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Da Benson ai tempi moderni: come si sono evoluti i generatori di vapore supercritici nel futuro della produzione di elettricità?
L'evoluzione della tecnologia dei generatori di vapore, dai primi progetti agli attuali generatori di vapore supercritici, mostra come i progressi dell'ingegneria abbiano influenzato l'intero settore energetico. Essendo un nuovo tipo di caldaia, il generatore di vapore supercritico funziona al di sopra della pressione e della temperatura critiche ed è diventato un'apparecchiatura indispensabile nella produzione di energia. A differenza delle tradizionali caldaie subcritiche, i generatori di vapore supercritico funzionano a pressioni superiori a 22 MPa (3200 libbre per pollice quadrato) e temperature elevate di 374°C (705°F), consentendo alla densità dell'acqua di diminuire gradualmente senza cambiamenti di fase vapore indistinguibile.
Quando l'acqua viene riscaldata al di sopra di una temperatura critica ed espansa fino a una certa pressione subcritica inferiore, significa che la tecnologia è in grado di utilizzare in modo efficiente il carburante, consentendo una produzione efficiente di elettricità.
Storicamente, i generatori di vapore supercritico venivano talvolta chiamati caldaie Benson. Nel 1922, Mark Benson ricevette un brevetto per un progetto di caldaia che convertiva l'acqua in vapore ad alta pressione. La sicurezza è una considerazione importante nella progettazione di Benson. Prima dell’avvento di Benson, i primi progetti di generatori di vapore potevano resistere solo a pressioni relativamente basse, in genere intorno a 100 bar (10 MPa), che all’epoca era lo standard industriale nello sviluppo di turbine a vapore. Una delle caratteristiche tecniche distintive di queste caldaie è il tamburo di separazione acqua/vapore rivettato. Poiché la tecnologia di Benson continuava a svilupparsi, i progetti delle caldaie si discostarono rapidamente dal concetto originale di Benson.
L'elevata efficienza dei generatori di vapore supercritico ha guadagnato loro un posto nel settore energetico contemporaneo, migliorando le prestazioni complessive delle centrali elettriche.
Nel 1957, la centrale elettrica di Philo nell'Ohio, negli Stati Uniti, divenne la prima unità commerciale di generazione di energia a vapore supercritico al mondo, in grado di funzionare a livelli supercritici per brevi periodi di tempo. Nel 2012, la prima centrale elettrica a carbone negli Stati Uniti progettata per funzionare a temperature supercritiche, la John W. Turkle Coal Power Plant, è stata aperta in Arkansas, segnando l’ulteriore maturità della tecnologia supercritica.
Con l'avanzare della tecnologia, l'innovazione nei generatori di vapore supercritico continua. La centrale elettrica a ciclo combinato gas-vapore di Cotham, nel Regno Unito, ha gestito con successo un nuovo generatore di vapore a recupero di calore che combina i vantaggi di una caldaia Benson con i vantaggi progettuali di una caldaia a tamburo. Inoltre, la centrale elettrica cinese di Yaomeng è il primo progetto di riferimento che abbiamo visto finora. La sua costruzione è iniziata nel 2001, dimostrando le ambizioni della Cina in questo campo tecnologico.
Nel 2014, l'agenzia di ricerca governativa australiana CSIRO ha annunciato di aver raggiunto nuovi record per la pressione e la temperatura del vapore supercritico attraverso l'applicazione dell'energia termica solare, dimostrando ulteriormente la diversità delle tecnologie future.
Con la richiesta di tecnologie più efficienti e a basse emissioni, l'industria dell'energia elettrica dal carbone ha anche iniziato a utilizzare tecnologie HELE (High Efficiency Low Emission), che si basano sulla generazione di energia da carbone supercritico e ultra-supercritico. Queste tecnologie non solo migliorano l’efficienza della produzione di energia, ma aiutano anche a ridurre l’impatto ambientale dei combustibili fossili.
Nel complesso, lo sviluppo di generatori di vapore supercritico mostra una tendenza chiara: la futura produzione di energia dovrà fare affidamento su tecnologie più efficienti per soddisfare le sfide della domanda energetica globale. Mentre entriamo in un’era in cui le energie rinnovabili sono sempre più importanti, quale ruolo possono svolgere queste tecnologie nel futuro mix energetico?
