Termoelettrica

Tra i sistemi termoelettrici alimentati con i combustibili fossili (a tutt'oggi i più diffusi), quelli che presentano meno inconvenienti sono:

1)le centrali turbogas a ciclo combinato (TGCC) le quali possono essere alimentate anche a biogas e quindi in futuro potrebbero essere sistemi alimentati da combustibili rinnovabili, oggi hanno il pregio di poter generare sia elettricità che calore e quindi permettono una maggiore efficienza dovuta al massimo rendimento del combustibile impiegato, essendo alimentati a metano (se non a biogas) possono essere installati nelle vicinanze di centri abitati (sempre che le emissioni in atmosfera siano sotto controllo anche da parte della cittadinanza) e con il teleriscaldamento fornire l'energia termica necessaria nelle abitazioni. Almeno parzialmente quindi producono risparmio o recupero energetico che di per se è una fonte rinnovabile.

2)I cogeneratori o trigeneratori di energia, sono sistemi anche di poche decine di kW di potenza che hanno il pregio di utilizzare al massimo il combustibile necessario alla produzione sia di energia elettrica che di energia termica, nel caso l'energia termica sia calore e freddo si dicono trigeneratori, rispetto alle grosse centrali TGCC hanno il pregio di fornire energie nel luogo in cui sono necessarie, i migliori sistemi sarebbero quelli con turbine a gas, per un minor impatto ambientale, interessanti sono i cogeneratori installati in allevamenti o nei centri di depurazione delle acque reflue o comunque dove è possibile produrre il biogas per l'alimentazione del sistema.

Con l’espressione "ciclo combinato" si definisce l’unione di due cicli tecnologici, uno compiuto da aria e gas naturale (ciclo a gas) e l’altro compiuto da acqua e vapore (ciclo a vapore), entrambi finalizzati a produrre energia elettrica con elevato rendimento.

Nell'immagine è illustrato il principio di funzionamento della centrale a ciclo combinato.

Ciclo a gas

Un compressore aspira, attraverso un filtro silenziatore, l’aria dall’ambiente esterno portandola a pressioni elevate.

L’aria così compressa viene immessa in camera di combustione assieme al combustibile, costituito da gas naturale: la miscela che si forma viene incendiata e i gas prodotti ad alta pressione e temperatura si espandono in una turbina a gas (turbogas) che, ruotando, trascina un alternatore che genera energia elettrica.

I gas scaricati dal turbogas sono ancora molto caldi e, se rilasciati direttamente in atmosfera, costituirebbero uno spreco energetico che l’impianto pagherebbe in termini di rendimento.

Ciclo a vapore

Per evitare questo spreco e incrementare il rendimento della centrale, i gas di scarico del turbogas vengono inviati in un generatore di vapore a recupero, un grosso scambiatore di calore dove i gas cedono calore all’acqua, vaporizzandola.

A questo punto i gas della combustione possono essere avviati al camino, avendo ormai una temperatura molto bassa e un basso contenuto energetico.

Il vapore prodotto nel generatore a recupero va ad alimentare una seconda turbina, questa volta a vapore, che trascina nella sua rotazione un secondo alternatore per la generazione di energia elettrica.

In questa tipologia di centrali è prevista anche la possibilità di utilizzare il calore dell'acqua alla fine del ciclo per il teleriscaldamento, ciò consente di avere rese energetiche vicine al 90%.

N.B. : Nelle centrali termoelettriche si può utilizzare anche biogas ottenuto da biomasse
 

 

I sistemi di cogenerazione e trigenerazione sono ottimi mezzi di recupero e risparmio energetico: dal 60% al 100% di risparmio di combustibili fossili a seconda delle tipologie di impianto e necessità energetiche. Oggi sono tecnicamente maturi ed economicamente convenienti per poter essere adottati diffusamente Nella produzione convenzionale di energia elettrica soltanto il 35% dell'energia primaria fornita al sistema viene trasformata in energia elettrica mentre il 65% viene dissipata nell'ambiente con gravi conseguenze di carattere economico ed ambientale. Invece, nella produzione di energia elettrica mediante cogenerazione, soltanto il 15% dell'energia primaria viene sprecata, mediamente il 37% viene convertito in energia elettrica ed il 48% recuperato e trasformato in energia termica come acqua calda, acqua surriscaldata o vapore. Con soluzioni tecniche di nuova generazione si raggiungono rendimenti elettrici nell'ordine del 42% pari a 2,33 kW di energia primaria per ottenere 1 kW di energia elettrica L'investimento nella cogenerazione ha un ritorno economico (pay back) in tempi brevi, proprio per le sue caratteristiche di efficienza.

La temperatura minima dall'acqua refrigerata è di 5° C con l'utilizzo di macchine ad assorbimento, di 3° C con macchine ad adssorbimento o di -30° C con macchine ad assorbimento acqua/ammoniaca.

Quando il calore ricavato dalla turbina o dal motore viene trasformato all'occorrenza in energia frigorifera si parla di trigenerazione

La trasformazione dell' energia termica in energia frigorifera è resa possibile dall' impiego del ciclo frigorifero ad assorbimento il cui funzionamento si basa su trasformazioni di stato del fluido refrigerante (acqua) in combinazione con la sostanza (bromuro di litio) utilizzata quale assorbente.