LO STUDIO DI IMPATTO AMBIENTALE LO STUDIO DI IMPATTO AMBIENTALE DELLE CENTRALI ELETTRICHEDELLE CENTRALI ELETTRICHE

LE CENTRALI ELETTRICHE:LE CENTRALI ELETTRICHE:DEFINIZIONI E CARATTERISTICHE PRINCIPALIDEFINIZIONI E CARATTERISTICHE PRINCIPALI

Le centrali elettriche sono impianti che convertono il contenutoenergetico di un combustibile in energia elettrica Il contenuto energetico di un combustibile è definito dal poterecalorifico che esprime la quantità di energia termica che si ottiene dalla combustione di un chilogrammo di combustibileIl rapporto fra l’energia elettrica prodotta e l’energia termicaliberata nella combustione del combustibile definisce il rendimento termico – elettrico della centraleLe centrali elettriche producono energia elettrica che si misurain chilowattora (kWh)Le centrali elettriche producono vari tipi di impatto ambientale

LE CENTRALI ELETTRICHE:LE CENTRALI ELETTRICHE:PRINCIPALI IMPATTI AMBIENTALI (1)PRINCIPALI IMPATTI AMBIENTALI (1)

Nello studio di impatto ambientale debbono essere considerati tutti gli aspetti che influenzano la sostenibilità:

il consumo di risorse (combustibile, acqua, energia, altri materiali)le emissioni in aria e in acquala produzione di rifiutila produzione di rumorela produzione di radiazioni ionizzanti e non ionizzantil’alterazione del paesaggio

Gli aspetti citati sono tutti responsabili di effetti negativi

LE CENTRALI ELETTRICHE:LE CENTRALI ELETTRICHE:PRINCIPALI IMPATTI AMBIENTALI (2)PRINCIPALI IMPATTI AMBIENTALI (2)

Nello studio di impatto ambientale vanno valutati gli impatti che influenzano positivamente il contesto socio - economico:

la disponibilità di energia elettrica per usi civili, industriali e trasportil’aumento dei posti di lavoro in fase di costruzione ed esercizio

Gli aspetti citati sono tutti responsabili di effetti positivi

IL SIA DELLE CENTRALI ELETTRICHE:IL SIA DELLE CENTRALI ELETTRICHE:L’ANALISI DELLE ALTERNATIVEL’ANALISI DELLE ALTERNATIVE

Nello studio di impatto ambientale è necessario effettuare l’analisi delle alternative relative a:

localizzazionetipo di combustibilesoluzioni progettuali

IL SIA DELLE CENTRALI ELETTRICHE:IL SIA DELLE CENTRALI ELETTRICHE:ALTERNATIVE DI LOCALIZZAZIONEALTERNATIVE DI LOCALIZZAZIONE

Nella scelta del sito si deve tenere conto di:

bacino di utenzadisponibilità di acqua per il raffreddamentocaratteristiche meteoclimatiche

IL SIA DELLE CENTRALI ELETTRICHE:IL SIA DELLE CENTRALI ELETTRICHE:ALTERNATIVE DI COMBUSTIBILE ALTERNATIVE DI COMBUSTIBILE

Il tipo di combustibile deve essere scelto sulle seguenti basi:

livello di esauribilità (rinnovabilità, abbondanza)potere inquinante intrinseco (zolfo, ceneri, ecc.)produzione di gas serraLCA a basso impatto

Parametri di sostenibilità di alcuni combustibili puliti

ALTERNATIVE DI COMBUSTIBILEALTERNATIVE DI COMBUSTIBILEESURIBILITÀESURIBILITÀ

petrolio gas naturale carbone

ESAURIMENTO COMBUSTIBILI FOSSILI:ESAURIMENTO COMBUSTIBILI FOSSILI:ANNI PREVISTI = R/P, PER AREE GEOGRAFICHEANNI PREVISTI = R/P, PER AREE GEOGRAFICHE

