Una procedura per la previsione della vita residua dei componenti più sollecitati degli impianti termoelettrici operanti a carico variabile

Con l’introduzione del mercato libero dell’energia, le aziende di gestione delle centrali di produzione hanno iniziato ad esercire i propri impianti secondo nuove strategie, in modo da massimizzare i profitti a breve termine in relazione alle tariffe del mercato. Si è passati così da criteri di esercizio che prevedevano variazioni di carico contenute, o comunque regolate in modo tale da far lavorare gli impianti termoelettrici in condizioni prossime a quelle di progetto, a criteri che prevedono notevoli e frequenti variazioni di carico. Questo tipo di gestione, orientato al massimo profitto nel breve periodo, può essere causa di perdite di profitto a lungo termine. Infatti i componenti più sollecitati di centrali termoelettriche fatte funzionare a carico variabile subiscono danni maggiori e quindi vedono diminuire la loro vita residua. I danni a cui vanno incontro questi componenti sono principalmente causati da creep e da fatica termo-meccanica. Gli autori hanno implementato una procedura in grado di fornire il valore del danno cumulato per creep e per fatica termo-meccanica in funzione del tipo gestione di centrale ed associare a questo la vita residua dei componenti. Note le conseguenze meccaniche delle strategie di gestione, è stata sviluppata una procedura per effettuare una comparazione fra le stesse, anche sotto il profilo economico, nel lungo periodo. In questo articolo verranno presentate le procedure applicate ad una centrale termoelettrica subcritica a vapore, alimentata a carbone. In particolar modo lo studio sarà centrato sul surriscaldatore di alta temperatura della caldaia, che risulta essere il componente più sollecitato dal punto di vista meccanico e termico in una gestione che prevede più avvii e spegnimenti nel corso dell’anno. L’analisi è stata effettuata utilizzando dati reali di centrale ed elaborazioni con due diversi codici commerciali. La procedura per il calcolo del danno cumulato nel componente in questione ha considerato anche altri fattori di rischio quali la corrosione, l’ossidazione e la presenza di saldature eterogenee presenti nei tubi del surriscaldatore. La stessa procedura è stata applicata anche ad altri componenti di centrali differenti per verificarne la validità. L’analisi economica ha previsto il confronto tra due tipi di gestione diversi in un arco temporale di 20 anni in base a precise ipotesi di crescita dei prezzi di produzione e di vendita dell’energia. È stata quindi fornita una procedura utile a verificare in tempo reale le condizioni operative di uno dei componenti più critici delle centrali termoelettriche e a garantire un funzionamento con buoni rendimenti anche in condizioni di fuori progetto. La procedura risulta inoltre utile per organizzare le manutenzioni o le sostituzioni ed evitare perdite di produzione per interruzioni di funzionamento durante l’anno.