Dopo avere parlato la scorsa settimana delle caratteristiche generali del Sistema Elettrico Nazionale, illustrando i punti principali quale la curva di carico e la necessità e modalità di regolazione degli impianti, andiamo quest’oggi ad esaminare più in dettaglio il funzionamento di tale sistema.
TRE CATEGORIE DI IMPIANTI – UNA SOLA ENERGIA
Riprendendo quanto esposto la scorsa settimana, risulta abbastanza evidente la necessità di coniugare quanto più possibile una produzione di energia sufficiente a soddisfare il fabbisogno delle utenze con un livello di potenza istantanea che corrisponda esattamente alle richieste dei singoli carichi collegati in rete, esattamente nel momento in cui questi la richiedono, e tutto ciò a causa delle problematiche legate all’accumulo di energia che non ne permettono un differimento tra la fase di produzione e quella di impiego, salvo quanto normalmente avviene attraverso i bacini di pompaggio.
Come precedentemente indicato, le principali fonti di produzione sono di tre tipi:
- Impianti Termoelettrici a Vapore
- Impianti Termoelettrici a Turbina a Gas (a Ciclo Semplice ed a Ciclo Combinato)
- Impianti Idroelettrici (ad Acqua Fluente, a singolo Bacino ed a Doppio Bacino, detti anche di Pompaggio)
Altre risorse risultano collegate in rete, quali impianti Eolici, Fotovoltaici, Geotermici, ma il contributo sul totale li rende marginali al momento.
Ciascun tipo di impianto presenta caratteristiche peculiari ed intrinseci difetti, pertanto l’impiego combinato di queste varie tecnologie permette di compensare le rispettive problematiche massimizzando l’effetto utile possibile rispetto ad un impiego delle singole tecnologie per coprire l’intero fabbisogno.
Di Impianti Termoelettrici a Vapore e di Turbine a Gas se ne è parlato in questo post, e richiamo solo i punti principali:
Impianti a Vapore
Rendimenti dell’ordine del 40-45%, adatti a taglie di potenze medio alte, basso costo di produzione elettrica, scarsa capacità di regolazione del carico, lunghi tempi per variare il carico, poco sensibili al decadimento del rendimento al variare del carico, capacità di operare sia con combustibili di alto pregio (gas naturale, metano, olio combustibile di alto rango) che con combustibili di basso pregio (principalmente carbone ed olio combustibile di basso rango, ma anche biomasse, RSU, distillati vari e derivati bituminosi).
Impianti di Turbina a Gas a Ciclo Semplice
Rendimenti tra il 30 ed il 40% per le turbine di più alta classe e potenza (in genere preferite in Ciclo Combinato), elevata capacità di regolazione del carico (proporzionale alla classe di potenza della Turbina a Gas), necessità di utilizzare combustibili pregiati (principalmente gas naturale e metano, ma anche olio combustibile di alto rango), decadimento del rendimento in condizioni di off-design, costo della produzione elettrica più elevato rispetto agli Impianti a Vapore a causa del maggiore costo del combustibile e del rendimento più sensibile alle variazioni di carico.
Impianti di Turbina a Gas a Ciclo Combinato
Rendimenti tra il 55 ed il 65% (valore al quale si sta tendendo per le soluzioni più sofisticate e moderne), disponibili da potenze medio piccole (spesso per autoproduzione) a potenze elevate, capacità di regolazione dipendente dalla classe di potenza della Turbina a Gas e dalla possibilità o meno di Post Combustione nella sezione a Vapore (sono stati trattati in questo post) con conseguente variazione del rendimento complessivo, tendenzialmente adatti ad una produzione a carico abbastanza stabile per non vanificare l’elevato rendimento, necessità di utilizzare combustibili pregiati, costo della produzione elettrica inferiore a quello delle Turbine a Gas a Ciclo Semplice in virtù del maggiore rendimento.
Impianti Idroelettrici
Si tratta di impianti che possono essere ad acqua fluente, a bacino singolo ed a doppio bacino (pompaggio), e sono stati trattati preliminarmente in questo post, ed in maniera estesa in questa serie di post 1, 2, 3, 4,5, 6, 7.
