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Titolo: Centrali termodniamiche e acqua

E' stato messo su qualche prototipo sperimentale
di centrale termodinamica che non richiede un consumo
elevato di acqua?
 
Rubbia parlava di turbine che non usano acqua ma � stato
poi fatto nulla? Di terra disponibile nell'entroterra ce
ne sta quanto si vuole, il problema � l'acqua.
 
Non si pu� riciclare l'acqua raffreddando quella di
gi� usata?

 già usata?
 
Ti servirebbero enormi superfici radianti, mi sa, e grossi accumuli
per sfruttare le minori temperature notturne.
 
Leonardo
 
-- 
 
Then felt I like some watcher of the skies, when a new planet swims into his ken;
Or like stout Cortez when with eagle eyes, he star'd at the Pacific; and all his men
Look'd at each other with a wild surmise - silent, upon a peak in Darien.

 per sfruttare le minori temperature notturne.
Più che enormi, troppo costose rispetto al costo del resto dell'impianto.
Volendo si fa, ma servono comunque i quattrini.
 
-- 
Ci sono tre modi per perdere i propri soldi: il gioco d'azzardo, le 
donne e gli ingegneri.
Il primo è il più veloce.
Il secondo è il più piacevole.
Ma il terzo è il più sicuro.


 
 
-- 
1) Resistere, resistere, resistere.
2) Se tutti pagano le tasse, le tasse le pagano tutti
Soviet_Mario - (aka Gatto_Vizzato)
 

 Non si può riciclare l'acqua raffreddando quella di già usata?
 
Chiariamo prima di tutto che l'acqua di raffreddamento NON ha nulla a
che fare con l'acqua delle turbine e mi sorprende che nessuno degli
intervenuti si sia accorto dell'equivoco.
E sono veramente curioso di conoscere i dati di questo ciclo
presubilmente proposto dal sig.Rubbia in cui il fluido operativo
delle turbine NON e' acqua.
 
In seconda, ulteriore precisazione: occorre fare distinzione tra
"consumo di acqua" ed "utilizzo/necessita' di acqua".
Esempio: una centrale termoelettrica lungo la costa del mare o sulla
sponda di un lago o un grosso fiume, utilizza grosse quantita' di
acqua, ma non "consuma" praticamente acqua.
 
In terza, l'acqua utilizzata per fare funzionare le turbine e' purissima
acqua distillata, estremamente costosa da ricavare, che si cerca di non
"perdere". Quindi il consumo di acqua per fare girare le turbina, una
volta effettuata la costosa ricarica inziale, e' sostanzialmente zero.
Per intenderci, e' come l'impianto di riscaldamento di casa vostra: se non
ha perdite, una volta caricato la prima volta che e' stato messo in
funzione, non dovrete mai piu' aggiungere acqua (se cominciate a rabboccare
e l'impianto e' vecchio, sono i primi segni che qualche tubo si sta bucando).
 
A questo punto preciso cosa si intende per "consumo" di acqua:
"contaminazione od evaporazione che non lo rendano piu' atto ad altri
utilizzi"
 
Se l'acqua evapora, e' chiaro che non e' piu' disponibile come tale,
se l'acqua viene contaminata, e' ancora disponibile, ma gli ulteriori
utilizzi possono essere fortemente limitati dalla contaminazione (ad
esempio l'utilizzo come acqua potabile o da irrigazione).
 
In una centrale termodinamica (fossile, nucleare o solare che sia) si ha
un "consumo" di acqua quando il raffreddamento del lato "freddo" del
ciclo avviene utilizzando il calore latente di evaporazione. Questo per
capirci, avviene all'interno delle enormi torri, che erroneamente sono
spesso citate come caratteristica tipica di una centrale nucleare (in
realta' le centrali nucleari raffreddate a torre sono una minoranza
dei reattori esistenti). Quelle enormi torri sono sostanzialmente "vuote"
e fungono da enormi camini di convenzione in cui l'aria viene fatta
passare tra l'acqua che gronda, per agevolare l'evaporazione della stessa.
Quest'acqua, evaporando, asporta notevoli quantita' di calore dalle
tubazioni che "foderano" l'interno delle pareti delle torri di
raffreddamento, a sua volta raffreddando il vapore che circola all'interno,
condesandolo in acqua (che poi viene pompata nelle caldaie per un nuovo
ciclo di riscaldamento e produrre nuovo vapore).
 
