Impianti di cogenerazione: come funzionano e quali sono i vantaggi”
Cogenerazione: cosa significa
Per cogenerazione o coogenerazione si intende la produzione combinata di energia elettrica e calore. Queste due forme di energia vengono prodotte in cascata, in un unico impianto. I sistemi di cogenerazione vengono anche detti CHP, dall’acronimo inglese Combined Heat and Power.
Tradizionalmente energia elettrica e termica vengono prodotte separatamente. Per produrre l’energia elettrica infatti si utilizzano solitamente centrali termoelettriche che disperdono nell’ambiente energia termica a bassa temperatura, mentre per produrre la sola energia termica si utilizzano le caldaie che convertono l’energia primaria rappresentata dal combustibile, con elevato valore termodinamico, in energia termica di ridotto valore termodinamico.
Se un’utenza richiede contemporaneamente energia elettrica ed energia termica, anziché installare una caldaia e acquistare energia elettrica dalla rete, si può pensare di realizzare un sistema, l’impianto cogenerativo, che produca sia energia elettrica che energia termica. E’ intuitivo come questo sistema possa produrre un risparmio energetico determinato dal minor consumo di combustibile.
Gli impianti di cogenerazione nascono infatti dal tentativo di sfruttare il calore disperso da un impianto di produzione di energia elettrica, dispersione che è insita nel processo stesso di generazione di tale energia. L’energia elettrica proviene in genere da impianti motori termici, in cui il calore, attraverso un ciclo termodinamico viene convertito prima in energia meccanica e quindi in energia elettrica attraverso dei generatori elettrici. In questo processo di trasformazione, non tutto il calore può essere trasformato in “lavoro” (secondo principio della termodinamica): una parte deve essere scaricato o dissipato (sottoforma di vapore o fumi di scarico) per consentire il funzionamento stesso del sistema . E’ proprio questa porzione di calore che non viene “sfruttata” ad essere recuperata per la cogenerazione, sia per uso industriale (in genere sottoforma di vapore) o per usi civili (il riscaldamento degli edifici).
Il processo descritto può essere semplificato graficamente come segue:
Funzionamento impianto termoelettrico alimentato a combustibile
Grazie alla cogenerazione il procedimento diventa:
Funzionamento impianto di cogenerazione
È importante sottolineare che non tutto il calore dissipato può essere recuperato. Una porzione viene comunque dispersa anche nel ciclo di produzione combinata. Un impianto può essere definito di “cogenerazione” solo se soddisfa una serie di indici prestazionali definiti dall’Autorità per l’Energia Elettrica (ARERA), introdotti per far sì che sia un effettivo risparmio di combustibile e che la produzione di energia non sia troppo sbilanciata verso la sola energia elettrica.
La Cogenerazione è la produzione combinata di energia elettrica e calore.
La microcogenerazione si riferisce a impianti fino a 50 kWe. La minicogenerazione da 50 kWe a 1 MWe. La Trigenerazione, oltre alla produzione di elettricità e calore consente la produzione di aria o acqua fredda.
Ambiti di applicazione degli impianti di cogenerazione
Fin dagli anni 70 la cogenerazione è stata utilizzata per migliorare l’efficienza dei sistemi di produzione di energia. Tuttavia gli alti costi ne hanno necessariamente limitato l’uso alle grandi industrie.
Negli ultimi decenni le tecnologie si sono però evolute e perfezionate, e inoltre i costi della produzione di energia sono aumentati, in modo tale da rendere più vantaggiosa la diffusione di sistemi adatti anche alle piccole e medie industrie, in ambito ospedaliero, oltre che in ambito residenziale.
Oggi la cogenerazione trova applicazione sia in ambito industriale, soprattutto come autoproduzione, sia in ambito civile.
L’energia termica (vapore, acqua calda/surriscaldata o aria calda) può essere utilizzata per i processi industriali o in ambito civile per il riscaldamento urbano tramite reti di teleriscaldamento.
L’energia elettrica viene consumata in loco oppure esportata verso la rete di distribuzione.
Le utenze che possono trarre maggiori benefici dalla cogenerazione sono quelle caratterizzate da una domanda costante nel tempo di energia termica ed elettrica:
- ospedali e cliniche
- piscine e centri sportivi
- centri commerciali
- cartiere
- industrie alimentari
- industrie di raffinazione del petrolio
- industrie chimiche e farmaceutiche
- industrie della ceramica
- industria tessile
- industria per la produzione di materiali plastici
In campo industriale in genere si usano impianti di una fascia di potenza compresa fra 1 MW e 50 MW, o anche maggiore. Si parla quindi di media e grande cogenerazione.
Anche in ambito civile e residenziale è possibile realizzare impianti ad elevata potenza, per esempio nel caso degli ospedali o di grandi impianti urbani in grado di alimentare e riscaldare un’intera cittadina.
Gli impianti al di sotto di 1 MW sono considerati piccola cogenerazione, mentre quelli sotto i 50 kW micro-cogenerazione, e in genere sono applicabili a realtà quali alberghi e hotel, centri residenziali, impianti sportivi, serre, supermercati, oltre che all’utenza domestica.
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