Cogenerazione: una panoramica

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Che cos’è la cogenerazione?

Con questo termine si intende la produzione combinata di energia elettrica e/o meccanica e di energia termica (calore) ottenute da un’unica fonte (energia primaria) attuata in un unico sistema integrato.

Uno dei primi esempi di diffusione della cogenerazione su piccola scala in Italia è stato il TOTEM (acronimo di Total Energy Module) realizzato nel 1973 dal centro ricerche della FIAT, che però venne applicato in maniera poco rilevante, senza mai diventare un’alternativa all’impiego delle caldaie per il riscaldamento. Una maggiore diffusione si osserva invece in Germania, dove strutture simili al TOTEM con potenze che vanno dai 2 kW ai 100 kw sono impiegate in molte situazioni, dal piccolo appartamento all’azienda produttiva.

La cogenerazione viene realizzata in particolari centrali termoelettriche. Generalmente i sistemi CHP (Combined Heat & Power) sono composti da un motore primario, un generatore, un sistema di recupero termico ed interconnessioni elettriche.
Il motore primario è utilizzato per convertire il combustibile in energia meccanica, il generatore la converte in energia elettrica, mentre il sistema di recupero termico raccoglie e trasforma l’energia contenuta negli scarichi del motore primario in energia termica utilizzabile. Si ottiene così un significativo risparmio di energia rispetto alla produzione separata dell’energia elettrica (tramite generazione in centrale elettrica) e dell’energia termica (tramite centrale termica tradizionale).

La cogenerazione con potenza elettrica inferiore ad 1MW si definisce Piccola Cogenerazione. Il processo di cogenerazione può avvenire tramite:

• motori alternativi a combustione interna,
• turbine a gas (ciclo Brayton),
• turbine a vapore,
• ciclo combinato o “turbine a combustione (agaa)”,
• celle a combustibili,
• motori a ciclo Stirling.

Il CHP, rispetto alla produzione separata delle stesse quantità di energia elettrica e calore, se applicato ad alto rendimento, comporta:

• un risparmio economico in quanto vi è un minore consumo di combustibile;
• un minore impatto ambientale, poiché si riducono sia le emissioni sia il rilascio di calore residuo nell’ambiente;
• minori sprechi di trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica dovuti ad una localizzazione degli impianti cogenerativi in prossimità delle utenze servite;
• la sostituzione di caldaie meno efficienti sia per usi civili sia per usi industriali.

Il motore che lavora in cogenerazione raggiunge livelli di efficienza energetica fino all’85%; i normali motori delle auto presentano rendimenti dal 20 al 35%, i grandi motori termoelettrici arrivano al 55%, il resto è calore disperso in ambiente con conseguente produzione di inquinamento atmosferico. Il risparmio di energia primaria conseguibile con la cogenerazione è almeno del 30% rispetto alla produzione separata delle medesime quantità di energia utile.

Come funziona un impianto cogenerativo?

Il più diffuso impianto cogenerativo è quello realizzato con turbogas/motore alternativo e caldaia a recupero. I fumi prodotti vengono convogliati nella caldaia a recupero attraverso un condotto. Il recupero può essere semplice, attraverso degli scambiatori, oppure può avvenire con postcombustione. I fumi in caldaia permettono di produrre acqua calda, vapore saturo o surriscaldato. Solitamente la produzione di energia elettrica si ottiene attraverso l’alternatore accoppiato al turbogas ed eventualmente al turbo vapore, mentre la produzione di energia termica avviene sotto forma di vapore, sfruttata poi dalle utenze connesse. Nel caso del turbovapore si ottiene un ciclo combinato avente dispersioni energetiche molto basse, consistenti principalmente nel calore diffuso in atmosfera dai fumi in uscita dalla caldaia a recupero.

Il calore prodotto dalla cogenerazione, onde evitare costi e perdite eccessive, non va trasportato per lunghe distanze, e si utilizza sotto forma di:

• vapore o di acqua calda/surriscaldata, per usi di processo industriali o civili, ad esempio riscaldamento urbano tramite reti di   teleriscaldamento, oppure raffreddamento con sistemi ad assorbimento;
• aria calda, per processi industriali di essiccamento.

L’energia elettrica, può contare invece su un’estesa rete di distribuzione, può sia essere auto consumata, sia essere immessa in rete. Le utenze privilegiate per la cogenerazione sono quelle caratterizzate da una domanda piuttosto costante nel tempo di energia termica e di energia elettrica, come case di cura e centri sportivi, oltre che industrie produttive.

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L'autore

Eris Caon

Ingegnere civile libero professionista, certificatore energetico, esperto in fonti rinnovabili, progettazione strutturale e soluzioni innovative, in particolare nella realizzazione di rinforzi strutturali con materiali compositi.

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