Considerazioni sull'impiego del ciclo di Kalina negli impianti combinati

la necessità di contenere il consumo di combustibili fossili per motivi legati alla loro esauribilità ed all'impatto ambientale derivante dalla loro combustione impone, nel campo della produzione di energia elettrica, la realizzazione di impianti sempre più efficienti. Gli impianti combinati gas-vapore costituiscono, allo stato attuale, la soluzione più razionale fornita a tale necessità. La tendenza a migliorare i rendimenti di tali impianti soprattutto mediante l'aumento della temperatura di ingresso nelle turbine si scontra però con vincoli tecnologici (necessità di materiali resistenti ad alta temperatura e loro costo, durata dell'impianto). Un approccio diverso al problema è costituita dal ciclo di Kalina, che si propone in alternativa al ciclo Rankine come "bottoming cycle" dell'impianto combinato. Caratteristica peculiare di tale ciclo è l'impiego come fluido operativo di una miscela acqua-ammoniaca che, a pressioni e temperature analoghe a quelle dei cicli Rankine attuali, consente di ridurre le perdite legate all'irreversibilità dello scambio termico al generatore di vapore e quindi potenzialmente di ottenere un rendimento dell'impianto combinato superiore a quello degli impianti attuali. Nel presente articolo viene dapprima effettuata un'analisi exergetica dello scambio termico al generatore di vapore confrontando il caso in cui si impieghi acqua con quello in cui si impieghi una miscela acqua-ammoniaca. Dopo una descrizione delle caratteristiche fondamentali del ciclo di Kalina, viene effettuato un confronto tra le prestazioni, in varie condizioni operative, di un ciclo combinato che impiega come ciclo di fondo un ciclo Rankine e quelle di un ciclo combinato con ciclo di Kalina. Vengono infine illustrate alcune delle possibili configurazioni alternative del ciclo di Kalina.