ALTERNATIVE DI COMBUSTIBILEALTERNATIVE DI COMBUSTIBILEPRODUZIONE DI INQUINANTI E GAS SERRAPRODUZIONE DI INQUINANTI E GAS SERRA

I combustibili fossili e le biomasse sono forti produttori di CO2 e di inquinanti (SO2 , NOx, HC, CO) La produzione di CO2 è diversa per i vari combustibili ed èdirettamente correlata alla loro composizione elementare e al loro potere calorifico

Emissioni specifiche di CO2 per alcuni combustibili

ALTERNATIVE DI PROGETTOALTERNATIVE DI PROGETTO

Scelta del tipo di centrale (idroelettrica, termoelettrica, nucleare, solare, eolica, ecc.)

Per le centrali termoelettriche:

• scelta del processo (ciclo a vapore, turbogas, ciclo combinato)

• scelta del tipo di refrigerazione (acqua da corpo idrico naturale, torri a umido e a secco)

CENTRALE IDROLETTRICA (1)CENTRALE IDROLETTRICA (1)

Centrale idroelettrica: schema di funzionamento

CENTRALE IDROLETTRICA (2)CENTRALE IDROLETTRICA (2)

La produzione di energia avviene per trasformazione dell’energiapotenziale dell’acqua contenuta nel bacino in energia cinetica che fa ruotare la turbina e conseguentemente l’alternatore. La potenza generata è data da:

dislivelloilè )(m/s gravità di oneaccelerazil' è g

(kg/s) acquad' portata la è Q dove

∆hgQW

2m

m

h∆

••=

CENTRALE IDROLETTRICA (3)CENTRALE IDROLETTRICA (3)

La quantità di energia prodotta in un anno può essere calcolata conoscendo la superficie del bacino imbrifero che alimenta il bacino di raccolta e la piovosità annuale:

)(m imbrifero bacino del superficie S(m) dislivello ∆h

)(m/s gravità di oneaccelerazig)(kg/m acquadell' densità

acqua) di (mm piovosità P(joule) anno 1in prodotta energiaE

doveS∆hgρ10PE

2

2

3

3

==

==ρ==

•••••= −

CENTRALE IDROLETTRICA (4)CENTRALE IDROLETTRICA (4)

I principali effetti ambientali negativi riguardano:

lavori di costruzione che comportano impatti ambientali significativimodifiche nell’assetto idrogeologico, con accumulo dei sedimenti nel bacino di raccolta e conseguente riduzione dell’apporto di materiale alluvionale nella parte a vallemodifiche al microclima locale nelle vicinanze del bacino, con aumento di umidità e e modificazioni dell’ecosistema locale (vegetazione , avifauna, ecosistema acquatico, ecc.)rischi di gravi incidenti di rottura della diga con danni alla popolazione e all’ambiente

CENTRALE IDROLETTRICA (5)CENTRALE IDROLETTRICA (5)

I principali effetti ambientali positivi riguardano:

sfruttamento di una risorsa rinnovabile (acqua) con tempo di rigenerazione di un anno e quindi mancato consumo di una fonte non rinnovabile (combustibile fossile)rendimento elevato (>90%)assenza di emissioni liquide e gassoseassenza di produzione di rifiuti

CENTRALE TERMOELETTRICACENTRALE TERMOELETTRICA

aria = Qacombustibile = Qc centrale termoelettrica

W = potenza termica th

ceneri = Qw

calore di scarico = W

potenza elettrica = We

h

fumiprod. comb. = Qfcalore sens. = Wf

aria residua = Qr

Grandezze fondamentali di una centrale termoelettrica

RENDIMENTO DEL CICLO DI CARNOTRENDIMENTO DEL CICLO DI CARNOT

Rendimento ciclo di Carnot

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

temperatura della sorgente calda (T2)

rend

imen

to

fredda sorgente della atemperaturTcalda sorgente della atemperaturT

1

2

2

12

==

−=

TTTη

K) (293 fredda sorgente della atemperaturTK)( calda sorgente della atemperaturT

1

2

2

12

°=°=

−=

TTTη

RENDIMENTO DELLE CENTRALI ELETTRICHE: RENDIMENTO DELLE CENTRALI ELETTRICHE: EVOLUZIONE DELLE TECNOLOGIEEVOLUZIONE DELLE TECNOLOGIE

