UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PAVIA Facoltà di Ingegneria
Dipartimento di Ingegneria Elettrica
Dott. Ing. CARLO BELLI Dott. Ing. PAOLO CHIZZOLINI
Professore a contratto di Conversione dell’Energia già Professore incaricato di Centrali Elettriche presso l’Università degli Studi di Pavia presso l’Università degli Studi di Pavia
CONVERSIONE DELL’ENERGIA
Anno accademico 2009-2010
Quippe etenim ventus subtili corpore tenuis Trudit agens magnam magno molimine navem Et manus una regit quantovis impete euntem Atque gubernaclum contorquet quolibet unum, multaque per trocleas et tympana pondere magno commovet atque levi sustollit machina nisu.
(Lucrezio, De rerum natura, IV, 901-907)
Ed infatti il vento, tenue per la sua natura sottile, muove e sospinge una grande nave di poderosa mole e un’unica mano la governa per quanto rapida corra e un solo timone la fa piegare dove tu vuoi,
e per mezzo di pulegge e di ruote molti carichi di grande peso
una macchina smuove e solleva con lieve sforzo.
INDICE
Capitolo 1 – L’energia
1. Principi generali 2. Fonti energetiche 3. Bilancio energetico 4. Consumi di energia 5. L’energia elettrica in Italia5.1. Evoluzione degli impianti italiani
5.2. L’ENEL e il mercato dell’energia elettrica 6. Impianti di generazione in Italia
6.1. Impianti idroelettrici 6.2. Impianti termoelettrici 6.3. Impianti da fonti rinnovabili 7. Produzione di energia elettrica in Italia 8. Consumi di energia elettrica in Italia
8.1. Diagrammi di carico 8.2. Reti elettriche
9.3. Consumi elettrici per settore 9. Scambi con l’estero
10. L’energia elettrica in Europa e nel mondo
Capitolo 2 – Le centrali idroelettriche
1. Premesse e definizioni2. Elementi costitutivi di un impianto idroelettrico 3. Classificazione degli impianti
4. Piano di utilizzazione dei corsi d’acqua 5. Dimensionamento di un impianto
5.1. Componenti del costo-impianto
5.2. Dimensionamento di un impianto ad acqua fluente
5.3. Dimensionamento di un impianto con serbatoio di regolazione stagionale
5.4. Dimensionamento di un impianto con serbatoio di regolazione giornaliero o settimanale 6. Schemi tipici di impianti idroelettrici
7. Opere che compongono un impianto idroelettrico 7.1. Opere di sbarramento
7.1.1. Generalità 7.1.2. Traverse fluviali 7.1.3. Dighe
7.1.3.1. Tipi di dighe
7.1.3.2. Calcolo di stabilità delle dighe 7.1.3.3. Opere di scarico delle dighe 7.1.3.4. Controllo delle dighe 7.2. Opere di presa
7.3. Opere di derivazione 7.3.1. Canali a pelo libero 7.3.2. Vasca di carico 7.3.3. Gallerie in pressione
7.3.4. Vasca di oscillazione o pozzo piezometrico 7.3.5. Condotte forzate
7.3.6. Organi di chiusura e di regolazione 7.4. Opere di restituzione
8. Centrali idroelettriche
8.1. Scelta dell’ubicazione della centrale
8.1.1. Centrali all’esterno 8.1.2. Centrali in caverna 8.2. Macchinario idraulico
8.2.1. Tipi di turbine
8.2.1.1. Turbine ad azione 8.2.1.2.Turbine a reazione
8.2.2. Scelta ed installazione del macchinario idraulico 8.2.3. Collaudo del macchinario idraulico
8.3. Macchinario elettrico 8.3.1. Generatori
8.3.2. Sistemi di eccitazione 8.3.3. Trasformatori
8.3.4. Schemi elettrici tipici
8.3.5. Stazione elettrica annessa alla centrale 8.3.6. Quadro di comando e controllo 8.3.7. Servizi ausiliari
8.3.8. Impianto di terra
8.4. Problemi di regolazione nelle centrali idroelettriche 8.4.1. Generalità
8.4.2. Regolazione della velocità di una turbina idraulica
8.4.3. Regolazione della frequenza in una rete alimentata da più gruppi 8.5. Esercizio delle centrali idroelettriche
8.5.1. Avviamento e marcia dei gruppi 8.5.2. Continuità del servizio
9. Altri impianti idroelettrici 9.1. Impianti di pompaggio 9.2. Centrali mareomotrici
Capitolo 3 – Le centrali termoelettriche
1. Cicli termodinamici1.1. Proprietà dei fluidi
1.2. Trasformazioni dell’acqua in vapore 1.3. Cicli termodinamici
1.3.1. Ciclo Rankine
1.4. Scelta del tipo di impianto termoelettrico 1.5. Determinazione dei costi di generazione 1.6. Scelta del combustibile
1.6.1. Emissioni di anidride carbonica 2. Centrali termoelettriche a vapore
2.1. Schemi tipici di centrale 2.1.1. Circuiti principali 2.1.2. Rendimenti
2.1.3. Sistemazioni impiantistiche 2.1.4. Interazioni con l’ambiente 2.2. Combustibili
2.2.1. Combustibili solidi 2.2.2. Combustibili liquidi 2.2.3. Combustibili gassosi 3. Generatori di vapore
3.1. Circuito aria-gas 3.2. Circuito acqua-vapore
3.3. Circolazione dell’acqua in caldaia 3.3.1. Caldaie a circolazione naturale 3.3.2. Caldaie a circolazione controllata 3.3.3. Caldaie a circolazione forzata
3.3.4. Caldaie a circolazione combinata 3.4. Trasmissione del calore in caldaia
