore
Apparecchio che trasferisce calore ad un liquido (generalmente acqua) in modo da generare vapore oppure liquido avente una temperatura più elevata di quella presenta all'ingresso del generatore. Il calore è quello sviluppato dal combustibile bruciato in camera di combustione oppure quello generato da reazioni nucleari oppure quello recuperato da gas caldi provenienti da processi industriali (in questo caso si parla di generatori a recupero). I generatori di vapore coprono un ampio intervallo di dimensioni, fino a quelli impiegati nelle centrali elettriche alti fino ad 80 m in grado di produrre oltre 1000 kg/s di vapore con temperature e pressioni piuttosto elevate.
tale calore produce vapore che genera un’ulteriore quantità di energia elettrica pari a circa la metà di quella prodotta dal turbogas. Tutto ciò è possibile senza modificare in alcun modo la turbina a gas, già sviluppata per l’uso in ciclo semplice, ma solo aggiungendo dei componenti tecnologicamente ben noti essendo derivatiderivati
Prodotti finanziari il cui valore deriva dall'andamento del valore di una determinata attività (definita "sottostante del prodotto derivato"). I derivati vengono utilizzati principalmente con finalità di copertura dal rischio oppure con finalità di speculazione (intesa nel senso di esposizione ad un rischio per ricavare profitto).
dalla pratica decennale degli impianti a vapore. Anche la turbina a vaporeturbina a vapore
La turbina è il componente di una centrale termoelettrica dove l'energia termodinamica del vapore viene convertita in lavoro meccanico. Il vapore, infatti, esercita un lavoro sulle pareti dei condotti, man mano che diminuisce la sua pressione, cioè man mano che si espande. Questo lavoro, mette in rotazione un albero motore collegato ad un generatore elettrico.
rimane sostanzialmente invariata sia dal punto di vista della progettazione sia dal punto di vista della tecnologia costruttiva.

Termoelettrico: cicli combinati

Rispetto agli altri impianti di generazione le centrali a ciclo combinato presentano le seguenti caratteristiche:

-Elevati rendimenti (55-56 % contro 40 % degli impianti a vapore) che comportano un utilizzo più razionale ed efficiente del combustibile. L’accoppiamento tra le 2 tecnologie del ciclo a gas (in grado di operare ad alte temperature) e del ciclo a vapore (efficiente a medie e basse temperature) porta all’ottenimento di rendimenti di conversione molto superiori a quelli delle singole tecnologie. L’elevato rendimentorendimento
In termini generali il rendimento è il rapporto tra "quanto ottenuto" in un processo e "quanto speso" per fare avvenire lo stesso processo. In termodinamica rappresenta la capacità di un sistema di convertire l'input di calore in lavoro utile. Il rendimento è un numero puro (cioè non ha unità di misura) ed è sempre compreso tra 0 e 1. A seconda dei termini che vengono messi a confronto è possibile ottenere diverse tipologie di rendimento utili a definire la bontà di un processo o di una macchina (per esempio rendimento elettrico, rendimento termico, ecc..) ma il ragionamento alla base è sempre lo stesso.
è il motivo principale dell’enorme successo industriale dei cicli combinati a gas naturalegas naturale
Idrocarburo che ha un'origine simile al petrolio, che si forma a partire dalla decomposizione anaerobica (cioè in assenza di ossigeno (O2) di microorganismi, attraverso processi biologici avvenuti nel corso delle ere geologiche. La composizione del gas naturale varia notevolmente a seconda del sito di formazione, ma in genere presenta un'alta percentuale di metano (dal 70 al 95 %), anidride carbonica (CO2CO2
Gas inodore, incolore e non infiammabile, la cui molecola è formato da un atomo di carbonio legato a due atomi di ossigeno. È uno dei gas più abbondanti nell'atmosfera, fondamentale nei processi vitali delle piante e degli animali (fotosintesi e respirazione).

), azoto (N2) e idrogeno solforato (H2S).
.

-Ottime prestazioni ambientali dovute all’impiego di gas naturale, un combustibile ‘pulito’ che non contiene polveri e con emissioni post- combustione di CO2 molto ridotte.

-Impianto relativamente semplice è costituito da componenti ‘standard’ che hanno ormai da tempo raggiunto un’ottima maturità tecnologica e che comportano tempi di installazione e costruzione ridotti (circa 2 anni e mezzo).

-Ridotti costi d’investimento.

 

LA CALDAIA A RECUPERO, ELEMENTO PECULIARE

Esistono diverse configurazioni di impianti a ciclo combinato, tuttavia l’elemento peculiare dove si realizza lo scambioscambio
Scambio tra energia elettrica immessa ed energia elettrica prelevata, nel caso in cui l'immissione e il prelievo avvengono in momenti differenti.
termico tra gas i di scarico e l’acqua è la caldaia a recupero. Qui i gas di scarico provvedono al riscaldamento dell’acqua, alla sua vaporizzazione e al surriscaldamentosurriscaldamento
Raggiungimento di temperature critiche.
del vapore, permettendo di recuperare così energia altrimenti dispersa nell’atmosferaatmosfera
Involucro di gas e vapori che circonda la Terra, costituito prevalentemente da ossigeno e da azoto, che svolge un ruolo fondamentale per la vita delle specie, perché fa da schermo alle radiazioni ultraviolette provenienti dal Sole. Essa si estende per oltre 1000 km al di sopra della superficie terrestre ed è suddivisa in diversi strati: troposfera (fino a 15-20 chilometri), stratosfera (fino a 50-60 chilometri), ionosfera (fino a 800 chilometri) ed esosfera.
da parte della turbina a gas.

Dal punto di vista costruttivo la caldaia a recupero è profondamente diversa da una caldaia a combustione. Nella caldaia a recupero non sono mai presenti zone in cui i gas combusti si trovano a temperature particolarmente elevate perché la temperatura massima è imposta dalle condizioni del gas uscente dalla turbina a gas, non avviene nessun processo di combustione. Al contrario, in una caldaia a combustione la zona della fiamma è prossima ai 2000 °C e questo impone di mantenere le tubazioni in condizioni controllate pena la rottura fisica dei tubi.

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