1 La determinazione del consumo specifico netto con il metodo indirettolll

Capitolo 1 ● La determinazione del consumo specifico netto con il metodo indiretto

1 La determinazione del consumo specifico netto con

il metodo indiretto

lll

Il consumo specifico netto (CSN) di una centrale termoelettrica a ciclo combinato è definito dal seguente rapporto:

elettrica fuel netto E E CS = dove: fuel

E : energia chimica del gas naturale utilizzato dal turbogas, [kcal];

elettrica

E : energia elettrica immessa in rete dal ciclo combinato, [kWh].

Per determinare con il metodo indiretto il consumo specifico netto di una centrale termoelettrica si fa uso della cosiddetta curva di riferimento. Per ogni centrale la curva di riferimento associa alla potenza elettrica immessa in rete il consumo specifico netto. Le curve di riferimento sono valide solo quando i parametri operativi interni (assetto dell’impianto) ed esterni (condizioni ambientali) assumono dei valori ben definiti. Nel caso della centrale di La Casella questi parametri assumono i seguenti valori:

● IGV aperte (100% del carico); ● TET turbogas: 580°C;

● condensatore “pulito” (HEI Cleanliness Factor pari ad 1); ● temperatura dell’aria: 15°C (secondo norma ISO 2314);

● pressione atmosferica: 1013,25 mbar (secondo norma ISO 2314); ● umidità relativa dell’aria: 60% (secondo norma ISO 2314);

● temperatura dell’acqua di refrigerazione: 15°C;

● PCI del gas naturale: 47081 kJ/kg (secondo norma ISO 2314); ● frequenza di rete: 50 Hz.

Per la centrale di La Casella quelle sopra elencate sono le condizioni operative di riferimento.

Affinchè le curve di riferimento diano risultati attendibili anche quando le condizioni operative sono diverse da quelle per le quali sono valide è necessario correggere i valori della potenza netta (quella immessa in rete) e del consumo specifico netto. Gli strumenti utilizzati per portare la potenza netta (Wnetta) ed il consumo specifico

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netto (CSnetto) alle condizioni di riferimento sono le curve di correzione: h Curve di correzione della potenza netta

In Figura 1.1 è riportato un esempio di curva di correzione della Wnetta dove: • Sulle ascisse è indicato il parametro operativo (Tamb, Pamb, …) rispetto al quale

si effettua la correzione della Wnetta. L’ipotesi è che tutti gli altri parametri siano ai loro valori di riferimento e quindi ininfluenti sulla modifica della Wnetta.

• Sulle ordinate è indicato il coefficiente di correzione della Wnetta. Il coefficiente di correzione è il rapporto tra:

ƒ la Wnetta generata per valori generici del parametro di correzione; ƒ la Wnetta generata alle condizioni operative di riferimento.

• Il punto A rappresenta il comportamento della centrale termoelettrica quando le condizioni operative coincidono con quelle di riferimento.

PO POrif POgen POgen Condizioni di riferimento 1 KPO W > 1 KPO W < 1 KPO W = PO W PO PO K W W rif gen ₌

Curva di correzione della Wnetta

A

Figura 1.1 Esempio di curva di correzione della Wnetta

h Curve di correzione del consumo specifico netto

In Figura 1.2 è riportato un esempio di curva di correzione del CSnetto dove: • Sulle ascisse è indicato il parametro operativo (Tamb, Pamb, …) rispetto al quale

si effettua la correzione del CSnetto. L’ipotesi è che tutti gli altri parametri siano ai loro valori di riferimento e quindi ininfluenti sulla modifica del CSnetto.

• Sulle ordinate è indicato il coefficiente di correzione del CSnetto. Il coefficiente di correzione è il rapporto tra:

Capitolo 1 ● La determinazione del consumo specifico netto con il metodo indiretto

ƒ il CSnetto che si ha per valori generici del parametro di correzione; ƒ il CSnetto che si ha alle condizioni operative di riferimento.

