Capitolo
7
Bilancio Energetico
Potendo usufruire dei risultati della simulazione, `e possibile eseguire il bilan-cio delle potenze di competenza di ciascun elemento dell’impianto, al fine di quantificarne e dimensionarne le caratteristiche nominali.
Si prender`a in considerazione, ancora una volta, il regime di funzionamento nominale dell’impianto, considerandolo regime limite superiore di funziona-mento.
La convenzione per quanto riguarda l’indicazione dei dati sugli schemi sar`a la seguente: un rombo indicher`a la potenza in ingresso o uscita, di ciascun ele-mento; la natura di tale potenza dipender`a dal tipo di elemento impiantistico considerato; potr`a, quindi, essere di natura Elettrica, Termica o Meccanica. Un’Ellisse indicher`a l’entit`a delle portate (espresse in kg/s); si potr`a trat-tare di portate di vapore, di acqua, di ossigeno o di Idrogeno, a seconda dell’elemento.
189 7.1. Combustori
7.1
Combustori
Per quanto riguarda entrambi i combustori, si ha la seguente situazione:
Figura 96 - Bilancio Combustore HPCB
Figura 97 - Bilancio Combustore LPCB
Le aree sottese, rappresentate nel diagramma (s,T) rappresentano le quan-tit`a di energia termica, sull’unit`a di massa, somministrata al fluido vettore, da parte del combustibile.
7.2. Turbine 190
trascurare il fatto che la portata di fluido di lavoro sia maggiore in questo caso, e quindi, con essa, la potenza in gioco.
7.2
Turbine
Le quattro turbine sono interessate dai seguenti flussi di potenza1
, per i quali i salti entalpici sono al netto delle perdite per irreversibilit`a del processo di espansione:
Figura 98 - Turbina HT
1
191 7.2. Turbine
Figura 99 - Turbina HHT
7.2. Turbine 192
Figura 101 - Turbina LT
193 7.3. Gli Scambiatori di Calore
7.3
Gli Scambiatori di Calore
Per quanto riguarda questi componenti, ad eccezione del condensatore a mi-scela, si `e supposto che essi siano scambiatori operanti in controcorrente, e per i quali si possano ritenere trascurabili le perdite di calore verso l’esterno. I bilanci ponderali ed energetici sono di seguito riportati:
7.3. Gli Scambiatori di Calore 194
195 7.3. Gli Scambiatori di Calore
Figura 105 - Bilancio del Condensatore
Per quanto riguarda il caso del condensatore bisogna osservare che, non tutta la portata di vapore ˙m3 viene condensata, ma soltanto la ˙m1, mentre la
rimanente portata di vapore ( ˙m3− ˙m1) `e direttamente espulsa allo stato di
vapore, mediante gli eiettori. La potenza termica in gioco durante il processo di condensazione `e data dalla seguente espressione:
7.4. I Moto-Compressori 196
dove il termine CLC esprime il “Calore Latente di Condensazione”2
; nel caso di funzionamento a regime nominale si ha:
qCON D= 95.9 · (2733 − 2545) + 95.9 · 2444 = 252.4 MW
La potenza termica persa in seguito all’espulsione del vapore in surplus, pu`o essere stimata tramite la seguente espressione:
qplus= ( ˙m3− ˙m1) · h8 = 165.3 MW
In definitiva, il processo di condensazione produce una perdita di potenza termica pari a:
qCON D+ qplus = 417.7 MW
7.4
I Moto-Compressori
Mentre l’idrogeno si considera gi`a compresso, e disponibile ai livelli di pres-sione di esercizio3
, l’ossigeno deve essere estratto dall’aria, mediante i sepa-ratori d’aria, e compresso mediante i moto-compressori, il cui bilancio `e il seguente:
2
Che nelle condizioni di pressione considerate vale 2444 kJ/kg (Fonte: [1]) 3
L’energia richiesta per la compressione del combustibile `e a carico dell’impianto di generazione dell’idrogeno, non a carico dell’impianto in oggetto
197 7.4. I Moto-Compressori
Figura 106 - Moto-Compressore 1 (50bar)
7.5. Le Pompe 198
7.5
Le Pompe
Con esclusione della pompa relativa alla sezione di estrazione del vapore in surplus, la cui trattazione `e stata affrontata in maniera meno esplicativa, per quanto riguarda le due principali pompe dell’impianto, ovvero la pompa di alimento (BFP) e di estrazione condensato (CP), si ha il seguente bilancio:
Figura 108 - Pompa di Alimento BFP
199 7.6. L’Alternatore
7.6
L’Alternatore
L’ultimo anello della catena `e costituito dall’Alternatore (Macchina Sin-crona); questa macchina ha il compito di trasformare la potenza meccanica disponibile all’asse (resa dalle turbine) in potenza elettrica. Come tutte le macchine, anche l’alternatore `e sede di perdite (nel rame, nel ferro e per-dite per ventilazione), in questo caso tali perper-dite ammontano allo 0.5% della potenza meccanica netta4
; il bilancio complessivo `e di seguito riportato:
Figura 110 - Bilancio Alternatore
7.7
Potenze Nominali e Flussi di Potenza
Dai risultati ottenuti dal bilancio globale di impianto, `e possibile dedurre le potenze nominali di ciascun elemento, ed indicare le grandezze che costitui-scono un dimensionamento di massima:
4
7.7. Potenze Nominali e Flussi di Potenza 200
Elemento P.Nom. Note
[MW] HPCB 745 Termica LPCB 930 Termica HT 40 Meccanica HHT 140 Meccanica HIT 196 Meccanica LT 166 Meccanica Recuperator 165 Termica HRBL 95 Termica
Elemento P.Nom. Note
[MW] RHE 50 Term. COND 260 Term. BFP 5 Mecc. CP 2 Mecc. SEP 4 Mecc. M2a 10 Mecc. M2b 2.1 Mecc.
Alternatore 660 MVA App. Tabella 13 - Caratteristiche Nominali (500MWe)
Un’altra grandezza che vale la pena indicare `e il consumo specifico di combustibile; per le centrali termoelettriche tradizionali si ha:
CS = 2200 kWhkcal .
Per quanto riguarda il N.R.C. si ha:
CS= 860
ηel = 1321
kcal kWh
che risulta paragonabile al C.S. dei pi`u moderni impianti a Ciclo Combinato (∼ 1400 kWhkcal )
Si riporta di seguito, una rappresentazione grafica dei flussi di potenza nei vari tratti, relativi al regime nominale, mediante un diagramma di Sankey5
. 5
Lo spessore trasversale (rispetto alla direzione del flusso) `e proporzionale alla potenza che fluisce nel corrispettivo tratto.
201 7.7. Potenze Nominali e Flussi di Potenza
