Come funziona la cogenerazione?

Produrre e sfruttare contemporaneamente elettricità e calore permette di aumentare il rendimento e abbattere i costi energetici. Ecco i vantaggi della cogenerazione per chi è consigliata

Indice:

1. Cosa è un impianto di cogenerazione?
2. Come funziona la cogenerazione?
3. Quali combustibili si possono utilizzare in un impianto di cogenerazione?
4. Quali sono i vantaggi della cogenerazione per l’efficienza?
5. Quali sono gli altri vantaggi della cogenerazione?
6. Cosa è la Cogenerazione ad Alto Rendimento?
7. Quando è più conveniente la cogenerazione?
8. Quali sono i settori produttivi più indicati per la cogenerazione?
9. In quali casi la cogenerazione non è conveniente?
10. Esistono diversi tipi cogeneratore?
11. Quanto produce un impianto di cogenerazione?
12. Quando si parla di trigenerazione?

Cosa è un impianto di cogenerazione?

Dal suo nome si capisce già molto: cogenerazione, infatti, significa generare e sfruttare in modo combinato due distinte forme di energia, quella elettrica e quella termica, a partire dalla stessa fonte energetica primaria e con un unico impianto, determinando un grande risparmio di energia primaria. In inglese si chiama Combined Heat and Power, o CHP.

L’energia elettrica e termica vengono utilizzate in massima parte dall’utenza dove il cogeneratore è installato e l’elettricità eventualmente prodotta in eccesso viene ceduta in rete.

La cogenerazione è una tecnologia utilizzata nelle grandi centrali di teleriscaldamento, nelle industrie, in ambito civile e terziario, grazie alla disponibilità di sistemi di diverse tipologie e potenze.

Come funziona la cogenerazione?

Un impianto di cogenerazione è composto da tre componenti principali, ciascuno dei quali ha un proprio ruolo specifico:

• un motore primario che trasforma l’energia termica data dalla combustione in energia meccanica;
• un generatore sincrono che trasforma l’energia meccanica in energia elettrica alternata trifase;
• un sistema di recupero del calore (scambiatori) che cattura il calore dal circuito di raffreddamento del motore e dai fumi di scarico, e lo trasferisce a un circuito di riscaldamento fino al suo utilizzo finale, sfruttando un fluido termovettore che, nella maggioranza dei casi, è costituito da vapore o acqua calda.

In aggiunta a questi elementi principali, in un cogeneratore sono presenti altri componenti impiantistici, come gli allacci per il gas, le connessioni idrauliche, lo scarico fumi, il quadro di controllo.

Quali combustibili si possono utilizzare in un impianto di cogenerazione?

La cogenerazione può funzionare con un motore primario che utilizza diversi combustibili. La fonte più utilizzata è il gas naturale, ma viene usato anche il GPL. Possono essere utilizzati anche biocombustibili, oppure la biomassa legnosa, in particolare impianti con turbina ORC (Organic Rankine Cycle).

Alcuni impianti di cogenerazione (come i Viessmann Vitobloc 300 NG 15 e NG 20) sono pronti per l'utilizzo di idrogeno.

Quali sono i vantaggi della cogenerazione per l’efficienza?

Il concetto è semplice. Nella produzione di elettricità basata su un processo di combustione all’interno di un motore si sprigiona sempre molto calore che, normalmente, viene sprecato, disperso nell’ambiente. Con gli impianti di cogenerazione, invece, quello stesso calore viene recuperato e utilizzato per lavorazioni industriali o per il riscaldamento degli ambienti.

In altre parole, a parità di energia primaria utilizzata rispetto alla generazione separata di energia e calore, la cogenerazione produce un quantitativo nettamente superiore di energia “utile”, aumentando l’efficienza del processo di conversione dell’energia stessa.

La cogenerazione permette quindi un netto aumento del rendimento del sistema (negli impianti più evoluti come le unità Vitobloc 200 EM di Viessmann l’efficienza complessiva arriva al 95%), con una conseguente diminuzione dei costi per il combustibile (circa il 30% in meno).

Quali sono gli altri vantaggi della cogenerazione?

Accanto al migliore rendimento, con la conseguente diminuzione dei costi energetici, gli impianti di cogenerazione apportano i seguenti benefici:

• migliore sostenibilità ambientale grazie alle minori emissioni;
• maggiore indipendenza energetica;
• possibilità di funzionare in trigenerazione per raffrescare gli ambienti;
• possibilità di sfruttare il contributo statale Titoli di Efficienza Energetica (TEE) che consentono di ridurre il tempo di ritorno dell’investimento, a condizione che l’impianto abbia le caratteristiche CAR (cogenerazione ad alto rendimento);
• la cogenerazione è energia distribuita sul territorio, che aiuta a diminuire i sovraccarichi e a ridurre le perdite di rete.
  
  

Cosa è la cogenerazione ad alto rendimento?

Abbiamo detto che, se sono di tipo CAR (Cogenerazione ad alto rendimento) gli impianti di cogenerazione possono accedere ai Titoli di Efficienza Energetica (TEE), detti anche Certificati Bianchi, un contributo economico fornito dallo Stato tramite il GSE (Gestore dei Servizi Energetici). Le unità di cogenerazione devono essere nuove oppure rifacimenti di unità in esercizio da almeno dodici anni (ricostruzioni totali oppure con sostituzione di almeno due componenti principali).

