Esercizi 1° esame parziale

CORSO DI SISTEMI ENERGETICI
Esercizi prova intermedia
1. Un impianto termoelettrico a vapore avente una potenza di 40 MW è alimentato a olio
combustibile (Hi= 42 MJ/kg), presenta un rendimento globale netto η = 0.35 e un coefficiente
di utilizzazione pari a 0.8. Si determinino i consumi specifici di combustibile (in kg/kWh) e di
energia primaria (in kcal/kWh) e la quantità di combustibile consumata in un anno. Sapendo
che il costo unitario dell’olio combustibile è di 480 €/t si determini la quota del costo unitario
dell’energia prodotta (kWh) relativa al solo combustibile.
2. L’impianto termoelettrico a vapore di cui sopra è caratterizzato da un lavoro specifico di 1485
kJ/kg (riferito alla portata di vapore scaricata al condensatore). Si determini la portata
dell’acqua di refrigerazione (acqua di mare) al condensatore, sulla base delle seguenti
assunzioni:
- calore di condensazione alla pressione di saturazione:
2423.0 kJ/kg
- titolo del vapore allo scarico della turbina:
0.938
- incremento della temperatura dell’acqua di refrigerazione:
6°C
- calore specifico dell’acqua di refrigerazione:
4 kJ/(kgK)
3. Un impianto di turbina a gas da 90 MW è alimentato a gas naturale (Hi= 47 MJ/kg), presenta un
rendimento globale netto η = 0.32 e viene utilizzato per 500 ore l’anno. Sapendo che il costo
unitario del gas è di 0.33 euro/Nm3 e che il costo di impianto per una turbina a gas come quella
considerata può essere assunto pari a 300 euro/kW, si determini la quota del costo unitario
dell’energia prodotta (kWh) relativa al solo combustibile e il costo unitario totale dell’energia
prodotta (kWh) supposto un tempo di ammortamento di 15 anni e un interesse del 7%.
4. E’ dato un impianto termoelettrico a vapore alimentato ad olio combustibile denso avente le
seguenti caratteristiche:









Potenza netta:
Consumo specifico medio annuo di energia primaria:
Rendimento organico:
Rendimento del generatore di vapore:
Potere calorifico inferiore del combustibile:
Calore specifico dell’acqua di refrigerazione:
ΔT dell’acqua di refrigerazione nel condensatore:
Rapporto stechiometrico aria/combustibile:
Eccesso d’aria:
240 MW
2270 kcal/kWh
0.93
0.9
42 MJ/kg
4 kJ/(kg·K)
6 °C
14
12%
Si determinino:
- il rendimento medio dell’impianto e la quantità di combustibile consumata in un anno
nell’ipotesi che l’impianto abbia un coefficiente di utilizzazione pari a 0,83;
- il volume minimo del serbatoio di stoccaggio del combustibile, assunto ρ C=950 kg/m3, che
assicuri un’autonomia minima di 60 giorni e la portata d’acqua di refrigerazione (dal
bilancio energetico al condensatore);
- la portata massica di fumi al camino.
5. Un impianto termoelettrico a vapore avente una potenza di 40 MW presenta un consumo
specifico medio annuo di energia primaria pari a 2530 kcal/kWh. Si determini:
- il rendimento medio dell’impianto e la quantità di combustibile (olio combustibile, con
Hi=42 MJ/kg) consumata in un anno assunto un coefficiente di utilizzazione pari 0.80;
 Il volume minimo totale dei serbatoi di stoccaggio del combustibile, assunto ρ C=950 kg/m3,
che assicuri un’autonomia minima di 45 giorni;
 Il diametro minimo dei serbatoi di stoccaggio, assunti in numero di 4, che permetta di
imporre una pressione massima sul fondo del serbatoio pari a 0.1 MPa.
6. Si abbia un impianto a vapore con risurriscaldamento, alimentato ad olio combustibile,
caratterizzato dai seguenti parametri operativi:
 Pressione massima del vapore:
120 bar
 Temperatura di surriscaldamento:
540 °C
 Pressione di risurriscaldamento del vapore:
30 bar
 Temperatura di risurriscaldamento:
540 °C
 Pressione del vapore al condensatore:
0.05 bar
 Rendimento adiabatico della turbina di alta pressione:
0.87
 Rendimento adiabatico della turbina di media-bassa pressione:
0.87
 Rendimento del generatore di vapore:
0.905
 Rendimento organico:
0.96
 Portata di vapore al surriscaldatore:
100 t/h
 Potere calorifico inferiore dell’olio combustibile:
42 MJ/kg
Valutare:
 Il rendimento del ciclo reale;
 La potenza e il rendimento globale dell’impianto;
 Il consumo giornaliero di combustibile;
 Il volume minimo totale dei serbatoi di stoccaggio del combustibile, assunto ρC=950 kg/m3,
che assicuri un’autonomia minima di 30 giorni:
 Il diametro minimo di ognuno dei 2 serbatoi di stoccaggio, che permetta di imporre una
pressione massima sul fondo del serbatoio pari a 1.5 bar.
7. Si abbia un impianto a vapore a semplice risurriscaldamento, alimentato
caratterizzato dai seguenti parametri operativi:
 Pressione massima del vapore:
 Temperatura di surriscaldamento:
 Pressione di risurriscaldamento del vapore:
 Temperatura di risurriscaldamento:
 Pressione del vapore al condensatore:
 Rendimento adiabatico della turbina di alta pressione:
 Rendimento adiabatico della turbina di media-bassa pressione:
 Rendimento del generatore di vapore:
 Rendimento organico (comprensivo dell’alternatore):
 Portata di vapore al surriscaldatore:
 Coefficiente di utilizzazione dell’impianto :
 Potere calorifico inferiore dell’olio combustibile:
a olio combustibile,
100 bar
500 °C
25 bar
500 °C
0.05 bar
0.87
0.87
0.91
0.95
100 t/h
0.8
42 MJ/kg
Valutare:
 Il rendimento reale del ciclo:
 La potenza elettrica e il rendimento globale dell’impianto:
 La produzione annua energia elettrica e il consumo annuo di combustibile.