Aggiungiamo una ulteriore informazione. Come efficienza, il raffreddamento
utilizzando "acqua corrente" (la soluzione usata per impianti in costa o
sulle sponde di qualche specchio d'acqua, che e' la soluzione preferita)
e' quella migliore, perche' permette di abbassare al massimo la temperatura
del lato "freddo" rispetto a quello ambiente (diciamo che si arriva ad
avvicinarsi a solo una decina di gradi "sopra" quella ambiente).
 
In ordine, poi abbiamo le torri di raffreddamento (che se non si vuole
consumare troppa acqua, si accetta una temperatura piu' alta rispetto a
quella precedente, anche 20-30 gradi sopra quella ambientale).
 
C'e' una terza soluzione, che e' il raffreddamento ad aria forzata. In
sostanza, funziona come il radiatore della vostra auto: potenti ventilatori
forzano aria in grande volume attarverso enormi radiatori in cui circola
il vapore da condensare. Chiaramente questa soluzione non consuma acqua, ma
- consuma energia per fare funzionare i ventilatori
- richiede enormi radiatori
- per evitare un costo eccessivo per una maggiore dimensioni dei radiatori
ed una maggiore potenza ventilante, si accetta come compromesso di
arrivare a temperature piu' alte (50 gradi sopra quella ambiente ?)
 
Chi si ricorda la formula dell'efficienza del ciclo ideale di Carnot
avra' presente che piu' e' alta la temperatura dal lato condensatore e
meno efficiente e' il ciclo ideale (e quindi anche quello reale di
Rankine). Quindi un impianto termodinamico raffreddato ad aria, e' vero
che non consuma acqua, ma richiede piu' energia primario per produrre la
stessa quantita' di energia rispetto ad un impianto raffreddato a torre
(un altro modo per dire che opera con una minore efficienza di ciclo).
 
Nel caso di una centrale solare, visto che l'energia e' quella solare (e
non un costoso combustibile) si accetta come compromesso una riduzione
della produzione elettrica, con il raffreddamento ad aria forzata,
a parita' di superficie captante, ma cosi' in cambio si evita il
consumo di acqua, che se la zona e' desertica, diventa molto costosa.
 
Ma nel caso di una centrale solare (anche fotovoltaica, tra parentesi)
c'e' un secondo uso dell'acqua, ed e' per il lavaggio degli specchi o
dei moduli captanti. In questo caso il consumo e' in parte per evaporazione
(l'acqua e' persa) ed in parte per contaminazione (l'acqua e' sporca, ed
in ogni caso, non mi risulta che venga "raccolta", ma lasciata a perdere
nel terreno, quindi non e' ugualmente piu' disponibile).
 
Ed ora, andiamo a vedere cio' che viene proposto:
 
Ivanpah Solar Power e' composta da tre unita' solari termodinamiche a torri
con raffreddamento ad aria forzata. In questo modo, il consumo totale
degli impianti si riduce del 90% rispetto ad impianto solari di pari
potenza, ma raffreddati a torre. In altre parole, rimane il consumo di
acqua per il lavaggio degli specchi (ed un minimo consumo per il rabbocco
del ciclo del vapore, visto che qualche perdita nei tubi c'e' sempre,
e poi durante la manutenzione, se occorre smontare dei pezzi, occorre
lasciare uscire una parte dell'acqua del ciclo.
 
Crescent Dunes Solar Energy invece e' composta da una solare termodinamica
con raffreddamento ibrido, ovvero e' raffreddato ad aria forzata, con una
integrazione di aria evaporata, per aumentare l'efficienza (a scapito di un
certo consumo di acqua).
 
