Per effettuare il dimensionamento del cogeneratore è necessario disporre dei dati di consumo orari di un interno anno, per fare in modo che l’elettricità sia auto-consumata e non ci siano periodi in cui si è costretti a cederla in rete. Ecco i casi di un hotel, di un ospedale e di un edificio adibito a uffici.
Il vantaggio della cogenerazione è quello di fornire a un’impresa energia elettrica e termica autoprodotte mediante unico processo, con un notevole risparmio energetico. Con la cogenerazione, infatti, si sfrutta il calore generato con la produzione di elettricità per usi di riscaldamento o per processi produttivi, consumando circa il 30% di combustibile in meno rispetto alla produzione separata delle stesse quantità di energia. Una condizione fondamentale per poter sfruttare al meglio i benefici di un impianto di cogenerazione è che l’azienda abbia un fabbisogno contemporaneo di elettricità e calore.
Ma per fare un investimento corretto servono altre valutazioni. Per esempio: come si individua la taglia corretta di un cogeneratore per le proprie necessità?
Si tratta di un aspetto fondamentale, perché da questo dipende il ritorno economico dell’investimento nei tempi previsti.
La valutazione corretta del dimensionamento di un cogeneratore si compie sulla base dei profili di carico elettrici dell’azienda analizzati lungo tutte le 8760 ore di un anno (e non sul picco massimo di richiesta elettrica richiesta magari solo per alcuni brevi periodi!). Lo scopo è massimizzare l’autoconsumo e ridurre al minimo - possibilmente azzerare - la cessione in rete dell’elettricità, che è poco remunerativa rispetto ai suoi costi di produzione.
Possono esserci situazioni in cui prevalgono altre valutazioni, per esempio se un’azienda è caratterizzata da consumi termici particolarmente rilevanti e consumi elettrici più contenuti, ma si tratta di approcci che si adottano in casi particolari.
Un buon progettista di impianti industriali che effettua uno studio di fattibilità per l’installazione di un cogeneratore dovrà effettuare un’analisi dettagliata seguendo questo approccio per individuare il cogeneratore più efficiente in funzione dell’autoconsumo. Vediamo come funziona.
Come si ottengono i profili di carico elettrici
Innanzitutto, bisogna procurarsi i dati relativi agli assorbimenti elettrici orari per un intero anno, in modo da ottenere un quadro della situazione che comprenda le variazioni stagionali. Se un’azienda non dispone di un sistema di monitoraggio dei consumi, è necessario richiedere al fornitore di energia elettrica gli assorbimenti orari legati al proprio POD. Disponendo dei valori a intervalli temporali ancora più brevi, per esempio ogni quarto d’ora, la valutazione potrà essere ancora più precisa.
Una volta raccolti i dati sui consumi, si definiscono dei punti di riferimento a intervalli regolari (per esempio in trentili), da zero al picco massimo di assorbimento elettrico annuale, determinanto per ogni punto di riferimento il numero di ore nelle quali il sito ha assorbito quella determinata potenza e ricavando, quindi, un grafico che disegna l’andamento dei profili di carico.
A questo punto ci si domanda: ipotizzando un funzionamento di 6.000 ore l’anno (un utilizzo tipico, ma può variare), qual è la taglia del cogeneratore in kW elettrici che consente di soddisfare la percentuale di energia maggiore, senza produrre elettricità in eccesso che non potrebbe essere auto-consumata?
Per rispondere a questa domanda caliamoci nella realtà e ipotizziamo il dimensionamento corretto di un cogeneratore per tre ambiti (uffici, ospedali e hotel) caratterizzati da profili di carico elettrico differenti.
1. Nel caso di un edificio adibito ad uffici, l’assorbimento elettrico è vicino ai livelli massimi per un numero di ore relativamente contenuto (il fabbisogno va dal 100% al 50% dopo meno di 1.000 ore) e scende abbastanza bruscamente dopo le 2.000 ore fino ad arrivare al 10% del picco a partire dalle 6.000 ore in poi. Gli uffici, infatti, viaggiano a pieno regime per 8/10 ore per circa 200 giorni l’anno, ma non consumano energia di notte, durante i weekend e nelle chiusure aziendali. La taglia corretta del cogeneratore, in questo caso, sarà quella che soddisfa il 10% del fabbisogno massimo (ad esempio 20 kWe su un picco di 200 kWe). Lo stock di energia elettrica fornito dal cogeneratore è evidenziato nel grafico nell’area grigia, mentre per il restante numero di ore (zone bianche sotto la curva), l’energia dovrà essere acquistata dalla rete. La velocità di ritorno dell’investimento in questo caso sarà inferiore rispetto ad altri contesti, perché i cogeneratori di taglia più piccola hanno un rapporto costo/kW elettrici prodotti più alto rispetto a macchine di taglia più grande. Scegliendo cogeneratore più grande, tuttavia (ad esempio se la potenza fosse “tagliata” sul 50% del fabbisogno massimo) produrrebbe elettricità in eccesso da cedere in rete già dopo 1.000 ore di funzionamento.
2. In un’azienda ospedaliera o in una Rsa, dove l’elettricità è richiesta 24 ore al giorno per 365 giorni l’anno, il fabbisogno è più costante e il profilo degli assorbimenti elettrici scende meno rapidamente. Considerando sempre un funzionamento per 6.000 ore l’anno, la potenza corretta del cogeneratore sarà in questo caso quella che corrisponde al 20% del fabbisogno a elettrico. Scegliendo un cogeneratore che soddisfa il 40% del fabbisogno massimo, il sistema funzionerebbe producendo energia in autoconsumo senza cessione in rete per circa 4.000 ore, e per tutte le ore restanti bisognerebbe acquistare elettricità dal fornitore.
3. In un hotel, infine, gli assorbimenti elettrici sono caratterizzati da un andamento intermedio tra un edificio adibito a uffici e un ospedale. Durante l’alta o la media stagione, i consumi sono ai massimi livelli per molte ore al giorno, ma le chiusure periodiche della struttura, per esempio in primavera, determinano consumi sotto il 50% del picco massimo già a partire dalle 1.000 ore in poi e spesso dopo le 6.000 ore gli assorbimenti decrescono molto rapidamente (a meno che non si tratti di strutture che lavorano tutto l’anno). Il grafico ci indica che la taglia corretta del cogeneratore sarà quella che corrisponde a circa il 25% del fabbisogno massimo: per esempio, 50 kW a fronte di un fabbisogno di picco di 200 kW.