Rendimento del ciclo di Carnot ηCarnot = (T2 - T1) / T2

T2 = temperatura sorgente calda; T1 = temperatura sorgente fredda

CENTRALE TERMOELETTRICA CENTRALE TERMOELETTRICA GRANDEZZE FONDAMENTALI GRANDEZZE FONDAMENTALI

Fattore di carico = fc

fc = energia prodotta/energia producibile alla potenza nominalefc = Ea / We . 8760

Rendimento termico - elettrico = ηη = energia elettrica prodotta/energia termica spesa

η = We / Wth

tipo di centrale fc η

carbone 0,55 - 0,75 0,38 - 0,40 olio combustibile 0,70 - 0,80 0,38 - 0,40

gas naturale 0,75 - 0,85 0,38 - 0,40 nucleari (provati) 0,75 - 0,95* 0,32 - 0,35

CENTRALE TERMOELETTRICA CENTRALE TERMOELETTRICA FLUSSI DI MATERIA TIPICI FLUSSI DI MATERIA TIPICI

aria + combustibile

Q a Q c

W = 1000 MWee

ceneriQ w

N Q O Q

fumiCO Q H O Q

2 1

2 2SO 2 Q 5CO Q

6NO Q 7x

HC Q8

PTS

2 3

2 4

Q9

CENTRALE TERMOELETTRICA CENTRALE TERMOELETTRICA FLUSSI DI ENERGIA TIPICI FLUSSI DI ENERGIA TIPICI

th Q . qW = 1000 MWee

Wh

N W O W

fumiCO W H O W

2 1

2 2SO 2 W5CO W

6NO W7x

HC W8

PTS

2 3

2 4

W9

energia entrante

W =

calore di scarico acqua di raffredd. condensatore =

calore sensibile dei fumi = Wf

c ci

CENTRALE TERMOELETTRICA CENTRALE TERMOELETTRICA BILANCI DI MATERIA ED DI ENERGIABILANCI DI MATERIA ED DI ENERGIA

comb. 100%

fumi 9%

vapore turboalternatore

energia elettrica 40%

perdite termiche 4%

fiume

ricircolo acqua

prelievo scarico

condensatore

calore di scarico 47%

caldaia

T1 2T

Qm

Q h

CENTRALE TERMOELETTRICA CENTRALE TERMOELETTRICA PRINCIPALI IMPATTI AMBIENTALIPRINCIPALI IMPATTI AMBIENTALI

Emissioni gassose (SOx, NOx, CO, HC, ecc.)Emissioni di CO2

Consumo di combustibileConsumo di acquaProduzione di rifiuti solidi (ad es. ceneri di carbone)Produzione di rumoreScarico di calore nei corpi idrici

CENTRALI TERMOELETTRICHECENTRALI TERMOELETTRICHEINQUINAMENTO TERMICO INQUINAMENTO TERMICO DI CORPI IDRICI NATURALIDI CORPI IDRICI NATURALI

Il calore scambiato nel condensatore viene di norma scaricato nei grandi corpi idrici naturali (fiumi, mare, laghi) oppure viene smaltito tramite le torri di raffreddamento.Se lo scarico viene effettuato in un fiume di grande dimensioni con una portata pari a Qm la portata dell'acqua di raffreddamento del condensatore Qh può essere calcolata conoscendo la potenza termica scaricata Wh, ed il valore di ∆T = T2-T1 (differenza di temperatura fra uscita e ingresso nel condensatore)

Wh = Qh. (Cp)H2O

. ∆TIl valore di ∆T è limitato a 8-12°C; infatti per valori del rapporto Qm/Qh > 10, in un ristretto spazio nell'intorno del diffusore di scarico, l'incremento della temperatura del fiume si riduce a valori dell'ordine di 1°C (limite di tollerabilità degli ecosistemi acquatici)