E' interessante notare che si sta pensando di fornire il sistema di
raffreddamento ad aria forzata anche per le nuove generazioni di reattori
nucleari. In questo caso, non tanto per "risparmiare acqua", bensi' per
garantire il funzionamento anche in mancanza di acqua e quindi una
maggiore sicurezza in caso di disastro. In questo caso, quando il reattore
e' fermo, l'aria non e' piu' "forzata", ma la ridotta potenza delle
reazioni di decadimento (che sono una frazione di quella nominale, anche
se numericamente puo' essere di tutto rispetto) e' tranquillamente
gestita dal sistema di radiatori per convenzione naturale.

 ciclo di riscaldamento e produrre nuovo vapore).
No, all'interno di una torre di raffreddamento _non_ avviene la 
condensazione dell'acqua del ciclo termodinamico, avviene solamente 
l'evaporazione e raffreddamento dell'acqua condensatrice che viene poi 
reinviata al condensatore.
 
Ci sono svariati motivi per non allontanare il vapore dal condensatore e 
al momento mi vengono in mente solo questi due:
 
- la temperatura di condensazione deve essere il più bassa possibile e a 
35 °C, una temperatura di riferimento per le nostre latitudini, la 
pressione assoluta è di ~50 mbar, pressapoco 0,05 atmosfere: vuoto 
spinto, per cui tutte le condutture dovrebbero essere perfettamente a 
tenuta;
- data la bassissima pressione, il volume specifico del vapore è enorme, 
a memoria qualcosa come 17 m³/kg. Un volume specifico così grande, vuol 
dire grandi portate volumetriche e quindi, non potendo fare le 
condutture grandi a piacere, grandi velocità, quindi grandi perdite di 
carico. Una centrale termoelettrica tipica degli anni '70, potenza 320 
MW e rendimento di ciclo del 40 %, ha una portata massica di vapore al 
condensatore di circa 140 kg/s.
 
Condutture enormi e perfettamente a tenuta: molto meglio spostare solo 
acqua liquida.
 
Un'ulteriore correzione, veramente di poco conto: quando il vapore entra 
nel condensatore, non viene prima raffreddato ma condensa direttamente: 
neigrandi impianti (> 80 MW ) si trova in condizioni di liquido saturo.
Impianti particolari in contropressione o che usano cicli a fluido 
organico, il vapore all'uscita della turbina può essere effettivamente 
surriscaldato e deve essere raffreddato prima di essere condesato.

 Ci sono svariati motivi per non allontanare il vapore dal condensatore
 
D'accordo. Ma nei piccoli impianti si pone il raffreddamento "sul"
condensatore. Non volevo essere prolisso e divagare dal tema e
quindi ho semplificato. Se guarda i "disegnini" di questi impianti,
spesso non si vede questo "anello aggiuntivo" (perche' non e' rilevante
nella spiegazione semplificata). Pero' e' vero, dentro il condensatore
girano fasci tubieri di un anello di raffreddamento che arriva fino
alle torri.
 
In ogni caso, il suo chiarimento "a parte", va bene, evita eventuali altri
equivoci per chi volesse andare a fondo sulla costruzione dell'impianto.

 giï¿½ usata?
 
l'argomento è trattato qui:
http://www.technologyreview.com/news/523856/solar-thermal-technology-poses-challenges-for-drought-stricken-california/
 
g

 
http://www.technologyreview.com/news/523856/solar-thermal-technology-poses-challenges-for-drought-stricken-california/
 
 
Ecco, questo � esattamente l'approccio che cercavo.
Resterebbe da trovare un modo per usare il calore
di scarto in maniera redditizia, secondo me qualcosa
si pu� fare affiancando la produzione di qualcosa
che richieda basse temperature, come come la
intensiva coltivazione di alghe per idrocarburi.
 
Grazie a tutti per il contributo.
 
 

 alghe per idrocarburi.
 
Anche per il condizionamento (caldo d'inverno, freddo d'estate).
 
In ogni caso, torniamo alla fonte citata. Dato che e' interessante,
traduco in italiano le parti rilevanti per questo NG.
 
"California’s ambitious goal of getting a third of its electricity from
renewable energy sources by 2030 is being tested by its driest year on
record, part of a multiyear drought that’s seriously straining water
supplies. The state plan relies heavily on solar thermal technology,
but this type of solar power also typically consumes huge quantities
of water."
 
[L'ambizioso obiettivo della California di ottenere un terzo della sua
energia elettrica da fonti energetiche rinnovabili entro il 2030 è in
fase di dura prova nel suo anno più secco come mai registrato, parte di
una siccità pluriennale che sta stirando seriamente l'approvvigionamento
idrico. Il piano dello stato si basa pesantemente sulla tecnologia solare
termodinamica, ma questo tipo di energia solare consuma anche tipicamente
enormi quantità di acqua.]
 