Una unità di cogenerazione, ai sensi del Decreto legislativo 20/07 integrato dal DM 4 agosto 2011, è ad alto rendimento se la produzione combinata di energia elettrica e termica viene realizzata conseguendo un risparmio di energia primaria (PES, Primary Energy Saving), rispetto alla produzione separata delle stesse quantità di energia elettrica e termica, superiore ai seguenti valori:

• 10% per le unità di cogenerazione con potenza > 1 MW;
• qualsiasi valore per le unità di micro e piccola cogenerazione (fino a 1 MW).

Per accedere ai TEE è necessario che il funzionamento in CAR sia certificato dal GSE mediante un procedimento chiamato “valutazione a consuntivo” con cui si calcola il PES e i TEE spettanti, in numero proporzionale al PES, secondo un coefficiente che varia in funzione della dimensione dell’impianto. Il valore dei TEE è stabilito su uno specifico mercato, mentre la durata del periodo di incentivazione è pari a 10 anni (15 per le unità di cogenerazione nuove abbinate a reti di teleriscaldamento).

Quando è più conveniente la cogenerazione?

La cogenerazione è particolarmente conveniente in tutte le situazioni in cui si verificano queste condizioni:

• consumi elettrici e termici elevati, contemporanei e costanti nel tempo;
• alti costi di approvvigionamento dell’energia elettrica.

La convenienza di un impianto di cogenerazione e il suo dimensionamento corretto (un elemento molto importante) vanno sempre valutati in base ai profili dei consumi elettrici dell’azienda per tutte le ore dell’anno (per sapere di più leggi Come stabilire la taglia di un cogeneratore in base ai profili di carico).

Con la cogenerazione, infatti, l’obiettivo è sempre quello di raggiungere il più alto autoconsumo possibile dell'energia elettrica autoprodotta per accertarsi che non ci siano periodi in cui si è costretti a cederla in rete.

Soprattutto quanto i prezzi dell’elettricità sono alti, autoconsumare l’energia elettrica prodotta dal cogeneratore è decisamente più conveniente rispetto alla remunerazione che si ottiene con l'immissione nella rete pubblica.

Quali sono i settori produttivi più indicati per la cogenerazione?

Gli impianti di cogenerazione, anche in configurazione di trigenerazione (si veda sotto), sono indicati in molti ambiti: dall’industria agli ospedali, dal terziario (uffici e centri commerciali) agli hotel ai centri sportivi, sia per il riscaldamento degli ambienti che per il calore utilizzato nei processi produttivi.

Nell’industria, in particolare, la cogenerazione è utilizzata nel settore alimentare, in quella chimica e della plastica, in quella tessile, ceramica e metallurgica.

In quali casi la cogenerazione può non essere conveniente?

Installare un impianto di cogenerazione può essere conveniente in molti casi, ma come abbiamo detto l’utenza deve essere caratterizzata da un consumo contemporaneo e possibilmente costante nel tempo di elettricità e calore.

Se non sussistono queste condizioni, può accadere che l’elettricità e/o il calore prodotti vengano di fatto sprecati, vanificando i vantaggi della cogenerazione. Un corretto dimensionamento dell'impianto evita in linea di massima questo problema.

Esistono diversi tipi cogeneratori?

Gli impianti di cogenerazione di distinguono sia per la taglia (potenza) sia per le caratteristiche del motore primario a combustione.

Per quanto riguarda la taglia, si parla di:

·          micro cogenerazione (potenza elettrica < 50 kW);

·          piccola cogenerazione (potenza elettrica < 1 MW);

·          cogenerazione (potenza elettrica > 1 MW).

Per quanto riguarda, invece, la tipologia del motore, quelli più utilizzati nella cogenerazione, soprattutto in ambito delle piccole industrie, nel civile e nel terziario, sono a combustione interna alimentati a gas (oppure a biomassa o a biocombustibile).

Esistono però anche impianti di cogenerazione che sfruttano turbine a gas (dove non sono presenti pistoni, perché la combustione del gas genera direttamente energia meccanica), turbine a vapore oppure a ciclo combinato turbine a gas/turbine a vapore; questi ultimi sono utilizzati in grandi impianti come le centrali di teleriscaldamento.

Ogni tipologia di cogeneratore è caratterizzata da un determinato rapporto tra potenza elettrica e termica e queste caratteristiche vanno valutate in funzione del fabbisogno di calore e di elettricità dell’utenza.

Quanto produce un impianto di cogenerazione?

La produzione di un impianto di cogenerazione dipende dalla sua potenza e dalle ore di utilizzo. Oggi sono disponibili impianti con un range di potenza elettrica e termica che varia da pochi a centinaia di kilowatt.

In media, bisogna calcolare che, rispetto all’energia primaria utilizzata, un impianto di cogenerazione produce circa un terzo di energia elettrica e due terzi di energia termica.

Per ridurre il più possibile il ritorno dell’investimento è necessario ovviamente che l'impianto di cogenerazione sia in funzione il numero di ore più alto possibile in un anno, considerando perà che l’energia elettrica prodotta deve essere interamente consumata.

Quando si parla di trigenerazione invece che di cogenerazione?

Se si aggiungono a un impianto di cogenerazione dei gruppi frigoriferi ad assorbimento, il calore di scarto del processo può essere convertito in energia frigorifera da utilizzare per processi o per il raffrescamento estivo. Si parla in questo caso di trigenerazione, perché da un unico combustibile e da un unico impianto si ottengono tre utilizzi differenti della fonte primaria: energia elettrica, termica e frigorifera.

La trigenerazione, quindi, è una tecnologia che massimizza il rendimento (e l’investimento) della cogenerazione, perché permette di sfruttare a pieno regime l’impianto anche in estate, per soddisfare le richieste di aria condizionata che si hanno, per esempio, in ospedali, case di cura o alberghi.