IL LUNGO PERCORSO DELL’ENERGIA ELETTRICA DALLA PRODUZIONE AGLI UTILIZZATORI FINALI
Tutta la società moderna si basa sui consumi di energia i cui principali vettori sono :
Energia elettrica
Gas
Acqua
Aria compressa
L’energia elettrica è certamente la forma più conosciuta, più utilizzata e, nel contempo, più versatile, perché una volta prodotta, trasportata e distribuita, può essere facilmente convertita a seconda le esigenze, in :
Movimento ( motori-rete ferroviaria-tram-filovie-funivie-ecc )
Radiazione luminosa ( sorgenti luminose a scarica di gas-fluorescenti-LED )
Calore
Gli utilizzatori finali richiedono potenze disponibili a diversi livelli di tensione, a seconda delle potenze in gioco; tali livelli sono :
Utilizzatori in bassa tensione ( tensione inferiore ad 1 KV ) : utenze domestiche-utenze commerciali-utenze industriali.
Utilizzatori in media tensione ( tensioni tra 1 KV e 30 KV ) : utenze commerciali-utenze industriali-utenze terziario.
Utilizzatori in alta tensione ( tensioni tra 30 KV e 150 KV ) : genericamente sono utenze industriali che richiedono elevate potenze e che provvedono in proprio, mediante una stazione AT-MT ( 150/20 KV ), a realizzare una rete interna in media tensione e diverse cabine di trasformazione MT-BT.
Utilizzatori in altissima tensione ( tensioni superiori a 150 KV ) : genericamente sono utenze industriali che richiedono elevate potenze e che provvedono in proprio, mediante una stazione AAT-MT ( 220-400/20 KV ), a realizzare una rete interna in media tensione e diverse cabine di trasformazione MT-BT.
L’energia elettrica come la conosciamo non esiste in natura, ma bisogna produrla;
il sistema elettrico nazionale è articolato in tre fasi ben distinte :
Produzione
Trasmissione
Distribuzione
Nello schema in basso riportato è sinteticamente rappresentato il flusso di energia dalla produzione fino all’utilizzatori in AT-MT-BT
PRODUZIONE DELL’ENERGIA ELETTRICA
Attualmente ci sono due modi per la produzione di energia elettrica :
Produzione “centralizzata” mediante “centrali convenzionali di produzione”
Produzione “distribuita” mediante “centrali di produzione da fonti rinnovabili”
nello schema in basso sono riportate le fonti energetiche di energia, che caratterizzano le varie tipologie di centrali.
CENTRALI CONVENZIONALI DI PRODUZIONE
Queste centrali possono essere a seconda della fonte primaria utilizzata 1)DA FONTI NON RINNOVABILI
Oli combustibili ( petrolio e derivati )
Gas naturale
Carbone
Nucleare ( vietata in Italia )
In genere in tali centrali un elemento combustibile viene bruciato per produrre calore che viene, poi, trasferito ad una caldaia ove circola acqua ad alta pressione. L’acqua si trasforma in vapore ad alta temperatura ed alta pressione; tale vapore viene fatto espandere in una turbina, accoppiata meccanicamente sullo stesso asse, ad un alternatore, macchina elettrica fondamentale che trasforma l’energia meccanica in energia elettrica disponibile ai suoi morsetti.
DA FONTI RINNOVABILI
Idroelettrica
La centrale idroelettrica tradizionale sfrutta l’energia potenziale dell’acqua accumulata e trattenuta in un invaso, mediante una diga; una condotta forzata collega l’invaso alla centrale vera e propria, ubicata a valle. L’acqua alla fine del percorso nella condotta colpisce le pale di turbine ( del tipo Kaplan o Francis, a seconda delle caratteristiche dell’impianto ), che sono accoppiate agli alternatori, che trasformano l’energia meccanica all’asse della turbina in energia elettrica. Mediante un invaso a valle, l’acqua di scarico viene accumulata e spinta, nelle ore notturne mediante le stesse turbine funzionanti da pompe, nell’invaso a monte.
In tal modo, al netto delle perdite, la stessa acqua viene sempre utilizzata .
Geotermica
La centrale geotermica utilizza come fluido primario per riscaldare le caldaie, il calore naturale dei vapori geotermici contenuti nel sottosuolo; il vapore viene fatto espandere in una turbina accoppiata, come sempre, ad un alternatore. Con tale generazione non c’è alcun processo di combustione, ma il fenomeno è naturale; non ci sono scorie o residui in
Eolica
La centrale eolica si compone, in genere, di più generatori eolici di una certa potenza unitaria ( fino a P=6 MVA ), collegati in entra-esci.
Si sfrutta la velocità del vento per produrre energia elettrica. Il modulo base è costituito dal
singolo generatore eolico, composto da : eliche-albero-alternatore-trasformatore BT/MT necessario per elevare la tensione di produzione ( in genere a 690 Vac ) ad un valore di tensione in MT ( 20-30 KV ). Una opportuna linea in media tensione, in configurazione entra-esci, conferirà, a seconda dei livelli di potenza, l’energia prodotta in una Stazione Elettrica MT-AT o in una rete in MT .
Solare termodinamica
In tale centrale la fonte primaria è rappresentata dall’energia associata alle radiazioni solari che viene fatta confluire su moduli concentratori parabolici, che riscaldano un fluido a base di sali, contenuto all’interno di condotti. Questo fluido, direttamente o indirettamente, mediante vapore ad alta temperatura e pressione, viene fatto espandere in una turbina, accoppiata ad un alternatore.