Gli impianti ad acqua fluente presentano una certa variabilità della loro produttività, dovuta soprattutto a fenomeni stagionali (gelate invernali) che limitano la loro produttività in queste stagioni, anche se la loro produzione risulta non difficilmente prevedibile, mentre gli impianti a bacino (si tratta degli impianti idroelettrici più grandi) permettono di operare in condizioni più controllate (se di tipo a bacino singolo a monte) in grado di rendere prevedibile e gestibile la portata dell’acqua in turbina, e quindi l’energia, oppure permettere la regolazione fine del diagramma di carico quando viene utilizzato un secondo bacino a valle, dal quale pompare l’acqua verso il bacino di monte (con produzione netta di energia nulla) per potere disporre della capacità di regolazione.
CURVA DI CARICO REALE – IL FUNZIONAMENTO INTEGRATO DELLE FONTI
Analizzando una giornata tipo (20/12/2006) si può vedere come si suddivida la produzione energetica tra le varie fonti (le fonti termoelettriche sono rappresentate complessivamente):
Sommando tutte le varie componenti a meno dei pompaggi si ottiene il seguente diagramma:
Si può notare come una certa sovrapproduzione sia presente durante le ore notturne, ed essa venga impiegata per il pompaggio dell’acqua dai bacini di valle ai bacini di monte, in modo da potere disporre della massima capacità di regolazione istantanea durante il giorno.
Durante la fase notturna poi si ha la minima richiesta di energia, pertanto diversi impianti a funzionamento non continuativo risultano spenti mentre alcuni impianti termoelettrici rimasti accesi si trovano ad operare in condizioni di carico minimo.
ENERGIE RINNOVABILI E NUCLEARE – QUALE POSIZIONAMENTO?
Molto si dibatte sull’impiego massiccio delle energie rinnovabili nello scenario energetico nazionale, non solo Italiano, ma la loro collocazione richiede una certa attenzione al fine di evitare di cadere in errori tanto macroscopici quanto ampiamente sottovalutati, errori che possono vanificarne l’effetto utile finale.
Il primo punto è relativo alla sensibile differenza tra il dato nominale di potenza e l’energia effettivamente prodotta, questione già evidenziata in questo post, in quanto trattandosi di energie che risentono della non costanza della fonte di energia primaria, vedono influenzato il loro funzionamento finale in misura proporzionale alla differenza tra le condizioni reali e quelle nominali, condizione che non risulta presente per gli impianti di tipo tradizionale.
Il secondo punto consiste nella naturale imprevedibilità della fonte primaria, con conseguenti “fluttuazioni” dell’energia immessa in rete in funzione di essa.
Pertanto se appare difficile prevedere quando e quanto si potrà produrre in un determinato istante di tempo, la collocazione delle energie rinnovabili discontinue quali l’Eolico (trattato ampiamente in questa serie di post: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) ed il Solare Fotovoltaico (trattato ampiamente qui: 1, 2, 3,4, 5, 6) rende difficile un posizionamento univoco (il Geotermico, pur se rinnovabile, è di fatto un Impianto a Vapore, con tutti i pregi e difetti di esso, pertanto non è annoverato tra le fonti discontinue), e per permettere un elevato impiego di tali risorse si rende necessario adottare tecniche di gestione differenti quali Smart Grid, tecnologie molto dibattute e sulle quali a tempo debito torneremo in futuro.
Il Solare Termodinamico presenta, rispetto al Solare Fotovoltaico, la capacità di operare in condizioni più costanti in virtù di una certa capacità di accumulo che ne rende possibile anche un minimo funzionamento notturno attraverso l’energia accumulata e non consumata durante il giorno.
Tali impianti presentano sicuramente interessanti margini di sviluppo, anche in integrazioni ad impianti tradizionali (come avvenuto nell’impianto Siciliano di Priolo Gargallo), e trattandosi essenzialmente di Impianti a Vapore, presentano le stesse caratteristiche principali (sono stati trattati in questi post: 1 e 2).
Gli Impianti Nucleari infine sono impianti caratterizzati da elevate potenze e scarsa capacità di regolazione, essendo anch’essi degli Impianti a Vapore nella sezione di conversione dell’energia, pertanto adatti ad operare con variazioni del carico modeste ed alla produzione del carico di base, salvo ipotizzare scenari nei quali un eccesso di produzione venga utilizzato in uno scenario differente rispetto a quello attuale, come ad esempio la produzione di idrogeno come metodo di regolazione o la fornitura di energia in uno scenario di trasporto privato basato sull’elettrico.
Anche per oggi è tutto, ci vediamo lunedì prossimo sempre su AppuntiDigitali, sempre sulla rubrica Energia e Futuro.