3.5. Dimensionamento del generatore di vapore 3.6. Isolamento termico del generatore di vapore 4. Turbine a vapore
4.1. Turbine ad azione 4.2. Turbine a reazione 4.3. Rendimento delle turbine 4.4. Scelta del tipo di turbina
4.5. Caratteristiche costruttive delle turbine 4.5.1. Statore
4.5.2. Rotore 4.5.3. Cuscinetti 4.5.4. Lubrificazione 4.5.5. Tenute
4.5.6. Valvole di turbina
4.5.7. Dispositivi di controllo e protezione 5. Impianti di condensazione
5.1. Impianto acqua condensatrice in ciclo aperto 5.2. Condensatore
5.3. Impianto acqua condensatrice in ciclo chiuso 5.4. Sistemi di raffreddamento a secco
6. Ciclo condensato-alimento 7. Montante di macchina
7.1. Alternatori 7.2. Trasformatori 7.3. Stazione elettrica
7.4. Circuiti in corrente continua 7.5. Protezioni e blocchi
8. Servizi ausiliari
8.1. Servizi ausiliari elettrici 8.2. Servizi antincendio 8.3. Ciclo acqua servizi 8.4. Ciclo vapore ausiliario 8.5. Ciclo aria compressa 8.6. Impianto acque reflue
8.7. Impianto di demineralizzazione 9. Regolazioni
9.1. Generalità
9.2. Regolazioni principali di una centrale termoelettrica 9.2.1. Regolazione caldaia a corpo cilindrico
9.2.2. Regolazione caldaia ad attraversamento forzato 9.2.3. Regolazioni ausiliarie di caldaia
9.2.4. Regolazioni ausiliarie del ciclo termico 9.2.5. Regolazione turbina
9.2.6. Regolazione alternatore 10. Problemi chimici
10.1. Corrosione nei generatori di vapore 10.2. Corrosione nei condensatori
10.3. Impurezze contenute nei cicli termici
10.4. Condizionamento e conservazione con ammoniaca e idrazina 10.5. Lavaggi acidi
10.6. Condizionamento con ossigeno 11. Salvaguardia ambientale
11.1. Le nuove norme ambientali 11.2. Riduzione degli ossidi di zolfo
11.2.1.1. Processi ad umido 11.2.1.2. Processi a semisecco 11.2.1.3. Processi a secco 11.2.1.4. Processi rigenerativi 11.2.1.5. Processi combinati 11.3. Riduzione degli ossidi di azoto
11.3.1. Interventi primari di denitrificazione 11.3.2. Interventi secondari di denitrificazione 11.4. Captazione delle polveri
Capitolo 4 – Le turbine a gas e i cicli combinati
1. Cicli delle turbine a gas1.1. Cicli a gas ideali 1.2. Cicli a gas reali 1.3. Varianti dei cicli a gas 2. Turbine a gas
2.1. Funzionamento delle turbine a gas
2.2. Avviamento e regolazione delle turbine a gas 2.3. Componenti delle turbine a gas
2.4. Variazione delle prestazioni delle turbine a gas 2.4.1. Variazione della pressione atmosferica 2.4.2. Variazione della pressione allo scarico 2.4.3. Perdite di carico all’aspirazione 2.4.4 Variazione della temperatura dell’aria 2.4.5. Sporcamento del compressore
2.5. Caratteristiche costruttive delle turbine a gas 2.5.1. Compressore
2.5.2. Sistema di combustione 2.5.3. Espansore (turbina)
3. Centrali termoelettriche ripotenziate con turbine a gas 3.1. Schema tipo “fully fired”
3.2. Schema tipo “unfired”
3.3. Cosiderazioni economiche e tecniche sul repowering 4. Centrali a ciclo combinato
4.1. Cicli termodinamici
4.2. Generatore di vapore a recupero (GVR)
4.3. Configurazioni impiantistiche delle centrali a ciclo combinato
4.4. Confronto tra centrali termoelettriche tradizionali e centrali a ciclo combinato 4.5. Ciclo combinato con post-combustione
4.6. Trasformazione di centrali termoelettriche tradizionali in cicli combinati 5. Le turbine a gas e il carbone
5.1. Impianti IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle) 5.2. Caldaie a letto fluido e cicli combinati
5.3. Ciclo a combustione esterna (EFCC)
Capitolo 5 – Gli altri impianti termoelettrici
1. Cogenerazione2. Centrali a recupero
3. Impianti di generazione distribuita 4. Centrali geotermoelettriche 5. Centrali con motori Diesel
Capitolo 6 – Le centrali nucleotermoelettriche
1. Reazioni nucleari1.1. Richiami di fisica atomica 1.2. Radioattività
1.3. Fissione nucleare 2. Fisica del reattore
3. Tecnologia dei reattori di potenza
4. Classificazione dei sistemi nucleari e dei reattori 4.1. Reattori a gas
4.2. Reattori ad acqua in pressione 4.3. Reattori ad acqua bollente 4.4. Reattori veloci
5. Rendimenti, costi, diffusione delle centrali nucleari 6. Opzioni nucleari a breve termine
7. Prospettive a lungo termine
Capitolo 7 – L’energia da fonti rinnovabili
1. Energia dal sole1.1. Celle fotovoltaiche 1.2. Solare termoelettrico 2. Energia dal vento
3. Energia dalle biomasse e dai rifiuti
Capitolo 8 – I nuovi sistemi di generazione
1. Celle a combustibile1.1. Generalità
1.2. Principio di funzionamento 1.3. Sistema di celle
1.4. Tipologie di celle
2. Conversione magnetoidrodinamica (MHD) 3. Conversione elettrogasdinamica (EGD) 4. Onde e correnti
5. Gradienti termici oceanici 6. Fusione nucleare
6.1. Tipologia dei reattori a fusione