Solare fotovoltaica
La centrale solare fotovoltaica si basa sui pannelli ( moduli ) fotovoltaici che convertono direttamente l’energia solare in corrente continua sfruttando l’effetto fotovoltaico delle celle elementari costituenti il pannello.
La tensione continua prodotta dalle stringhe ( serie di più moduli ), opportunamente collegate in serie-parallelo, viene convertita in corrente alternata mediante apparecchiature chiamate inverter; più inverter, a seconda delle potenze in gioco, sono collegati in parallelo. L’energia generata viene immessa sulla rete in MT-20 KV mediante opportuni trasformatori elevatori, oppure sulla rete in AT-150 KV , mediante stazioni
elettriche elevatrici 20/150 KV, per impianti di grosse dimensioni
- CENTRALI DI PRODUZIONE DISTRIBUITE-
Queste centrali sono ubicate, genericamente, molto più vicine ai centri di utilizzazione; sono del tipo :
Eolica
Solare fotovoltaica
Biomassa
Mini-idroelettrico
Geotermica
Le centrali di produzione del tipo : biomassa/mini-idroelettrico/geotermica, viste le modeste potenze in gioco, sono connesse alla rete di media tensione esistenti o mediante la realizzazione di nuove linee, mediante l’interposizione di trasformatori elevatori.
Le centrali eoliche o fotovoltaiche, invece, a seconda della loro dimensione, possono essere collegate sulle reti in MT o in AT ( alta tensione ).
In genere, con le attuali regole di connessione, impianti di potenza fino a 10 MW, possono essere connessi direttamente sulle reti in MT ( salvo verifica di compatibilità a mezzo studi di load-flow );
Impianti di potenza superiore potranno essere connessi alla rete in AT, in genere a 150 KV, mediante la realizzazione di stazioni elettriche elevatrici 20/150 KV.
Nelle centrali di produzione di tipo “convenzionale”, che, ad oggi, soddisfano la maggiore richiesta di potenza degli utilizzatori, la tensione di generazione, ai capi degli alternatori di centrale, è compresa tra 6 – 15 KV ( raramente ad un livello di 20 KV ), per cui nelle stesse, ci si trova nelle condizioni di dover trasferire elevate potenze verso i centri di carico, tenendo presente che, in Italia, il numero delle centrali tradizionali non è elevato e che la distanza tra le stesse è, spesso, di centinaia di chilometri.
Per tale motivo, unitamente a parametri elettrici fondamentali, quali : tensioni-livelli di isolamento-correnti in gioco-correnti di corto circuito- ecc, l’energia generata deve necessariamente essere trasportata e poi distribuita verso i centri di carico.
-TRASMISSIONE DELL’ENERGIA ELETTRICA-
Al fine di poter trasmettere, a grandi distanze, elevate potenze elettriche, dalla produzione verso i centri di carico periferici, immediatamente a valle delle centrali di produzione, si provvede ad elevare la tensione di generazione da un valore di ( 6 – 15 KV ) ad un valore in altissima tensione AAT di 380 KV, deputato alla trasmissione dell’energia elettrica.
La rete in AAT-380 KV, in Italia, è gestita da TERNA.
Le apparecchiature necessarie, a 380 KV, ubicate su piazzali all’aperto o in complessi blindati e sigillati in gas SF6, sono costituite da : sezionatori-interruttori-trasformatori di corrente e di tensione-scaricatori di sovratensioni- più trasformatori in parallelo MT/AAT di idonea potenza-protezioni elettriche-servizi ausiliari.
Le linee di trasmissione in AAT servono, tra l’altro, all’interconnessione dei centri di produzione tradizionali, nonché all’interconnessione con le reti transnazionali.
Le linee di trasmissione in AAT sono di due tipi :
Linee aeree : costituite da conduttori in alluminio di sezione S=585 mmq, rinforzati con un conduttore di acciaio, sostenuti e collegati mediante catene di isolatori, a sostegni in acciaio a tronchi innestabili o del tipo a traliccio.
Linee interrate : costituite da cavi unipolari di sezione S=1600 mmq, posati entro opportuni scavi e/o cunicoli predisposti.
Le linee di trasmissione non seguono percorsi unicamente radiali, ma per una maggiore flessibilità della trasmissione, per una migliore qualità del servizio e per la continuità di alimentazione, si realizzano delle vere e proprie reti magliate in cui i nodi sono interconnessi.
La connessione alla rete in AAT-380 KV, di utenti particolarmente energivori, ad esempio utenti siderurgici, avviene mediante derivazioni in entra-esci sulla linea in transito.
Le linee di trasmissione, nell’avvicinarsi ai centri di carico ( città-zone industriali ) diventano Linee di Distribuzione.
-DISTRIBUZIONE DELL’ENERGIA ELETTRICA-
In opportuni nodi della trasmissione in AAT, oggi, sono realizzate sottostazioni elettriche ( SSE ) che trasformano la tensione dal valore di 380 KV della trasmissione, ad un valore in alta tensione AT di 150 KV, deputato alla distribuzione primaria dell’energia in un modo più penetrante nel territorio, verso i centri di carico.
Le apparecchiature necessarie in AT a 150 KV, ubicate su piazzali all’aperto o in complessi blindati e sigillati in gas SF6, sono costituite da : sezionatori-interruttori-trasformatori di corrente e di tensione-scaricatori di sovratensioni- più trasformatori in parallelo AAT/AT di idonea potenza-protezioni elettriche-servizi ausiliari.
Le linee di distribuzione primaria in AT sono di due tipi :
Linee aeree : costituite da conduttori in alluminio di varie sezioni, rinforzati con un co