Guida alla sopravvivenza energetica delle aziende

Nelle industrie, nel settore commerciale e in quello dei servizi vengono utilizzate tecnologie diverse per soddisfare grandi consumi energia termica ed elettrica. Esistono impianti per la produzione di acqua calda, surriscaldata, vapore ed energia elettrica che si differenziano tra loro in base alla potenza e alla fonte utilizzata. Si tratta di caldaie di grande potenza a gas e gasolio, generatori di vapore, grandi caldaie a biomassa, impianti di cogenerazione e pompe di calore di grande potenza.

Per generazione di grande potenza ci riferiamo alle seguenti caratteristiche:

• Caldaie di grande potenza a gas e gasolio fino a 20 MW di potenza (è possibile raggiungere potenze più elevate abbinando più generatori di calore);

• Generatori di vapore a media e ad alta pressione (da 1 fino a 30 t/h);

• Caldaie a biomassa con potenza fino a 13 MW (abbinando più generatori è possibile aumentare la potenza);

• Cogeneratori per la produzione combinata di energia elettrica e termica fino a 530 kWel e 660 kWth;

• Pompe di calore di grande potenza fino a 2 MW.

La scelta della tecnologia, della fonte e della dimensione dell’impianto va fatta valutando accuratamente le esigenze della struttura e del processo coinvolto e necessita della consulenza di tecnici esperti.

Le grandi caldaie sono utilizzate per il riscaldamento soprattutto nelle centrali termiche che servono centri abitati. Si tratta di generatori con una potenza tra i 2,5 e 20 MW, che producono generalmente acqua calda alla temperatura di circa 100°C. Le caldaie per acqua calda sono alimentate quasi sempre a metano, ma in alcuni casi, per esempio nelle strutture ospedaliere, c’è una doppia alimentazione (metano-gasolio) per garantire la continuità di erogazione del calore.

Negli ultimi anni la tecnologia si è evoluta e, attualmente, quella prevalente è a tubi da fumo con fiamma passante, con sistemi di recupero termico che sfruttano il principio della condensazione. Inoltre, l’evoluzione della tecnologia di combustione ha portato a un miglioramento delle emissioni inquinanti. Mentre fino a qualche tempo fa era necessaria una grande camera di combustione per rispettare i limiti di legge (il carico termico non doveva superare il valore di 1,3 MW per metro cubo), ora i bruciatori più evoluti possono garantire gli stessi valori di emissione con carichi termici prossimi a 1,8 MW/m³. Oggi, insomma, le caldaie sono più compatte, più ecologiche e vantano minori stress meccanici.

I generatori di vapore, o caldaie a vapore, sono impiegati in molti settori: quelli a bassa pressione soprattutto nelle lavanderie e negli ospedali, mentre la media pressione è utilizzata per molte applicazioni nell’industria alimentare e delle bevande, nelle cantine vinicole, nell’industria della carta, della gomma e plastica e in ambito farmaceutico. Generalmente i generatori di vapore saturo per usi industriali hanno una potenza da 0,5 a 30 t/h di vapore e una pressione di esercizio fino a 25 bar.

I generatori sono di due tipologie: a tubi d’acqua e a tubi di fumo. Nei primi, l’acqua che evapora circola all’interno di fasci di tubi bollitori riscaldati direttamente dai gas di combustione del focolare. I generatori a tubi di fumo, invece, sono caldaie con volumi d’acqua maggiori, nelle quali i gas di combustione passano attraverso immersi dentro un serbatoio cilindrico di acqua. Il calore dei gas viene ceduto per conduzione termica alle pareti dei tubi e da queste all'acqua fino al passaggio allo stato di vapore.

Anni di ricerche hanno consentito di migliorare il rendimento di queste caldaie. Un primo passo è stata la modulazione della potenza di funzionamento, evitando un inutile mantenimento di alta temperatura del fluido vettore. La modulazione della potenza consente un rendimento oltre il 90%, più elevato rispetto alle caldaie a temperatura fissa. L’aggiunta di componenti come l’economizzatore/condensatore per il recupero del calore dai fumi ha ulteriormente migliorato l’efficienza degli impianti. Per conoscere gli strumenti per rendere efficiente un generatore di vapore è disponibile questo link.

Oltre che nel settore residenziale, la biomassa legnosa è sempre più utilizzata anche da industrie e nel settore dei servizi in quanto è una fonte di energia economica e, se utilizzata con impianti moderni ed efficienti, ambientalmente sostenibile. La biomassa, infatti, è una fonte rinnovabile disponibile in grande quantità che può sostituire l’utilizzo di fonti fossili.

