La produzione di Energia partendo dalla Potenza installata Le

Prof. Ing. Danilo Urso – Docente Università degli Studi di Lecce - Facoltà di Ingegneria
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La produzione di Energia partendo dalla Potenza installata
L’energia si produce facendo funzionare una centrale di una certa potenza per un determinato tempo.
Quindi la quantità di energia ottenuta la si può variare in due modi:
•
Agendo sulla regolazione della potenza
•
Agendo sul tempo di funzionamento a quella potenza
A sua volta la regolazione di potenza può essere ottenuta in discontinuo (ON/OFF di un gruppo) oppure
in continuo come variazione percentuale da 0 a 100 della potenza installata dei gruppi accesi.
(In pratica non si viaggia con regolazioni a basse percentuali; comunque si cerca di evitarle perché i
rendimenti dell’intero impianto decadono).
E’ di tutta evidenza che il limite massimo teorico di energia producibile da un impianto è dato dal
funzionamento di tutti i gruppi al 100% della loro potenza nominale per 8760 ore, cioè 24 ore al giorno
per 365 giorni/anno.
L’energia realmente prodotta in 1 anno da un impianto di potenza elettrica installata andrebbe sempre e
comunque confrontata con questa soglia massima di energia teorica producibile.
Il rapporto tra l’energia annua realmente prodotta e l’energia annua teoricamente producibile ci
fornisce in modo semplice, inequivocabile e confrontabile omogeneamente con altri casi, la percentuale
di utilizzo di quell’impianto rispetto alla sua potenzialità.
Tutto quanto fin qui spiegato fa tipicamente riferimento all’energia elettrica prodotta (in MWh) ed alla
potenza elettrica in MWel.
Le emissioni di CO2 (Anidride Carbonica)
Per passare all’analisi ed alla previsione delle emissioni (ivi incluse quelle di CO2) associate alla
produzione di quell’energia elettrica è necessario trasferire il discorso sul piano termico, ossia
analizzare il consumo di combustibile avente un determinato potenziale calorico necessario alla
combustione che fornisce l’energia termica che sarà poi in parte trasformata in energia elettrica.
Come noto, infatti, solo una parte variabile dal 35% al 55% dell’energia termica ottenuta dalla
combustione del combustibile si trasforma in energia elettrica.
Tale percentuale di trasformazione corrisponde al rendimento globale dell’impianto.
I valori tipici del rendimento globale sono (orientativamente):
•
0,35-0,40 per gli impianti termoelettrici a vapore convenzionale
•
0,52-0,56 per gli impianti a ciclo combinato (non cogenerativi e cogenerativi)
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A parità di energia prodotta un miglior rendimento corrisponde ad un minor consumo di combustibile e
quindi ad emissioni quantitativamente minori.
A parità di combustibile consumato è poi il suo contenuto di carbonio e di altre sostanze che
caratterizza qualitativamente (oltre che quantitativamente) le emissioni.
Cioè a parità di consumo di combustibile, un combustibile con minor contenuto di carbonio, produce
minori emissioni di CO2.
Quindi, riassumendo:
•
Se il rendimento cresce, a parità di qualità di combustibile, il consumo di combustibile
diminuisce e le emissioni diminuiscono;
•
All’aumentare del potere calorifico del combustibile diminuisce il consumo di combustibile
necessario per ottenere la stessa quantità di energia termica dalla combustione, ma non è detto
che a ciò corrisponda una riduzione delle emissioni.
Esse infatti vanno analizzate caratterizzandole per specie inquinante e, da caso a caso, andrà valutato il
contenuto di ciascuna specie delle emissioni correlandola alla caratterizzazione del combustibile.
Confronto tra un impianto convenzionale a carbone ed impianto a ciclo combinato
alimentato a gas
Vediamo ora di rendere di facile comprensione (pur senza rinunciare al rigore scientifico) il confronto
tra l’energia prodotta da un impianto convenzionale alimentato a carbone ed un impianto a ciclo
combinato alimentato a gas.
Innanzitutto va confrontata l’efficienza energetica di trasformazione dei due impianti ossia il loro
rendimento globale:
•
η impianto convenzionale = 0,40
•
η impianto a ciclo combinato = 0,55
Quindi a favore del ciclo combinato vi sono almeno 15 punti percentuali assoluti, che tradotti in
miglioramento relativo dell’efficienza rispetto al ciclo base:
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∆η=
( 0,55 − 0,40 ) = 0,375
0,40
Cioè 37,5% di miglioramento relativo.
Confronto tra i combustibili utilizzati
Trasformando opportunamente il potere calorifico inferiore del gas attraverso la sua densità standard in
termini massici (ossia ad esempio in Kcal/Kg) per poterlo confrontare in maniera omogenea con quello
del combustibile solido, otteniamo che i due valori per il gas ed il carbone sono mediamente abbastanza
simili e si aggirano attorno alle 6.000 Kcal/Kg (potendo però variare anche più del 10%).
Quindi non esistono differenze davvero forti a livello di contenuto calorico.
Ciò che è fortemente differente è il contenuto di carbonio, quindi il contributo alle emissioni di CO2
che ciascuno di essi fornisce.
Tale contributo (inteso come emissione) si misura con il cosiddetto “fattore di emissione” che, espresso
tipicamente con riferimento al potenziale termico, si misura in tonnellate CO2/TJ.
Esso vale:
•
0,90-1,00 per il carbone
•
0,56 per il gas naturale
Se poi tale valore lo traduciamo con riferimento all’energia elettrica prodotta, il parametro assume il
nome di “coefficiente alfa di emissione” e si esprime in Kg/MWh.
Alfa vale:
•
757 Kg/MWh per il carbone
•
358 Kg/MWh per il gas naturale
Come riportato dalla tabella 4.1 del piano di acquisizione della quota di CO2 (Italia) per il quinquennio
2008-2012 (proposto dal DEC.RAS 1448 del 18/12/2006 ed osservato dalla Decisione della
Commissione UE del 15 maggio 2007).
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