ACCUMULATORE

ACCUMULATORE

(I, p. 278).

Accumulatori termici.

In molti impianti termici la produzione e il fabbisogno d'energia o di vapore hanno andamento differente in funzione del tempo (esempio: i diagrammi giornalieri del fabbisogno e della produzione di vapore in uno zuccherificio; fig. 1, in alto). Gli accumulatori termici hanno la funzione di rendere possibilmente indipendenti fra di loro la produzione momentanea e il fabbisogno momentaneo di energia o di vapore, accumulandone le quantità prodotte in eccesso e fornendo, alternativamente, quelle in difetto (osservare, p. es., il diagramma inferiore della fig. 1). La loro adozione consente di proporzionare l'impianto di generazione del vapore al valore medio, anziché al valore massimo del fabbisogno con un regime di combustione sufficientemente uniforme, quale occorre per un buon rendimento industriale. Essi si adoperano quindi per rispondere a varie esigenze nell'esercizio delle centrali termiche e in particolare alle seguenti:

1. copertura di punte del carico di determinate estensioni, nel qual caso l'impianto di accumulazione deve venire proporzionato in maniera da poter fornire, con la scarica, una quantità d'energia (T. di vapore o kWh d'energia elettrica) equivalente a quella relativa all'area della punta del carico (esempio, la fig. 2, relativa a parte della punta serale del carico di un impianto termoelettrico);

2. equilibramento di continue oscillazioni per il fabbisogno di vapore su una rete industriale (fig. 1);

3. intervento come riserva momentanea d'energia, in caso d'interruzioni sulle reti di distribuzione d'energia. La scarica dell'impianto di accumulazione può mettere in azione speciali turbine a vapore d'accumulatore; o intervenire per il periodo di tempo richiesto per portare a regime generatori di vapore. La fig. 3 mostra un esempio di questa possibilità d'impiego.

La durata di tempo per cui risulta industrialmente conveniente impiegare vapore o calore d'accumulazione per coprire una punta generica del carico, oppure per l'intervento come riserva momentanea d'energia (figg. 2 e 3) varia, in pratica, da 1,5 a 2,5 ore.

Nei diagrammi, che raffigurano le entità delle singole punte del carico in funzione del tempo, le lunghezze delle basi indicano le durate di tempo (numero di ore) nelle quali deve intervenire l'impianto d'accumulazione. Queste lunghezze sono indipendenti dalle forme dei diagrammi di punta, mentre sono legate ai valori del rapporto fra il costo unitario (per kW installato) dell'impianto di generazione del vapore (impianto base) ed il costo specifico (per kWh fornito) dell'impianto d'accumulazione.

Esiste, pertanto, in ciascun caso particolare, una conditio optima per la lunghezza della base (estensione) del diagramma funzionale dell'impianto d'accumulazione, in corrispondenza alla quale risulta minima la spesa complessiva di installazione (costo dell'intero impianto termico).

Gli accumulatori termici odierni utilizzano tutti, come agente fisico di trasporto del calore, l'acqua e vengono isolati termicamente all'esterno con un adeguato strato di coibente (amianto, lana di vetro, ecc.). Se ne hanno di due categorie:

1. Accumulatori a pressione variabile, i quali funzionano per condensazioni e rievaporazioni successive, utilizzando la proprietà dell'acqua in stato prossimo all'ebollizione, di vaporizzare sotto determinati abbassamenti di pressione e, inversamente, in presenza di aumenti di pressione nell'ambiente, di consentire in esso la condensazione di determinate quantità di vapore. Negli accumulatori di questa categoria (ad es., i Ruths, figg. 4 e 7), con riempimento d'acqua dal 90 al 95% del volume dell'apparecchio, la carica viene effettuata con adduzione di vapore; la pressione nell'accumulatore va progressivamente aumentando durante questa operazione, mentre va diminuendo gradatamente durante la scarica (l'efflusso di vapore viene controllato mediante un ugello sistema de Laval, per impedire un eventuale svuotamento dell'apparecchio sotto eccessivi richiami). La regolazione dell'intercettazione o connessione alla rete avviene attraverso la manovra automatica di valvole speciali molto sensibili.

