scuola energia e ambiente

Produzione di energia elettrica

Grazie ai suoi numerosi benefici economici e ambientali, negli ultimi anni il gas naturale si è trasformato nel combustibile fossile preferito per la produzione di elettricità. Negli anni Settanta e Ottanta la produzione energetica era orientata verso il carbone e le centrali nucleari, ma una combinazione di fattori economici, ambientali e tecnologici ha provocato uno spostamento verso il gas.
Centrali a vapore
Il gas naturale può essere utilizzato come combustibile nelle centrali elettriche a vapore per produrre il vapore che, ad alta pressione, mette in moto la turbina che a sua volta fa girare l’alternatore. Per creare vapore ad alta pressione si surriscalda l’acqua in una caldaia: chiudendo ermeticamente il recipiente, il vapore aumenta di pressione per poi fuoriuscire con violenza diretto verso la turbina. Per quanto riguarda il rendimento di tali centrali, circa il 40% dell’energia contenuta nel combustibile viene trasformato in elettricità; il restante 60% viene perso nelle conversioni di energia  da chimica a termica, a meccanica, a elettrica.
Centrali a turbogas
Il gas naturale può essere utilizzato anche nelle centrali elettriche a turbogas. Queste sono centrali termoelettriche in cui si sfrutta direttamente l’energia prodotta dalla combustione di metano (o gasolio) e funzionano senza la caldaia per trasformare acqua in vapore e senza condensatore per ritrasformare il vapore in acqua. Le parti che compongono una centrale a turbogas sono:

• compressore: aspira l’aria dall’atmosfera, la comprime e la invia alla camera di combustione;
• camera di combustione: dove avviene la combustione tra l’aria e il combustibile (metano o gasolio);
• turbina a gas: la miscela di aria e gas ad alta temperatura entra in una turbina dove l’espansione dei gas combusti mette in rotazione le pale del rotore che a sua volta mette in rotazione l’alternatore generando elettricità

I vantaggi delle centrali a turbogas sono i costi ridotti dell’impianto, la rapidità di avviamento anche in caso di mancanza di energia dalla rete e il fatto che non necessitano di acqua di raffreddamento: è quindi possibile costruire in qualsiasi zona, anche lontano da fiumi e dal mare. Lo svantaggio è il bassissimo rendimento (circa il 30%) e quindi l’altissimo costo dell’energia.
Centrali a ciclo combinato
I sistemi a ciclo combinato e quelli di cogenerazione sono le tecnologie più efficienti per produrre l’elettricità da gas naturale. Infatti, entrambi i sistemi utilizzano il calore che normalmente veniva perso. Le centrali a ciclo combinato sfruttano il calore generato per produrre elettricità. In tali sistemi vengono associate una centrale a turbogas e un gruppo a vapore: il calore residuo dei fumi in uscita del gruppo turbogas viene utilizzato per produrre vapore, facendo così aumentare il rendimento fino al 56%. Inoltre le centrali a ciclo combinato hanno minori costi di costruzione e manutenzione, e hanno un’affidabilità di funzionamento maggiore.
Gli impianti a ciclo combinato rappresentano la scelta più sostenibile nella generazione termoelettrica, garantendo un basso impatto complessivo sulle risorse ambientali. In particolare, l’utilizzo del gas naturale garantisce un impatto ambientale molto contenuto in termini di inquinamento atmosferico locale. Rispetto all’utilizzo del carbone e dell’olio combustibile, infatti, si eliminano le emissioni di ossidi di zolfo e di polveri, e si riducono quelle di ossidi di azoto grazie all’introduzione di tecnologie all’avanguardia nella combustione. In termini di inquinamento atmosferico globale, il binomio gas naturale – ciclo combinato rappresenta una delle migliori alternative per ridurre le emissioni di gas a effetto serra. Il gas naturale è la fonte fossile la cui combustione genera la minor quantità di anidride carbonica a parità di energia fornita: il “fattore di emissione” è pari a 2,35 tCO₂/tep, inferiore di circa il 26% a quello ottenuto dalla combustione dei derivati dal petrolio e di circa il 41% rispetto al carbone.