• Il punto A rappresenta il comportamento della centrale termoelettrica quando le condizioni operative coincidono con quelle di riferimento.

PO POrif POgen POgen Condizioni di riferimento 1 KPO CS > 1 KPO CS< 1 KPO CS = PO CS PO PO K CS CS rif gen ₌

Curva di correzione del CSnetto

A

Figura 1.2 Esempio di curva di correzione del CSnetto

La determinazione del CSnetto con il metodo indiretto avviene secondo la seguente procedura (visualizzata in Figura 1.3):

1 Si entra sull’asse delle ascisse della curva di riferimento con la Wnetta effettiva (quella misurata al generico istante).

2 Si corregge la Wnetta effettiva. La Wcorr (ovvero la potenza che si misurerebbe se si fosse alle condizioni di riferimento) è data dal rapporto tra:

ƒ Weff : potenza netta misurata al generico istante;

ƒ i : prodotto dei coefficienti di correzione della W

W iK

∏

condizioni operative che si hanno al generico istante.

3 Si risale, grazie alla curva di riferimento, dalla Wcorr al CSnetto corretto (ovvero al consumo specifico che si avrebbe se si fosse alle condizioni di riferimento). 4 Si calcola il CSnetto effettivo (quello che realmente si ha alle condizioni operative

del generico istante). Il CSeff è dato dal prodotto tra:

ƒ CScorr : consumo specifico netto alle condizioni di riferimento; ƒ i : prodotto dei coefficienti di correzione del CS

CS iK

∏

Capitolo 1 ● La determinazione del consumo specifico netto con il metodo indiretto Wnetta i W i eff corr K W W

∏

∏

Figura 1.3 Determinazione del CSnetto con il metodo indiretto

Per poter determinare con il metodo sopra esposto il CSnetto del ciclo combinato della centrale di La Casella è indispensabile avere a disposizione delle appropriate curve di correzione.

Le ipotesi su cui si basano le curve di correzione (variazione di un solo parametro operativo mentre tutti gli altri sono ai loro valori di riferimento) non ne consentono la definizione a partire dai veri dati d’impianto.

Dato che i risultati delle prove di esercizio non sono utilizzabili è stato necessario realizzare un modello di simulazione termodinamica della centrale di La Casella. Quest’ultimo, sviluppato con il codice di calcolo GateCycle, ha lo scopo di ricalcare con adeguata precisione le prestazioni del vero impianto.

Grazie al modello termodinamico sarà possibile porsi alle condizioni di riferimento e poi modificare a piacimento un solo parameto operativo alla volta. In questo modo, effettuando simulazioni secondo un’appropriata matrice sperimentale, si potranno raccogliere quei valori della Wnetta e del CSnetto che permetteranno di tracciare le curve di correzione.

In questo lavoro di tesi saranno costruite le curve di correzione della Wnetta e del CSnetto per le variazioni dei seguenti parametri operativi:

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● temperatura dell’aria; ● pressione atmosferica; ● umidità relativa dell’aria; ● PCI del gas naturale; ● pulizia del condensatore.

Inoltre, per ognuno dei parametri sopra elencati, verranno presi in considerazione tre punti di correzione:

● 100% del carico: IGV aperte (inclinazione palette pari a 0°); ● 75% del carico: IGV a metà (inclinazione palette pari a 20°); ● 50% del carico: IGV chiuse (inclinazione palette pari a 40°).

Quanto sopra esposto presuppone che il ciclo combinato abbia un comportamento lineare nei confronti delle variazioni dei parametri di correzione.1 Questa ipotesi, sicuramente non valida, è, per motivi pratici di calcolo, comunemente accettata.

1

Correggere la Wnetta ed il CSnetto grazie al prodotto di coefficienti che rappresentano il peso della variazione di un solo parametro operativo significa applicare il principio di sovrapposizione degli effetti e quindi ammettere che il sistema (ciclo combinato) sia lineare.