Anche l’approvvigionamento della materia prima è un punto a favore: può avvenire, infatti, o attraverso fornitori specializzati che reperiscono il combustibile sul mercato, oppure con approvvigionamento diretto di produzione locale da piantagioni a rapido accrescimento o da biomassa presente sul territorio. Ancora più conveniente è il caso di aziende hanno la possibilità di utilizzare gli scarti legnosi delle proprie lavorazioni.

Un impianto di cogenerazione produce contemporaneamente energia elettrica e termica, recuperando il calore che viene prodotto per generare l’elettricità, che normalmente viene disperso. Trova applicazione in ambito industriale, nelle strutture ricettive e sportive, negli edifici commerciali, nelle reti di teleriscaldamento. Rispetto alla produzione separata delle due componenti, comporta un risparmio del 30% e il rendimento complessivo arriva fino al 90%.

Se la Cogenerazione è ad Alto Rendimento (CAR), consente inoltre di accedere direttamente all’incentivo dei Certificati Bianchi.

Diverse taglie di cogenerazione

• Micro cogenerazione (potenza elettrica installata inferiore a 50 kW)

• Piccola cogenerazione (potenza elettrica installata inferiore a 1 MW)

• Cogenerazione (potenza elettrica installata superiore a 1 MW)

• Grande cogenerazione (potenza elettrica installata superiore a 10 MW)

Un'unità di cogenerazione è definita ad alto rendimento se il risparmio di energia primaria che apporta è almeno del 10% oppure, nel caso di unità di micro cogenerazione o piccola cogenerazione, con qualunque valore di risparmio.

Un impianto a cogenerazione è composto da motore, alternatore che trasforma l’energia meccanica in elettricità, sistema di recupero del calore. Negli impianti di produzione di energia elettrica tradizionali, la maggior parte dell’energia prodotta dalla combustione viene dispersa sotto forma di calore mentre solo il 45% è trasformato in energia elettrica. In un impianto di cogenerazione di ultima generazione il calore viene quasi completamente recuperato e utilizzato nell’impianto termico, migliorando notevolmente il rendimento e l’efficienza del sistema. La taglia di un impianto di cogenerazione può arrivare a una potenza di 500 MW ( le grandi centrali termoelettriche), generalmente in ambito industriale la fascia di potenza è compresa fra 1 MW e 50 MW.

Caratteristiche di un moderno impianto di cogenerazione

• Produzione combinata e efficiente di elettricità e calore, con risparmio del 30% e maggiore autonomia energetica;

• Funzionamento in sostituzione della rete in caso di blackout;

• Unità precablata e testata in fabbrica, con conseguente riduzione dei costi di installazione e verifica di funzionamento;

• Funzionamento modulante dal 50 al 100% del carico;

• Soddisfa le prescrizioni dei gestori elettrici per l’immissione in rete dell’elettricità;

• Sistema di supervisione remota;

• Con la dotazione dello scambiatore e della condensazione, il rendimento totale può superare il 95%.

Le pompe di calore sono la soluzione ideale quando si tratta di abbinare risparmio sui costi di riscaldamento e produzione di calore a basso impatto ambientale, per questo è una soluzione sempre più sfruttata in ambito commerciale e industriale. Le pompe di calore ricavano energia dall’ambiente circostante (aria, acqua o terreno) e, per questo motivo, sono considerati impianti a energia rinnovabile, nonostante necessitino di energia elettrica (o gas) per il funzionamento del motore. Funzionano estraendo calore dalla fonte più fredda (l’aria esterna, l’acqua di falda o il terreno) e trasferendolo a quella più calda (l’acqua dell’impianto) e vantano un rendimento ineguagliabile rispetto ad altre tecnologie, pari a 1:4 o 1:5. La produzione di calore avviene senza combustione e, per questo motivo, per questa funzione non vengono emessi gas serra. Con un solo impianto, inoltre, è possibile combinare più funzioni perché oltre al riscaldamento, mediante l’inversione del circuito frigorifero, la pompa di calore è in grado di refrigerare i locali. Le pompe di calore di grande potenza, adatte agli ambiti commerciali e industriali, hanno un range di potenza dai 20 kW ai 2 MW.

I vantaggi delle pompe di calore di grandi dimensioni

• Possibilità di utilizzare aria, acqua e terreno come fonte primaria di calore.

• Abbattimento delle emissioni per la produzione di calore.

• Realizzazione, con unico impianto, di riscaldamento, raffrescamento e acqua calda sanitaria.

• Massimo rendimento dell’impianto.