Interessante e' la seguente osservazione:
 
"Solar thermal power plants use large fields of mirrors to concentrate
sunlight and heat water, producing steam that spins power-plant turbines.
Utilities like them because their power output is much less variable
than power from banks of solar panels ..."
 
[Le centrali solari termodinamiche utilizzano grandi campi di specchi per
concentrare la luce solare e riscaldare l'acqua, producendo vapore che fa
girare le turbine delle centrali elettriche. Esse piacciono alle Aziende
Elettriche, perché la loro produzione è molto meno variabile della
energia da banchi pannelli fotovoltaici ...]
 
Ma ecco la nota dolente:
 
"Solar thermal plants can consume twice as much water as fossil fuel
power plants, and one recently proposed solar thermal project would have
consumed about 500 million gallons of water a year."
 
[Gli impianti solari termodinamici possono consumare il doppio di
acqua che le centrali elettriche a combustibili fossili, ed un progetto
solare termico proposto di recente avrebbero consumato circa 500 milioni
di galloni di acqua all'anno.]
(sono 1,9 miliardi di litri, cioe' 1,9 milioni di m3 o tonnellate di acqua)
 
Soluzione: il raffreddamento a secco (cioe' ad aria forzata):
 
"A technology called dry cooling, which has started appearing in power
plants in the last 10 years or so, can cut that water consumption by
90 percent. Instead of evaporating water to cool the plant, the
technology keeps the water contained in a closed system. As it
cools the power plant, the water heats up and is then circulated
through huge, eight-story cooling towers that work much like the
radiator in a car."
 
[Una tecnologia denominata "raffreddamento a secco", che ha iniziato ad
apparire nelle centrali elettriche negli ultimi 10 anni o giù di lì,
può tagliare il consumo di acqua del 90%. Invece di evaporare l'acqua per
raffreddare l'impianto, la tecnologia mantiene l'acqua in un sistema
chiuso. Nel mentre che raffredda la centrale elettrica, l'acqua si
riscalda e viene fatta circolare attraverso enormi torri di
raffreddamento di otto piani che funzionano come il radiatore di una auto.]
 
Hmmm, l'esempio delle torri di otto piani fa confusione con le torri di
raffreddamento ad evaporazione. Forse e' meglio fare vedere come e'
fatto un gruppo di raffreddamento a secco, altrimenti qui ...
 
http://www.classikcoolingtowers.com/dry-cooling-towers.html
 
 
come potete vedere (per chi ha mai aperto un cofano di un auto) la
rassomiglianza con il radiatore e' giustificata. Per togliere ogni
dubbio (sono certo che qualcuno sta gia' arrottando la tastiera)
ecco una dei sistemi di raffreddamento per gruppo da 20 MW(e):
 
https://maps.google.com/maps?q=37.560177,-5.331325&hl=en&num=1&t=h&z=19
 
 
vedete quell'affare rettangolare, nella parte a sud (bassa), quasi
al limite degli specchi, con 3 grossi ventilatori ? E' un gruppo di
raffreddamento a secco. Quei ventilatori hanno 8 metri di diametro.
Per maggiori potenze troverete anche gruppi con 10 e piu' ventilatori
oppure con ventilatori piu' grossi.
 
Invece una torre di raffreddament, vista dall'alto, appare cosi':
 
https://maps.google.com/maps?q=33.14209,-81.756451&hl=en&num=1&t=h&z=19
 
 
hmmm ... e' in funzione e quindi non si vede un tubo (anche quella di
Gemasolar e' in funzione, solo che non emette "vapore"). Proviamo con
una sicuramente ferma:
 
https://maps.google.com/maps?q=40.151676,-76.723444&hl=en&num=1&t=h&z=19
 
 
come potete vedere, dentro non ci sono ventilatori. Quindi le torri di
8 piani sono quelle a vapore ... 
 
Ma andiamo avanti:
 
"Dry cooling technology costs from two and a half to five times more than
conventional evaporative cooling systems. And it doesn’t work well on hot
days, sometimes forcing power plant operators to cut back on power
production. In the summer, this can decrease power production by 10 to
15 percent, says Jessica Shi, a technical program manager at the Electric
Power Research Institute. On extremely hot days, power production might
be reduced even more than that."
 
