IMPIANTI DI COGENERAZIONE: Tipologie e vantaggi

IMPIANTI DI COGENERAZIONE: Tipologie e vantaggi

La cogenerazione è un sistema ad alta efficienza energetica, che permette di generare in autonomia elettricità, cedendo il calore residuo del processo di conversione dell’energia dal combustibile per soddisfare, invece, le esigenze termiche. Spesso durante i processi di produzione dell’energia elettrica, il calore viene inevitabilmente disperso, con la cogenerazione invece, viene recuperato per soddisfare il fabbisogno termico all’interno dell’edificio. L’elettricità prodotta può essere utilizzata per soddisfare la domanda interna, oppure può essere ceduta alla rete di distribuzione. Il rendimento della cogenerazione si valuta perciò rispetto alla produzione separata di energia elettrica e termica con un apposito indice di prestazione (PES).

Cogenerazione: le caratteristiche

La cogenerazione è un sistema utile per il riscaldamento o raffrescamento degli ambienti, produzione di acqua calda sanitaria e per ottimizzare i processi industriali. L’impianto inoltre, garantisce un risparmio energetico significativo, un taglio dei consumi di energia e un minor impatto ambientale. Non esiste un numero limitato di impianti, infatti, In Italia si contano migliaia di sistemi di cogenerazione, per lo più collocati all’interno di stabilimenti industriali. L’insieme di tutti gli impianti formano una rete chiamata fonte di generazione distribuita,  questi forniscono un contributo importante al sistema elettrico, in quanto sono in grado di supportare la rete nei momenti di picco della domanda. Grazie alla loro diffusione, la cogenerazione è una fonte di generazione distribuita come il fotovoltaico, nonostante che per il funzionamento dei motori cogenerativi al momento vengano impiegate risorse di origine fossile (soprattutto gas). Come avviene per il fotovoltaico, la produzione energetica degli impianti di cogenerazione viene innanzitutto indirizzata per l’autoconsumo, ossia per coprire le esigenze energetiche dei possessori dell’impianto.

Cogenerazione: funzionamento

Come abbiamo già accennato nel paragrafo precedente, i sistemi di cogenerazione per produrre elettricità, bruciano combustibile (gas naturale, petrolio o biogas), poi utilizzano dispositivi di recupero, per catturare il calore prodotto dalla turbina e convertirlo in energia termica utile sotto forma di vapore o acqua calda. Negli ultimi anni hanno iniziato a diffondersi soluzioni di cogenerazione alimentate a fonti rinnovabili, ossia, invece di utilizzare questa risorsa solo per la produzione di energia elettrica, l’assetto cogenerativo permette di sfruttare anche il calore di scarto, migliorando le performance energetiche complessive.

Cogenerazione: i vantaggi

I benefici della cogenerazione sono diversi, innanzitutto abbiamo quello energetico: questo sistema rispetto a quanto accadrebbe con una gestione separata, richiede meno carburante per produrre una determinata quantità di elettricità e di calore, permettendo un risparmio di combustibile tra il 10 e il 30%. La cogenerazione oltre a garantirti un risparmio delle risorse, può permettere consistenti risparmi sulle utenze energetiche grazie alla sua elevata efficienza intrinseca, che può fornire una copertura contro gli aumenti improvvisi dei costi dell’energia elettrica. I sistemi di cogenerazione comportano dei tempi di ritorno degli investimenti medio-lunghi, la stima è di un pay-back time di 5-6 anni, che si riducono a circa 4 anni grazie agli incentivi statali previsti dai certificati bianchi.

Il tempo di ritorno dipende anche dalle ore di utilizzo, un impianto industriale ha almeno 8.000 ore annuali di funzionamento e possono avere tempi di ritorno più brevi, ossia intorno ai 3 anni. Per gli impianti residenziali invece le ore di utilizzo sono decisamente inferiori per cui hanno tempi di pay-back superiori. Un aspetto della cogenerazione poco considerato ma incredibilmente efficiente, è la capacità di ridurre i rischi legati all’interruzione dell’alimentazione dell’energia elettrica dovuti a problematiche di rete. Infatti il sistema elettrico nazionale utilizza gli impianti di cogenerazione come capacità di riserva, per reagire prontamente a disservizi e picchi della domanda.

Cogenerazione: tipologie di impianti

Esistono diverse tipologie di assetti cogenerativi, che variano in relazione alla struttura utilizzata per realizzare tale processo. Ognuna di queste tipologie può essere più o meno utile in base a determinate esigenze energetiche, in funzione delle caratteristiche e condizioni di funzionamento degli impianti aziendali, del grado di efficienza, del rapporto tra energia elettrica e calore erogati e altri elementi peculiari. Lo sviluppo tecnologico della cogenerazione sta comunque portando ad incrementare i rendimenti (ed in particolare quello della produzione di elettricità) di tutte le diverse tipologie e a rendere così più flessibili diverse applicazioni. Vediamole inseguito:

  • In particolare, nella micro cogenerazione le tecnologie più indicate sono quelle dei motori endotermici alternativi (si tratta di motori alternativi a combustione interna con configurazione a ciclo Otto o Diesel) e dalle turbine a gas. Al contrario per le utenze industriali piccole o medie (ovvero impianti fino a qualche MW di potenza elettrica) può essere impiegata anche la tecnologia delle turbine a vapore.

 

  • In ambito industriale la tecnologia principe è quella delle turbine a gas, che ormai è diventata interessante anche per gli impianti di piccola taglia. La produzione di energia elettrica deriva dalla fase di espansione dei gas di combustione che si realizza in turbina (il lavoro meccanico viene tradotto in energia elettrica da un generatore connesso con l’asse della turbina) mentre il recupero di calore interessa i gas di combustione scaricati dal sistema (che raggiungono temperature attorno a 450-600°C).

 

  • Nel caso delle turbine a vapore la turbina viene fatta lavorare, con produzione di energia elettrica, mediante alimentazione con vapore ad alto contenuto energetico (alta temperatura e pressione): il vapore può essere compresso da pochi bar fino a pressioni di circa 100 bar e surriscaldato da pochi gradi a circa 450°C, arrivando in alcuni casi anche vicino ai 540°C.

 

  • Nel caso del ciclo combinato, esiste la pratica diffusa da parte degli operatori nazionali di installare tale tecnologia presso utenze caratterizzate da una ridotta richiesta termica rispetto al fabbisogno elettrico oppure, nel caso in cui l’obiettivo principale sia la produzione elettrica per l’esportazione verso la rete, con possibilità di ottimizzare l’efficienza sfruttando le utenze termiche localizzate presso l’area predisposta per la produzione di energia elettrica.

 

  • Infine, per quanto riguarda gli impianti di piccola taglia, le celle a combustibile rappresentano la tecnologia emergente. In buona sostanza si tratta di un dispositivo elettromeccanico che converte l’energia chimica del combustibile direttamente in elettricità, senza stadi intermedi di combustione e produzione di lavoro meccanico.

Per garantire un immediato ritorno dell’investimento e grandi risparmi futuri, è necessario che le ore di esercizio siano più alte possibili. Per questo noi di NEST ci assumiamo il compito della progettazione, prevedendo il fabbisogno di calore, di elettricità e le caratteristiche che devono possedere i motori. Individueremo inoltre le modifiche opportune degli impianti, capaci di far aumentare il recupero del calore e le ore di esercizio, in modo da ottenere benefici anche economici.

Gli impianti di cogenerazione consentono di produrre in autonomia energia termica ed elettrica contemporaneamente, garantendo importanti risparmi economici ed energetici.



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