Studio dell'influenza della storia di carico sulla vita residua dei dispositivi degli impianti termoelettrici per l'ottimizzazione della gestione.

Since the introduction of a deregulated energy market in Italy, new strategies in plants and systems management have been applied: strongly irregular and discontinuous operation of power plants has been requested in order to meet the users demand and produce energy mainly during peak hours, when the electricity price is higher. More and more often this strategy has been asked to all power plants, also to those designed for base-load operation, as the (old) big steam power plants. This operation mode supplies greater money income in the short period, but is likely to cause lifetime reduction of the most critical components, due to creep and thermo-mechanical fatigue; so, serious long-term profit losses can derive from the extra-costs associated with the unplanned maintenance and the unavailability of the plant if a failure occurs. In this paper the Authors will present a technique based on creep and thermomechanical fatigue failure models aimed at estimating the residual life of the most critical devices of power plants. The effects of rapid and frequent variation of temperature and pressure in the superheater of a steam plant will be evaluated also in economic terms. Moreover, the effects of welding, corrosion and erosion will be considered, too. Indeed, in many devices, as the boiler of a coal fed plant, their presence accelerates the consequence of creep and fatigue on operating life. The procedure, on the basis of the historical data, predicts the residual life of the most critical components. It also permits to assume different future strategies for plant management and evaluate for each of them the residual life and the economic effects. An example of application on a real steam power plant will be presented, too; for this case, the comparison between different operation strategies will be examined. The procedure presented here could also be useful to organise maintenance actions, in order to prevent the occurrence of unexpected failures and the consequent loss of energy production.

Con l'introduzione del mercato libero dell'energia faccia affari in Italia, nuove strategie di gestione di centrali e di sistemi di produzione di energia elettrica sono state applicate: il funzionamento fortemente irregolare e discontinuo delle centrali elettriche è stato richiesto per incontrare la richiesta degli utenti e produrre l'energia principalmente durante le ore di picco, quando il prezzo dell’elettricità è più alto. Sempre più spesso questa strategia è stata chiesta alle centrali elettriche, anche a quelle progettate per il funzionamento a carico base, come i grandi (vecchi) impianti elettrici a vapore. Questo modo di funzionare determina dei profitti maggiori nel breve periodo, ma tende a causare la riduzione della vita dei componenti più critici, a causa della danno da creep e da fatica termo-meccanica. Nel lungo periodo quindi si possono verificare perdite di profitto per gli extra-costi associati alla manutenzione non pianificata e la mancata produzione della centrale quando si verifica una rottura inattesa. In questo lavoro si presenta una procedura basata sui modelli di rottura a creep e a fatica termomeccanica per valutare la vita residua delle apparecchiature più critiche delle centrali elettriche a vapore, con particolare attenzione al surriscaldatore di alta temperatura. Gli effetti della variazione rapida e frequente sia della temperatura che della pressione in questo componente saranno valutate anche in termini economici. Inoltre saranno considerati anche gli effetti della saldatura, della corrosione e dell’erosione esterna. Infatti, in molte altri componenti della caldaia, la loro presenza accelera le conseguenza dei danni da creep e fatica. La procedura qui presentata predice la vita rimanente dei componenti più critici sulla base dei dati storici e dei parametri di funzionamento. Essa permette anche di prevedere diverse strategie future per gestire le centrali e di valutarne le conseguenze economiche e la vita rimanente dei componenti. Per questo è stata presentata un’analisi economica con il confronto tra due tipi di gestioni diverse in un arco temporale di 20 anni. Questa procedura risulta quindi utile per verificare in tempo reale le condizioni operative di uno dei componenti più critici delle centrali termoelettriche e per garantire un funzionamento al massimo del rendimento anche in condizioni di fuori progetto.