L’energia elettrica è una forma energetica secondaria, ottenuta attraverso la conversione delle fonti energetiche primarie, indispensabile per la società moderna.
Le fonti energetiche primarie possono essere classificate, in fonti rinnovabili ed esauribili.
Tra le fonti rinnovabili, con impatto ambientale nullo o molto ridotto in termini di emissioni inquinanti, si ha l’energia solare, eolica, idraulica, geotermica e le bio-masse.
Caratterizzati da emissioni di gas a effetto serra notevolmente più elevate, i combustibili fossili sono classificati come fonti energetiche esauribili.
Negli impianti termoelettrici, con la combustione dei combustibili fossili, è generata un’elevata quantità di energia termica.
Con il ciclo termodinamico Rankine, è possibile convertire l’energia termica in lavoro meccanico che permette, attraverso l’utilizzo dei generatori, di produrre energia elettrica.
Con la politica energetica adottata dall’Europa, basata sulla road-map del Green New Deal per raggiungere l’obiettivo della de-carbonizzazione entro il 2050, è fondamentale sia incrementare la produzione di energia elettrica sia ridurre le emissioni inquinanti.
Considerato tra i combustibili fossili quello con il minor impatto ambientale, il gas naturale è utilizzato, come vettore energetico primario, per la produzione di energia elettrica in molti impianti termoelettrici.
Una nuova frontiera, per la produzione di energia elettrica negli impianti a ciclo Rankine, è offerta dall’utilizzo dell’Idrogeno.
Con una combustione green, priva di emissione di gas a effetto serra, l’Idrogeno è il vettore energetico più gettonato per affrontare la transizione energetica.
In alcuni impianti termoelettrici, opportunamente costruiti o riqualificati, è in fase di sperimentazione l’utilizzo di un mix energetico dato da una miscela di gas naturale e Idrogeno.
Energia con impianti Termoelettrici:
Le centrali elettriche a vapore, note anche come centrali termoelettriche, sfruttano il Ciclo Rankine per generare elettricità.
Quest’applicazione si basa sulla combustione di combustibili fossili come carbone, gas naturale o petrolio.
Il calore, prodotto dalla combustione, si utilizza per riscaldare l’acqua in una caldaia, generando vapore ad alta pressione e temperatura.
Il vapore alimenta una turbina collegata a un generatore elettrico, trasformando l’energia termica in energia elettrica.
Quest’approccio fornisce una base affidabile per la generazione di energia elettrica, su scala industriale.
Le centrali nucleari sono un’applicazione critica del Ciclo Rankine, nell’ambito della generazione di energia nucleare.
Il calore generato dalla fissione nucleare d’isotopi, come l’uranio, è utilizzato per riscaldare l’acqua in una caldaia.
L’acqua riscaldata si trasforma in vapore ad alta pressione e temperatura, che alimenta una turbina collegata a un generatore elettrico.
Questo ciclo termodinamico converte l’energia termica della fissione nucleare in energia elettrica, fornendo una fonte continua di elettricità.
Le centrali a biomassa sfruttano materiali biologici come legna, residui agricoli o rifiuti organici come fonte di calore.
Attraverso il ciclo Rankine, gli impianti a biomassa convertono materiali biologici in energia elettrica, contribuendo sia alla gestione sostenibile dei rifiuti sia alla produzione di energia rinnovabile.
Impianti termoelettrici e fonti rinnovabili:
Per migliorare il rendimento degli impianti termoelettrici, riducendo le emissioni inquinanti di gas a effetto serra, è possibile abbinare il ciclo termodinamico Rankine con le fonti energetiche rinnovabili.
Gli impianti ibridi permettono, a fronte delle minor quantità di combustibili fossili utilizzati, di ridurre le emissioni inquinanti.
Nelle centrali geotermiche, sfruttano il calore naturale proveniente dall’interno della Terra, il Ciclo Rankine può essere utilizzato per convertire l’energia termica del fluido geotermico, che generalmente è acqua, in energia elettrica.
Il fluido geotermico, estratto da pozzi geotermici, è convogliato in una caldaia per l’ultima fase del riscaldamento.
Il sistema ibrido Rankine – geotermico permette di sfruttare una fonte energetica rinnovabile e a basso impatto ambientale. Rendendo le centrali geotermiche, una soluzione efficiente per le nazioni con risorse geotermiche abbondanti.
La radiazione solare concentrata CSP (Concentrating Solar Power), rappresenta un’applicazione avanzata del Ciclo Rankine per sfruttare l’energia solare.
Con una serie di specchi, la radiazione solare è convogliata su un fluido termo-vettore, come olio termico o sale fuso.
Il calore generato riscalda il fluido, che a sua volta alimenta il Ciclo Rankine per la produzione di energia elettrica.
Quest’approccio consente di sfruttare l’a radiazione solare in modo efficiente, anche in aree con elevato irraggiamento solare.
Le centrali CSP possono immagazzinare il calore per generare energia anche di notte o in condizioni nuvolose, contribuendo così alla stabilità della fornitura energetica.
Fluidi di lavoro organici e co-generazione:
Con il ciclo Rankine avanzato, progettato per aumentare l’efficienza e ridurre le perdite di calore, è possibile limitare le emissioni inquinanti degli impianti termoelettrici migliorando l’efficienza termodinamica.
Sviluppato per sfruttare le fonti di calore a bassa temperatura, come l’energia geotermica e il calore residuo da processi industriali, Il Ciclo Rankine Organico (ORC) utilizza fluidi di lavoro organici con bassi punti di ebollizione.
Attraverso tecniche di co-generazione, o produzione combinata di calore ed energia (CHP), si ottiene un approccio innovativo, che sfrutta il Ciclo Rankine per massimizzare l’efficienza energetica.
In queste configurazioni, l’energia termica prodotta dal Ciclo Rankine può essere utilizzata per il riscaldamento o per processi industriali, oltre alla generazione di elettricità.
Impianti termoelettrici, tra Idrogeno e sfide future:
L’utilizzo dell’idrogeno, come vettore energetico in grado di sostituire i combustibili fossili nella transizione ecologica, permette di ridurre notevolmente l’impatto ambientale delle centrali termoelettriche.
Con un processo di combustione esente dalla produzione di gas serra, l’Idrogeno permette sia di riqualificare l’intera filiera energetica, sia di sviluppare una valida alternativa alle fonti rinnovabili.
La centrale termoelettrica di Porto Marghera, entrata in servizio nel 1965 e costantemente aggiornata, è un impianto riqualificato per utilizzare l’Idrogeno come vettore energetico.
Attraverso l’aggiornamento tecnico realizzato dalla società Edison, l’impianto termoelettrico è stato dotato di una turbina classe H GT36, prodotta da Ansaldo Energia, in grado di funzionare con idrogeno miscelato fino al settanta percento con gas naturale.
Gli sviluppi futuri si concentreranno sull’aumento dell’efficienza, sull’integrazione delle fonti energetiche rinnovabile e sull’adattamento alle sfide ambientali emergenti.
Queste innovazioni permetteranno alle centrali termoelettriche, basate sul ciclo Rankine, di continui a giocare un ruolo chiave nella produzione di energia elettrica.
Gianni Truini