CENTRALE TERMOELETTRICA CENTRALE TERMOELETTRICA MISURE PER RIDURRE GLI IMPATTI AMBIENTALIMISURE PER RIDURRE GLI IMPATTI AMBIENTALI

IMPATTO

RIMEDIO

Emissioni gassose

• uso di combustibili puliti (ad esempio gas naturale)

Emissioni di CO2 • uso di combustibili più poveri in carbonio (ad es. gas naturale) • maggiore rendimento termodinamico (ciclo combinato)

Consumo di combustibile

• maggiore rendimento termodinamico (ciclo combinato)

Consumo di acqua

• uso di torri di raffreddamento a secco e a umido

Scarico di calore nei corpi idrici naturali

• uso di torri di raffreddamento a secco e a umido

Produzione di rifiuti solidi

• uso di combustibili alternativi al carbone

Produzione di rumore

• uso di barriere acustiche

IL RUOLO DELLE INNOVAZIONI:IL RUOLO DELLE INNOVAZIONI:EMISSIONI DI CO2 DA CENTRALI ELETTRICHEEMISSIONI DI CO2 DA CENTRALI ELETTRICHE

EMISSIONI DI CO2 (kg/kWh)

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65rendimento

emis

sion

i CO

2/kW

h

emissioni metano Ciclo combinatoOlio combustibile Carbone

IL RUOLO DELLE INNOVAZIONIIL RUOLO DELLE INNOVAZIONIEMISSIONI IN ARIA DA CENTRALI ELETTRICHEEMISSIONI IN ARIA DA CENTRALI ELETTRICHE

Indicatori di sostenibilità nella produzione elettrica

COSA SI INTENDE PER "CICLO COMBINATOCOSA SI INTENDE PER "CICLO COMBINATO””

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

SCHEMA DI FUNZIONAMENTO DI UNA SCHEMA DI FUNZIONAMENTO DI UNA CENTRALE A CICLO COMBINATOCENTRALE A CICLO COMBINATO

SCHEMA DI UN IMPIANTO SCHEMA DI UN IMPIANTO A CICLO COMBINATO CON COGENERAZIONEA CICLO COMBINATO CON COGENERAZIONE

RAPPRESENTAZIONE SCHEMATICA DELRAPPRESENTAZIONE SCHEMATICA DELCICLO COMBINATOCICLO COMBINATO

VISTA DI INSIEME DI UNAVISTA DI INSIEME DI UNACENTRALE A CICLO COMBINATOCENTRALE A CICLO COMBINATO

I DUE CICLI DEL CICLO COMBINATOI DUE CICLI DEL CICLO COMBINATOCICLO A GASCICLO A GAS

Un compressore aspira l’aria dall’ambiente esterno portandola a pressioni elevate.L’aria così compressa viene immessa in camera di combustione assieme al combustibile (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 DUE CICLI DEL CICLO I DUE CICLI DEL CICLO COMBINATOCOMBINATOCICLO A VAPORECICLO A VAPORE

I gas di scarico del turbogas vengono inviati in un generatore di vapore dove i gas cedono calore all’acqua che si trasforma in vapore ad alta temperatura e pressioneA questo punto i gas della combustione possono essere avviati alcamino avendo ormai una temperatura molto bassa e un basso contenuto energetico.Il vapore prodotto nel generatore a recupero va ad alimentare una turbina, a vapore, che trascina nella sua rotazione un secondo alternatore per la generazione di energia elettrica.

CICLO COMBINATOCICLO COMBINATORAFFREDDAMENTO E PRODUZIONE ELETTRICARAFFREDDAMENTO E PRODUZIONE ELETTRICA

Il vapore scaricato dalla turbina viene raffreddato, condensato e pompato nuovamente nel generatore di vapore per ricominciare il ciclo.Il circuito di raffreddamento che serve il condensatore, sfruttail potere refrigerante di una torre di raffreddamento ad aria o ad acqua.L’energia elettrica generata dai due alternatori viene elevata di tensione per mezzo di due trasformatori e viene indirizzata al più vicino elettrodotto.