La capacità specifica d'accumulazione (kg. di vapore per 1 mc. di acqua) è funzione di entrambi i valori della pressione: quella iniziale di carica p_c e quella finale di scarica p_s (fig. 5) e, a parità di salto di pressione, è tanto più limitata, quanto più alta è la pressione di carica (per Δp = 10 atm. essa è di 90 kg./mc., con p_c = 14 at.a. e p_s = 4 at.a.; e, viceversa, di 160 kg./mc., con p_c = 10,5 at.a. e p_s = 0,5 at.a.).

2. Accumulatori a pressione costante, che immagazzinano le quantità di calore di supero nell'acqua contenuta nell'apparecchio, per il quale in generale è adottata la disposizione verticale (fig. 8), in maniera che l'acqua vi si stratifica per differenza di densità. Una pompa d'estrazione provvede ad estrarre dalla zona inferiore dell'accumulatore quantità d'acqua (a temperature inferiori) uguali a quelle che (a temperatura più elevata) vengono introducendosi nella zona superiore, impiegandole alla generazione di vapore.

Allorché si verifica una richiesta di calore vengono estratti dall'accumulatore quantitativi di acqua riscaldata commisurati al maggiore fabbisogno momentaneo dell'impianto, e vengono sostituiti con uguali quantitativi d'acqua a temperatura inferiore. L'apparecchio costituisce, quindi, un volano termico applicato al preriscaldamento dell'acqua d'alimentazione dei generatori di vapore.

La capacità specifica d'accumulazione è per gli accumulatori a pressione costante sensibilmente più elevata di quella degli accumulatori a pressione variabile e, pertanto, a pari potenzialità complessiva, i primi richiedono dimensioni alquanto minori e risultano quindi meno costosi dei secondi.

La capacità accumulativa , massima (globale) dei primi non può, però, superare ristretti limiti (fig. 6), in quanto è legata alle caratteristiche funzionali dell'impianto di generazione del vapore (pressione e temperatura del vapore, temperatura dell'acqua d'alimentazione) e al valore della pressione nell'accumulatore.

Gli accumulatori a pressione costante non possono, dunque, coprire che altezze limitate dei diagrammi di punta. Quelli a pressione variabile, invece, nei limiti di convenienza industriale, possono realizzare capacità accumulative globali comunque grandi, mediante corrispondente aumento del volume complessivo degli accumulatori.

Con adeguata combinazione dei due sistemi, a pressione costante e a pressione variabile, adibendo cioè gli accumulatori a pressione costante alla copertura di strisce basse e larghe delle punte (scarti di carico compresi tra il 10 e il 30% al massimo) e quelli a pressione variabile a coprire i triangoli d'estremità delle punte, è possibile utilizzare molto bene le proprietà favorevoli di entrambi i sistemi, creando impianti d'accumulazione termica efficienti e di costo moderato.

Bibl.: Fohl, Über die Ladung von Ruthsspeichern, in Ing. Archiv, 1930, n. 4; W. Goldstern, Dampfspeicheranlagen, Berlino 1933; Marguerre, Über ein neues Verfahren zur Aufspeicherung elektrischer Energie, in Elek. Wirtsch., 1924, p. 27; M. Medici, Intorno alla teoria degli accumulatori di vapore in acqua, in Il monitore tecnico, 1925, n. 12; id., L'impiego dell'accumulazione termica per l'impiego razionale del vapore nell'industria tessile, Napoli 1926; id., Considerazioni in merito all'accumulazione d'energia per le centrali elettriche di punta, in L'elettricista, 1929; id., Risultati d'esercizio e prospettive future per l'accumulazione termica Ruths, ibid., 1930; G. (de) Mottoni, L'accumulazione del vapore e le centrali termoelettriche, in Atti del Congresso di Trieste dell'A.E.I., 1930; T. Nordenson, Industrial steam accumulation, in The proc. of Nottingham Soc. of Eng., 1928; W. Ruths, Der Ruthsspeicher, in Zeitschrift des Vereins Deutscher Ingenieure, 1922, p. 509; id., Spitzendeckung in Grosskraftwerken, in Elektr. Zeitschrift, 1927, p. 916; Th. Stein, Regelung und Aussgleich in Dampfnanlagen, Berlino 1926; F. Stipernit, Schnellbereitschafts-Kraftanlage mit 120 atm. Dampfspeicher, in Zeitschrift des Vereins Deutscher Ingenieure, 1937, n. 36, p. 1039.