L'analisi - Enea

Gli impianti a carbone SC e USC sono impianti a vapore avanzati che operano con
combustione di polverino di carbone per produrre in caldaia vapore surriscaldato caratterizzato
da valori di pressione e temperatura superiori a quelli relativi al punto critico del vapore. Le
prime applicazioni di tali sistemi risalgono ai primi anni 60 e operavano con pressioni
leggermente superiori al valore critico (220 bar).
Nei decenni successivi la tecnologia supercritica è stata gradualmente abbandonata a causa di
numerosi problemi tecnici ed economici e si è fatto ritorno ai tradizionali impianti subcritici,
caratterizzati da efficienze minori ma da costi inferiori e da una tecnologia ampiamente
consolidata e affidabile.
Soltanto negli ultimi decenni, invece, la sempre più pressante necessità di ridurre le emissioni
e i notevoli sviluppi nel campo dei materiali hanno consentito la messa a punto dei cosiddetti
impianti a vapore ultrasupercritici, funzionanti a pressioni e temperature decisamente superiori
a quelle adottate negli impianti convenzionali (figura 5.65).
Figura 5.65 – Diffusione degli impianti USC
Fonte: Power Clean Thematic Network, 2004
In questi impianti la pressione a cui è portato il liquido prima di essere immesso in caldaia,
prossima ai 300 bar, è superiore alla pressione critica dell’acqua. In queste condizioni, mano a
mano che viene ceduto calore all’acqua, non si assiste ad un vera e propria evaporazione, ma
piuttosto ad una transizione di fase continua, caratterizzata da una lenta espansione delle
molecole dell’acqua. La caldaia dei cicli USC è quindi diversa da una caldaia tradizionale, in
quanto non presenta i corpi cilindrici ma è invece costituita da un tubo attraversato dall’acqua
con una circolazione forzata, necessaria in quanto a queste pressioni la densità dell’acqua e del
vapore sono molto simili.
Livelli di pressione e di temperatura così elevati (prossimi ai 600 °C), se da una parte
richiedono l’impiego di materiali d’avanguardia caratterizzati da una resistenza strutturale
adeguata, dall’altra permettono di ottenere valori di efficienza prossimi al 45%.
L’obiettivo prefissato per il prossimo futuro è quello di raggiungere efficienze di conversione
dell’ordine del 50%, utilizzando leghe a base di nichel per la realizzazione dei componenti
soggetti alle temperature maggiori, che verrebbero incrementate fino a 700 °C. Per
raggiungere tale obiettivo esistono a livello mondiale diversi progetti ambiziosi, finalizzati allo
sviluppo di impianti ultrasupercritici a polverino di carbone caratterizzati da elevate prestazioni
e ridotto impatto ambientale.
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