Martedì 27 Novembre 2012 si è svolto il secondo incontro del ciclo “Martedì della Ricerca” organizzato da LEDS.

Il titolo dell’incontro è stato “Influenza delle modalità di gestione del carico sulla vita residua dei componenti degli impianti termoelettrici”, con la partecipazione del Dott. Ing. Alberto Benato.

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Prima di presentare il lavoro che il team di ricerca dell’Università di Padova sta conducendo in questo ambito, l’Ing. Benato ha esposto il problema nelle sue generalità e le ragioni per cui tale questione si è manifestata negli ultimi tempi.

La liberalizzazione del mercato elettrico e l’aumento della potenza installata prodotta da fonti rinnovabili hanno portato alla necessità di sviluppare nuove strategie di gestione degli impianti termoelettrici tradizionali: queste nuove strategie hanno come obiettivo quello di aumentare la flessibilità operativa degli impianti, in quanto sempre più spesso è richiesta ad essi la capacità di operare frequenti e considerevoli variazioni di carico.

Le variazioni di carico nelle centrali termoelettriche sostanzialmente si traducono in variazioni delle temperature e delle pressioni di ciclo: tali modifiche delle condizioni operative di ciclo, se operate con frequenza in impianti che non lo prevedono, come le centrali a ciclo Rankine a vapore surriscaldato, portano ad un incremento nel danneggiamento dei componenti più sollecitati che sono gli scambiatori di calore a più alta temperatura (surriscaldatore e risurriscaldatore), il corpo cilindrico e la palettatura della turbina di alta pressione. Tali danneggiamenti si manifestano in fenomeni quali ossidazioni, deformazioni e fratture dei materiali.

È dunque fondamentale monitorare tutti i componenti di un impianto e soprattutto quelli più critici, studiarne il danneggiamento e definire strategie di gestione che permettano la minimizzazione del danneggiamento stesso.

Lo scopo dell’attività di ricerca in questo ambito è dunque quello di definire strategie di gestione delle variazioni del carico che permettano di massimizzare la vita residua dei componenti.

In particolare, presso l’Università di Padova si è preso in analisi un impianto combinato ad un livello di pressione e ne è stata affrontata l’analisi attraverso il software Dymola: questo programma permette la modellizzazione dell’intero impianto, la simulazione delle possibili condizioni operative e di conseguenza lo studio dei diversi componenti sia in maniera individuale che all’interno dell’impianto, osservandone le interazioni.

Attraverso l’utilizzo del programma, dunque, è stata creata una modellizzazione dell’impianto, sulla quale sono state effettuate simulazioni: in pratica, sono stati implementati i transitori di carico possibili, analizzando gli andamenti delle principali grandezze termodinamiche dell’impianto.

Si sono dunque registrate le variazioni di temperatura e degli altri parametri di ciclo sui componenti più sollecitati individuando le situazione di maggior criticità.

Si è eseguita una stima valutativa del danno da fatica (fessurazioni, deformazioni, riduzione della vita utile) attraverso formule presenti in letteratura. In questo modo, variando i parametri di ciclo e ipotizzando diverse possibili gestioni dell’impianto, si è potuto individuare quali fossero le strategie che portavano ad una minimizzazione del danneggiamento sui componenti più sollecitati.

In seguito, individuate le modalità di gestione dell’impianto più opportune dal punto di vista tecnologico, si sono analizzate tali strategie dal punto di vista dei rendimenti, dal punto di vista economico e ambientale, giungendo talvolta a conclusioni contro-intuitive.

Per esempio, si è potuto riscontrare che in alcune circostanze può essere preferibile accettare una riduzione della vita utile di un componente (in seguito ad un incremento delle sollecitazioni derivanti a frequenti variazioni di carico) poiché il beneficio economico che deriva dalla possibilità di coprire in maniera più flessibile le richieste di mercato non è penalizzato dai costi conseguenti alla necessità di sostituire il componente danneggiato con maggior frequenza.

Alberto Benato, conseguita la Laurea Triennale in Ingegneria Energetica presso l’Università di Padova (2007) con una tesi sulla caratterizzazione di una micropompa innovativa (RSP: Rotative Shaft Pump), grazie alla decisione di alcuni docenti della Facoltà di istituire un nuovo corso di Laurea Specialistica in ambito energetico (quello che attualmente prende il nome di Laurea Magistrale in Ingegneria Energetica), prosegue gli studi nel settore energetico. Al termine del percorso biennale conclusosi con una tesi sull’analisi di comportamento di un generatore eolico ad asse orizzontale (2010), Alberto Benato torna ad occuparsi dell’ambito a lui più caro degli impianti termoelettrici grazie ad una Borsa di Ricerca della durata di un anno. Attualmente segue il proprio percorso di Dottorato di Ricerca presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale e collabora con l’Energy Group, Gruppo di Ricerca dell’Università di Padova.