Informazioni generali (English version below)
- Anno di corso: 1°
- Semestre: 1°
- CFU: 9
Docente responsabile
Obiettivi del corso
Il corso si propone di fornire una panoramica sui fabbisogni di energia, sulle fonti energetiche e sui sistemi di conversione dell’energia.
Vengono quindi introdotte le metodologie di analisi degli impianti di conversione dell’energia: analisi di primo e secondo principio, sviluppo della metodologia di analisi basata sui “fattori termodinamici”: fattore Carnot, fattore Clausius, fattore di molteplicità delle sorgenti. Vengono poi introdotte metodologie di analisi tecnico-economica: rendimento globale, costi fissi e costi variabili in una centrale termoelettrica, costo dell’elettricità prodotta. Infine vengono affrontate le tematiche relative alle emissioni ed inquinanti prodotti da centrali termoelettriche alimentate a combustibili fossili.
Prerequisiti
Corso di Macchine
Contenuti del corso
Centrali termoelettriche convenzionali:
- Centrali termoelettriche a vapore: analisi termodinamica del ciclo base di riferimento e delle modifiche al ciclo base. Schemi impiantistici delle centrali in relazione alla taglia d’impianto, parametri di esercizio, prestazioni, influenza delle condizioni operative, regolazione dell’impianto, combustibili utilizzabili, settori di applicazione. Costo del kWh prodotto. Le emissioni inquinanti dalle centrali a vapore. Gli impianti a vapore ultrasupercritici (USC)
- Centrali termoelettriche con turbine a gas: analisi termodinamica del ciclo base di riferimento e delle eventuali modifiche al ciclo base. Configurazioni impiantistiche mono e bi-albero, combustibili utilizzabili, prestazioni, influenza delle condizioni operative, regolazione dell’impianto, settori di applicazione. Costo del kWh prodotto. Le emissioni inquinanti dalle turbine a gas.
- Centrali termoelettriche a ciclo combinato gas-vapore: benefici termodinamici connessi alla combinazione del ciclo a gas con quello a vapore. Il ciclo ideale di riferimento. Criteri di ottimizzazione termodinamica dei cicli a recupero alimentati da sorgenti a temperatura variabile. Il rendimento dei cicli combinati ed il rapporto di potenze tra sezione a gas: configurazione impiantistica e considerazioni generali. Le caldaie a recupero: criteri di calcolo e di ottimizzazione dei parametri caratteristici. Cicli a vapore a recupero: criteri di ottimizzazione delle prestazioni. Schemi impiantistici, prestazioni, regolazione, costo dell’elettricità prodotta, emissioni inquinanti.
Centrali termoelettriche avanzate e/o innovative:
- Cicli misti gas-vapore: il ciclo con iniezione di vapore (ciclo STIG). Cenni ai cicli misti innovativi e analisi dei processi fisico-termodinamici non convenzionali (condensazione di vapore d’acqua in presenza di incondensabili ed espansione di miscele di vapore e in condensabili).
- Impianti combinati integrati con sistemi di gassificazione del carbone (IGCC): analisi delle tecnologie di gassificazione e dell’integrazione tra ciclo termodinamico e sistema di produzione e depurazione del syngas. Bilanci energetici e prestazioni degli IGCC. Esperienze, confronti e possibili evoluzioni.
Cogenerazione ad alto rendimento (CAR):
- Produzione combinata di energia elettrica e termica: la cogenerazione. Fondamenti termodinamici e benefici energetici della cogenerazione. Le prestazioni e la regolazione degli impianti in modalità cogenerativa. Aspetti economici, ambientali e analisi di fattibilità.
Testi di riferimento
- Materiale fornito dai docenti
- Gambini, “Appunti per le lezioni di Conversione dell’Energia”, Texmat 2005
- Lozza G., “Turbine a gas e cicli combinati”; sOCIETà Editrice Esculapio, 2016
Modalità d’esame
L’esame di Centrali Termoelettriche si articola in una prova scritta ed una orale. Per accedere alla prova orale è necessario aver superato la prova scritta. In ogni sessione di esame sono previsti due appelli. Lo studente può sostenere l’esame in entrambi gli appelli. La prova scritta positiva viene mantenuta valida esclusivamente nella sessione di esame in cui è stata sostenuta.
THERMAL POWER PLANTS (9 CFU)
- Year of the course: 1°
- Semester: 1°
- CFU: 9
Instructors
Aim of the course
Analysis and optimization of thermodynamic processes, of their efficiency and of the cost of energy produced. Thermodynamic cycle, technology assessment, fuels used, off-design analysis and influence of operating conditions, environment impact for thermal power plants.
Specific learning outcomes
Steam cycle power plants: thermodynamic cycle, technology assessment, fuels used, off-design analysis and influence of operating conditions, environment impact
Gas turbine power plants: thermodynamic cycle, technology assessment, fuels used, off-design analysis and influence of operating conditions, environment impact
Combined Cycle Power plants: thermodynamic cycle, technology assessment, fuels used, off-design analysis and influence of operating conditions, environment impact
Combined heat and power plants: technology assessment, economic feasibility, operating conditions, environment impact, energy savings, evaluation indexes.
Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) Power Plants: technology assessment, operating conditions, environment impact. Techniques for a clean utilization of heavy fuels (gasification of coal and refinery residuals).
Steam injection gas turbine (STIG) cycle: thermodynamic cycle, technology assessment, operating conditions, environment impact
Carbon capture and storage (CCS): study of the capture technologies (pre-combustion capture, post-combustion capture and oxyfuel combustion) and their application to the power plants
Textbooks
- Gambini, “Appunti per le lezioni di Conversione dell’Energia”, Texmat 2005
- Teaching materials, prepared by instructors, available at DidatticaWeb (http://didattica.uniroma2.it)
- Lozza G., “Turbine a gas e cicli combinati”; sOCIETà Editrice Esculapio, 2016
Exam
The exam consist of a written test (numerical exercises) and an oral exam (only after a positive written test). A positive written test is valid only in the exam session.
It is possible to take exam 6 times in a year: 2 times in each exam session (July, September and February)