CICLO COMBINATO: CICLO COMBINATO: I COMPONENTI (1)I COMPONENTI (1)

Il compressore aspira l’aria comburente che serve ad alimentare la combustione e la porta ad una pressione di circa 14 bar. Il compressore è montato sullo stesso asse motore della turbina a gas e viene messo in rotazione da quest’ultima.Nella camera di combustione viene innescata la combustione tra il metano e l’aria. La miscela di gas ad alta pressione e temperatura (circa 1200°C) alimenta la turbina a gas (turbogas).Nella turbina a gas i gas espandendosi cedono la propria energiaalla macchina che, a regime, ruota alla velocità di 3000 giri/minuto, trascinando nel suo moto l’alternatore e lo stesso compressore che la alimenta.

CICLO COMBINATO: CICLO COMBINATO: I COMPONENTI (2)I COMPONENTI (2)

L’alternatore, messo in rotazione alla velocità di 3000 giri/minuto dalla turbina, genera energia elettrica.Il generatore di vapore a recupero è riscaldato con i gas emessi dal turbogas che hanno un’elevata temperatura (circa 600 °C) e che sono in grado di produrre vapore (ciclo acqua-vapore).Nel generatore di vapore a recupero i gas terminano il loro ciclo e, ormai raffreddati a 90 – 100 °C, vengono avviati al camino.La turbina a vapore è collegata ad un secondo alternatore che contribuisce a generare energia elettrica.

CICLO COMBINATO: CICLO COMBINATO: I COMPONENTI (3)I COMPONENTI (3)

Nel condensatore il vapore scaricato dalla turbina viene raffreddato fino alla condensazione per poter essere reimmessonel ciclo. Il raffreddamento è assicurato da un fluido refrigerante (acqua o aria) che fa capo ad una torre di raffreddamento di dimensionimolto diverse a seconda della tecnica e del fluido di raffreddamento utilizzati (aria o acqua, tiraggio forzato o naturale).Con il raffreddamento ad aria si riduce drasticamente il fabbisogno d’acqua della centrale, anche se questo vantaggio si paga con un lieve peggioramento del rendimento del ciclo combinato.

CICLO COMBINATO: CICLO COMBINATO: DATI DI PROGETTODATI DI PROGETTO

Potenza elettrica lorda:400 MW di cui:

260 MW per la turbina a gas

140 MW per la turbina a vapore

Potenza termica: 700 MW

Rendimento elettrico,

al netto degli autoconsumi:55 %

Energia elettrica generata: 3 Mldi di kwh/anno

Altezza camino: 50 – 60 m

Combustibile: gas naturale

Portata combustibile: 60 t/h (max)

Potenza elettrica lorda:400 MW di cui:

260 MW per la turbina a gas

140 MW per la turbina a vapore

Potenza termica: 700 MW

Rendimento elettrico,

al netto degli autoconsumi:55 %

Energia elettrica generata: 3 Mldi di kwh/anno

Altezza camino: 50 – 60 m

Combustibile: gas naturale

Portata combustibile: 60 t/h (max)

CICLO COMBINATOCICLO COMBINATOVANTAGGI E PROBLEMI AMBIENTALIVANTAGGI E PROBLEMI AMBIENTALI

VantaggiI consumi di acqua sono limitati alle esigenze di reintegro necessario per compensare le perdite del circuito a vaporeL’elevato rendimento riduce il consumo di combustibileL’uso del metano rende la combustione meno inquinante

ProblemiL’uso di aerotermi per lo smaltimento del calore comporta emissioni sonore di notevole entità e costi elevati per fornire energia ai ventilatoriLo scarico di grandi portate di aria calda nell’ambiente puòprovocare perturbazioni al microclima locale