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Ciclo combinato

Il funzionamento e le caratteristiche del ciclo combinato utilizzato nelle centrali

    Cicli combinati: principi di funzionamento e caratteristiche

    I gas scaricati dalla turbina a gas 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.

    Schema funzionamento ciclo 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 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 meccanica è tanto più efficiente quanto più i gas di scarico sono caldi).

    La turbina a gas converte in energia elettrica più del 30% dell’energia termica prodotta nella combustione; la restante energia termica è rilasciata come calore residuo nei gas di scarico. Nel generatore di vapore 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 derivati dalla pratica decennale degli impianti a vapore. Anche la turbina a vapore rimane sostanzialmente invariata sia dal punto di vista della progettazione sia dal punto di vista della tecnologia costruttiva.

     

    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 rendimento è il motivo principale dell’enorme successo industriale dei cicli combinati a gas naturale;
    • 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 scambio 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 surriscaldamento del vapore, permettendo di recuperare così energia altrimenti dispersa nell’atmosfera 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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