Turbine a gas

Le turbine a gas rappresentano ormai da decenni un importante sistema di conversione dell’energia per la produzione di elettricità da combustibili: l’affidabilità, l'alto rendimento e la versatilità ne fanno uno strumento ormai insostituibile per la produzione d’energia termoelettrica.

La generazione può essere realizzata con svariate configurazioni d’impianto, tra le quali:


•    Produzione di energia in ciclo semplice. Grazie alla loro rapidità d’avviamento,  le turbine a gas possono soddisfare prontamente la richiesta di energia nelle ore di punta.
Il basso rapporto peso/potenza le rende inoltre ideali per la produzione di energia in situazioni temporanee o zone remote.
•    Assetto in ciclo combinato. L’enorme successo avuto dai cicli combinati (turbina a gas + turbina a vapore) negli ultimi anni ha confermato la validità di queste macchine per la copertura del base-load, grazie agli altissimi rendimenti conseguibili, all’elevata affidabilità e all’uso di combustibili puliti quali il gas naturale
•    Assetto cogenerativo. La cogenerazione è la produzione combinata e di energia elettrica e termica entrambe intese come effetto utile.
L’alta temperatura dei gas di scarico nelle turbine a gas le rende ideali per l’uso in assetto cogenerativo, sia nei cicli combinati, sia in ciclo semplice, con uso diretto dei gas di scarico (ad esempio per essiccatura di prodotti).
•    Mechanical drive. Le turbine a gas possono essere direttamente accoppiate all’utilizzatore, tipicamente costituito da un’altra turbomacchina (pompe e compressori), senza ricorrere alla conversione intermedia in energia elettrica
•    Le turbine a gas, oltre all’uso nel campo dei trasporti marini e ferroviari, sono il motore d’elezione per l’aeronautica civile, commerciale e militare
Con diverse soluzioni costruttive, le turbine a gas sono realizzate in un vasto campo di potenze, da pochi kW fino a 300 e oltre MW.

 

Turbina a gas

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dal punto di vista termodinamico la turbina a gas lavora seguendo il ciclo Joule-Brayton, costituito teoricamente da una compressione isoentropica, un riscaldamento isobaro, un’espansione isoentropica e un raffreddamento isobaro. Nella realtà la macchina si configura come un motore a ciclo aperto a combustione interna, con una compressione e un’espansione pressoché adiabatiche e una combustione avente la funzione di “introdurre” il calore nel ciclo di potenza.
Il lavoro utile è quindi ottenuto dal combustibile, la cui energia chimica è convertita prima in energia termica e quindi in lavoro meccanico.
In estrema sintesi, costruttivamente una  turbina a gas è costituita da:
•    Un compressore, che aspira l’aria dall’ambiente esterno e la comprime fino alla pressione di lavoro della macchina.
•    Un combustore, dove viene iniettato e bruciato il combustibile
•   La turbina vera e propria (espansore) dove parte dell’entalpia dei gas combusti è convertita in energia meccanica, resa poi disponibile all’albero della turbina.
La differenza dei volumi specifici tra fluido caldo e freddo fa si che il lavoro assorbito dal compressore sia inferiore al quello erogato dall’espansore, permettendo la produzione di lavoro utile.
•    In alcuni casi, soprattutto per piccole potenze, è usato il ciclo rigenerativo, in questo caso è presente uno scambiatore di calore che cede parte dell’energia termica dei gas caldi esausti all’aria compressa in uscita dal compressore