[I costi della tecnologia di raffreddamento a secco sono da due e mezzo a
cinque volte maggiore rispetto ai sistemi di raffreddamento evaporativo
convenzionali. E non funzionano bene nelle giornate calde, a volte
costringendo gli operatori delle centrali di tagliare la produzione di
energia (*). In estate, questo può diminuire la produzione di energia dal
10 al 15%, dice Jessica Shi, un dirigente tecnico di procedura presso
l'Istituto di Ricerca della Energia Elettrica. Nei giorni estremamente
caldi, la produzione di energia può essere ridotto anche di più.]
 
(*) questo problema e' noto con tutte le centrali termoelettriche
(e nucleari) quando non c'e' abbastanza acqua.
 
Il resto e' solo chiacchera, come se si potesse "quadrare" il cerchio.
Senza evaporazione, occorrono ampi radiatori e/o potenti ventilatori.

 
Rubbia accennava a motori aeronautici, quindi turbine a gas.
La questione non � di poco conto per il solare termodinamico, sia
 perch� richiede pi� acqua e soprattutto perch� richiede un vasto
 territorio pianeggiante. La necessit� di acqua costringe a
 scegliere terreni di alto valore.
Il progetto desertec, ad esempio prevedeva la dislocazione delle
 centrali sparse sulle coste del nord africa. Se non fosse
 necessaria acqua si potrebbe concentrare tutto in una piccola
 fetta di deserto. La differenza � radicale.
 
----Android NewsGroup Reader----
http://www.piaohong.tk/newsgroup
 

Non sarebbe possibile ideare un sistema di raffreddamento
a pompa di calore che da un lato accede al vapore a bassa
temperatura e dall'altro lato riscalda una serpentina
a 600 o pi� gradi?
 
Il compressore potrebbe essere alimentato tramite
compressione termica invece che usare i consueti
motori elettrici.
 
In questa maniera si potrebbe generare ulteriore
energia dalla serpentina di dissipazione per
alimentare sia il compressore che la centrale.
 
Non ho idea dei costi che comporterebbe la
realizzazione di un simile impianto di raffreddamento.

 realizzazione di un simile impianto di raffreddamento.
 
le heat pump danno il loro meglio quando muovono anche 
ingenti quantità di calore contro gradienti deboli, mentre 
il rendimento peggiora in maniera drammatica (non conosco la 
legge, ma non è lineare) quando devono controntarsi con 
gradienti elevati.
Con 400° di dislivello temo che i rendimenti termodinamici 
sarebbero veramente infimi.
Praticamente è esattamente la situazione speculare a quanto 
prevede Carnot per le macchine termiche, dove il rendimento 
sale quanto più è elevato il gradiente tra la sorgente calda 
e il pozzo freddo, e quindi il salto. Solo che qui il 
principio opera per il processo all'inverso.


 sarebbero veramente infimi.
 
perfetto, mi hai tolto un tarlo dalla testa che durava da mesi.
 
Le pompe di calore mi hanno sempre affascinato e non solo per il
 nome sexy :>
 
ps. l'ariston ha tirato  fuori uno scaldabagno heatpump capace di
 incanalare l'aria fresca in casa (visto ieri)


 perfetto, mi hai tolto un tarlo dalla testa che durava da mesi.
 
Bene, me son venuti altri.
La perdita di rendimento della heatpump si traduce in cosa?
Immagino calore dissipato dal compressore e dal sistema in
genere.
Se tale calore si incanalasse dentro la camera del vapore
a bassa temperatura la perdita verrebbe (in parte) riciclata.
 
Altro possibile tarlo, supponiamo che si riesca ragionevolmente
ad alzare la temperatura di una 50ina di gradi con una heatpump.
A questo punto basta aggiungere un successivo stadio heatpump
con uno scambiatore di calore per sollevarla di altri gustosi
gradi evitando di infilarsi in un punto morto della heatpump.
 
Un punto importante: i compressori dovrebbero essere alimentati
da una trasduzione diretta calore-movimento (vapore ad alta
temperatura preso dall'ultimo stadio).
 
