Il post odierno riprende una serie di tre post presentati circa due anni fa all’inizio della mia collaborazione con AppuntiDigitali, nei quali illustravo alcune basi necessarie per la comprensione del sistema Energia – Produzione, tema che torna sempre in auge quando si parla di fonti energetiche, come è avvenuto recentemente nelle discussioni seguite ai post sull’Energia Nucleare.
Dalle considerazioni e dai molti commenti che ricadevano sulle problematiche della produzione e regolazione dell’energia elettrica, ho ritenuto utile riproporre quanto in precedenza già affrontato in modo da riposizionare le basi necessarie per un discorso tecnicamente ben impostato sulle fonti energetiche.
PRODUZIONE DELL’ENERGIA – IL CASO ITALIA
Come da me già evidenziato varie volte in precedenza nei post e nei commenti, l’energia elettrica rappresenta una forma di energia basata su un equilibrio tra produzione e richiesta dell’utenza, sia in termini “quantitativi” che “temporali“.
L’energia elettrica infatti deve venire prodotta “just in time” in base alle richieste dell’utenza, pertanto gli impianti di produzione necessitano una elevatissima capacità di regolazione, si pensi all’esempio limite dell’accensione di una lampadina in una casa, energia elettrica che deve venire prodotta nel preciso istante nel quale si preme l’interruttore.
Vista così la situazione sembra impossibile da gestire, e di fatto questo scenario è per davvero uno scenario limite per due motivi: il primo motivo è il “fattore di contemporaneità”, ovvero nello stesso istante di tempo vi è la contemporanea azione di diverse utenze che richiedono o cessano di richiedere un certo quantitativo di energia, il secondo è la predittività della richiesta elettrica mediante l’approccio statistico, ovvero si riesce a prevedere l’andamento della richiesta elettrica sulla base di valutazioni statistiche basate sui dati storici di consumo e sui parametri di stagionalità del consumo.
Tutto ciò però lascia sempre un certo margine di aleatorietà, rendendo pertanto sempre necessaria la presenza di impianti dedicati alla regolazione delle fluttuazioni della richiesta.
In base a queste considerazioni preliminari è immediatamente comprensibile come un sistema elettrico necessiti di diverse tipologie di impianti in grado di realizzare il migliore equilibrio di funzionamento.
Una curva qualitativa del “diagramma di carico” giornaliero riferito ad una “giornata tipo” è il seguente:
Dall’esame di questo diagramma si può individuare un “Carico di Base PB” (indicato con B) che rappresenta grossomodo il carico medio, al di sopra del quale si individuano principalmente due picchi di richiesta (indicati con A) e due “eccedenze” del carico di base rispetto alla richiesta (indicate con C), il tutto in funzione dell’ora del giorno (indicata in ascissa).
Poiché risulta grossomodo sempre presente una quota minima di energia richiesta, sia durante il giorno che durante la notte, è possibile impiegare per essa impianti di grossa taglia caratterizzati da una certa economicità del kWh prodotto, ovvero gli Impianti Termoelettrici a Vapore.
Tali impianti possono operare con combustibili piuttosto differenti tra loro trattandosi di impianti a combustione esterna, pertanto possono venire utilizzati combustibili solidi (Carbone e RSU, anche se questi ultimi impiegati in piccoli impianti noti come Termovalorizzatori), liquidi (Olio combustibile, Orimulsion) e gassosi (Gas Naturale, Metano, Biogas, SynGas).
Gli Impianti a Vapore presentano rendimenti dell’ordine del 40%, elevate potenze installate sul singolo impianto, con scarsa capacità di seguire il carico elettrico, ma con il pregio di non risentire in maniera consistente in termini di variazione del rendimento quando operano in condizioni di off design (al di sotto della potenza nominale).
Impianti a Vapore (come ormai dovrebbe essere noto a tutti, visto il gran parlare di essi in questo ultimo periodo) sono anche gli Impianti Nucleari.
Poiché statisticamente si conosce l’andamento dei picchi di potenza, pur senza potere prevedere le richieste fluttuanti che caratterizzano il bordo della curva, è possibile adottare impianti via via più piccoli e regolabili (ma con un costo marginale del kWh prodotto crescente) per coprire queste richieste.
Tale compito viene delegato principalmente agli impianti TurboGas a Ciclo Combinato ed a Ciclo Semplice.
Si tratta di impianti alimentati principalmente con combustibili gassosi, anche se può venire utilizzato anche dell’olio combustibile leggero a basso contenuto di zolfo, e le possibilità di regolazione sono strettamente dipendenti dalla potenza dell’impianto, essendo disponibili impianti TG in una fascia di potenza estremamente ampia.
Per i grossi impianti TG a Ciclo Combinato la regolazione può avvenire intervenendo sia sulla potenza della Turbina a Gas che sull’eventuale post combustione nella sezione a vapore, metodologia che influenza il rendimento complessivo dell’impianto, mentre nel caso del Ciclo Semplice si agisce direttamente sulla TG.
Per impianti operanti in condizioni nominali i rendimenti si attestano (allo stato dell’arte) su valori dell’ordine del 60% (con la tendenza al 65%) per i grossi impianti a Ciclo Combinato, e su valori del 30-35% per impianti a Ciclo Semplice.
La “regolazione fine” viene effettuata principalmente mediante impianti idroelettrici operanti secondo lo schema di funzionamento dei due bacini, chiamati Impianti di Pompaggio.
Si tratta di impianti a produzione complessiva di energia nulla, in quanto l’acqua che fluisce dal bacino di monte al bacino di valle durante il giorno viene riportata al bacino di monte durante la notte per permettere di avere sempre un volume di acqua necessaria per la regolazione, pertanto l’energia che viene consumata durante la notte è parte dell’energia del carico di base che eccede la richiesta istantanea durante la notte.
Questa procedura può apparire priva di significato in quanto si ha esclusivamente un consumo di energia senza una produzione netta, ma di fatto è resa necessaria dall’esigenza di disporre sempre e comunque di una massa d’acqua da far fluire in turbina per la regolazione.
L’integrazione delle varie forme di produzione dell’energia elettrica nel sistema di produzione Italiano, sia tradizionali che rinnovabili, verranno esaminate nel prossimo post, pertanto anche per oggi è tutto, vi aspetto lunedì prossimo, sempre su AppuntiDigitali, sempre con la rubrica Energia e Futuro.
