Produrre contemporaneamente elettricità e calore utile permette di aumentare il rendimento e abbattere i costi. Ecco come funziona la cogenerazione.
Dal suo nome si capisce già molto: cogenerazione, infatti, significa generare 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. In inglese si chiama Combined Heat and Power, o CHP. Si tratta di 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.
Ma come funziona la cogenerazione per riuscire a sfruttare in modo duplice l’energia primaria?
Il concetto è abbastanza semplice. Nella produzione di elettricità basata su un processo di combustione all’interno di un motore (come le centrali termoelettriche), si sprigiona sempre del calore che, normalmente, viene sprecato, disperso nell’ambiente. Con un cogeneratore, invece, quello stesso calore viene recuperato e utilizzato per lavorazioni industriali o per il riscaldamento degli ambienti. In altre parole, la cogenerazione è una tecnologia che consente di sfruttare al meglio l’energia contenuta in una fonte primaria, aumentando l’efficienza del processo di conversione dell’energia stessa: a parità di energia primaria utilizzata rispetto alla generazione separata di energia e calore, si genera un quantitativo nettamente superiore di energia “utile”.
Il recupero di energia che si ottiene con la cogenerazione è davvero notevole: mentre nella normale produzione termoelettrica solo il 35-38% dell’energia presente nel combustibile diventa elettricità, con un cogeneratore viene recuperato un ulteriore 45-55% di energia termica.
Rispetto alla generazione separata di elettricità e calore, la cogenerazione permette quindi un netto aumento del rendimento (negli impianti più evoluti può superare 90%), con una conseguente diminuzione dei costi per il combustibile (circa il 30% in meno) e un minore impatto ambientale legato alle emissioni.
Ecco come funziona la cogenerazione
Vediamo ora quali sono i componenti principali che stanno alla base di un impianto di cogenerazione e qual è il loro ruolo nella produzione di elettricità e calore.
La cogenerazione funziona con tre componenti principali:
- un motore primario che trasforma l’energia termica in energia meccanica;
- un alternatore che trasforma l’energia meccanica in energia elettrica;
- un sistema di recupero del calore (scambiatori) che cattura il calore prodotto dal motore, dal circuito di raffreddamento 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.
I motori primari più utilizzati, soprattutto in ambito delle piccole industrie, nel civile e nel terziario, sono quelli a combustione interna alimentati a gas (oppure a biomassa o a biocombustibile), ma esistono 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. Oltre ai tre elementi principali, in un cogeneratore sono presenti altri elementi impiantistici, come gli allacci per il gas, le connessioni idrauliche, lo scarico fumi, il quadro di controllo.
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.
Se si aggiungono a un cogeneratore dei gruppi refrigeranti 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 convenienza della cogenerazione
La convenienza di un impianto di cogenerazione e il suo dimensionamento corretto vanno sempre valutati in base ai profili dei consumi energetici dell’azienda (per sapere di più leggi Come stabilire la taglia di un cogeneratore in base ai profili di carico). Se l’impianto rientra nella tipologia CAR (Cogenerazione ad Alto Rendimento) l’intervento può accedere al contributo dei Titoli di Efficienza Energetica che consentono di ridurre il tempo di ritorno dell’investimento. In linea generale, il processo è particolarmente vantaggioso quanto l’utenza è caratterizzata da una richiesta contemporanea e costante nel tempo di energia elettrica e termica.
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