Che ne dici, compagno? Apriamo un laboratorio sperimentale?

 Che ne dici, compagno? Apriamo un laboratorio sperimentale?
 
bisogna reclutare gli ingegneri !



Se ho capito bene, hai intenzione di alzare la temperatura dell'aria (o 
del vapore?) da inviare alla turbina utilizzando una pompa di calore?


 
La ditta dovrebbe interessarsi allo sfruttamento del calore
refluo e alla condensazione del vapore a bassa temperatura
per l'autonomia idrica di impianti per la produzione di
energia elettrica da fonti termiche. Spaziamo dal nucleare
al solare termodinamico :)
 
 

 del vapore?) da inviare alla turbina utilizzando una pompa di calore?
 
L'idea sarebbe quella di sfruttare la temperatura del vapore di scarto
delle centrali per la produzione elettrica attraverso un meccanismo
che ne sollevi la temperatura e contemporanemente condensare il
vapore acquo in acqua calda.
 
Il lato ad alta temperatura dovrebbe alimentare il sistema ma non
so ancora se potrebbe coprire tutte le necessit� energetiche.
La risorsa energetica da sfruttare sarebbe la differenza di temperatura
il vapore e la temperatura ambientale.


Allora no, non potrebbe mai funzionare.
Se si potessero usare macchine ideali in un mondo ideale, il guadagno di 
rendimento che otterrai con la macchina "principale" sar� completamente 
assorbito dalla macchina che abbasser� la temperatura.
 
Ti faccio un esempio, con macchine ideali in universo ideale.
Una centrale termoelettrica funziona operando fra la temperature di 300 
�C e 35 �C ed ha rendimento 30 % (un numero a caso). 25 �C � la 
temperatura minima a cui arriva il condensatore, perch� al cui interno 
passa acqua di fiume o mare a 25 �C.
Se tu alimenti il condensatore con acqua di fiume raffreddata a 10 �C 
con una pompa di calore, la centrale effettivamente vedr� aumentare il 
suo rendimento. Ma se consideri tutto l'impianto, centrale + PdC, il 
rendimento non cambia di una virgola, perch� continuerai a lavorare con 
la stessa differenza di temperatura, fra 300 e 25 �C.
 
In realt� avrai un rendimento inferore per attriti aggiuntivi, dopotutto 
hai una macchina in pi� da alimentare, pi� le perdite di exergia per gli 
aggiuntivi scambi di calore.

 Senza evaporazione, occorrono ampi radiatori e/o potenti ventilatori.
 
Una cosa che forse sarebbe praticabile senza grosse difficoltï¿œ potrebbe
essere quella di usare il terreno come dissipatore. Non sarei in grado
di fare i calcoli sulle necessitï¿œ di raffreddamento e sulla capacitï¿œ di
dissipazione del terreno, ma per certo ï¿œ cosa fatta regolarmente su
piccola scala nelle case a impatto zero, quindi in linea di principio ï¿œ
certamente praticabile.
 
Non penso sarebbe malvagia come idea l'interramento a 2m di profonditï¿œ,
sotto il campo solare, delle tubature per il raffreddamento dell'acqua
da ricondensare; certamente servirebbe piï¿œ acqua per riempire il
circuito, ma sarebbe un circuito chiuso.
 
Si utilizzerebbe cosï¿œ in modo proficuo anche il terreno sotto il campo
solare che altrimenti resterebbe inutilizzato, e tra l'altro restando in
ombra per via degli specchi vedrebbe ribilanciato il proprio conto
energetico: il calore sottratto dagli specchi gli verrebbe restituito
dai tubi di raffreddamento (anche se non ritengo vi sia alcun vantaggio
nella cosa).
 
Probabilmente se nessuno ci ha giï¿œ pensato ci sarï¿œ qualche motivo
valido; a me non sovviene, ma magari altri riconoscono qualche criticitï¿œ
da me non considerata.
 
-- 
Flavio Visentin
 
Scientists discovered what's wrong with the female brain: on the left
side, there's nothing right, and on the right side, there's nothing left

 da me non considerata.
 
probabilmente l'acqua costa troppo meno rispetto agli scavi, 
tubi, e complessità aggiuntiva. Ipotesi di taglio basso :)
