Home » BIM Topic » Certificazione energetica » Impianto di cogenerazione: come funziona e quali vantaggi offre

Impianto di cogenerazione

Impianto di cogenerazione: come funziona e quali vantaggi offre

Tempo di lettura stimato: 8 minuti

Un impianto di cogenerazione produce simultaneamente energia elettrica e calore. Applicazioni, vantaggi e limiti

La cogenerazione è un sistema efficiente e sostenibile per produrre contemporaneamente due forme di energia, elettricità e calore. Questo processo è possibile grazie all’utilizzo di un impianto chiamato cogeneratore, progettato per sfruttare al massimo l’energia contenuta nel combustibile, riducendo al minimo gli sprechi.

La scelta di un impianto di cogenerazione per risultare tecnicamente ed economicamente fattibile deve essere valutata attentamente, con un’analisi approfondita delle utenze (andamento nel tempo dei carichi di energia elettrica e termica) e dei sistemi motori disponibili (ogni utenza può sposarsi meglio con una tecnologia piuttosto che un’altra).

La cogenerazione, inoltre, può notevolmente incrementare l’efficienza nell’utilizzo dei combustibili fossili consentendo da un lato di ridurre i costi della bolletta energetica e dall’altro di determinare minori emissioni di sostanze inquinanti e di gas ad effetto serra.

Per individuare il cogeneratore adatto ai carichi dell’edificio ed aumentarne l’efficienza energetica, potrebbe tornarti utile un software termotecnico all’avanguardia dal punto di vista dell’aggiornamento normativo e tecnologico.

impianto di cogenerazione

Cogeneratore – software TerMus

Cogenerazione: significato

Prima di analizzare in dettaglio cosa sono gli impianti di cogenerazione dobbiamo partire dal significato di cogenerazione. La cogenerazione è un processo che consente di produrre contemporaneamente energia termica (calore) ed energia elettrica utilizzando una singola fonte di energia.

Questo approccio consente di massimizzare l’efficienza energetica, sfruttando al meglio il calore residuo che altrimenti sarebbe disperso in altre forme di produzione di energia.

Cos’è un impianto di cogenerazione

L’impianto di cogenerazione, detto anche CHP dall’acronimo inglese Combined Heat and Power, è un sistema che sfrutta al massimo il potenziale energetico di una singola fonte, riducendo gli sprechi e contribuendo all’ottimizzazione dei costi. Questo impianto nasce nel tentativo di sfruttare il calore disperso da un impianto di produzione di energia elettrica.

In una centrale elettrica, il calore, attraverso un ciclo termodinamico, viene convertito prima in energia meccanica e poi successivamente in energia elettrica. Durante questo processo, una significativa fetta di calore (30-45%), viene disperso nell’ambiente.

Con un impianto di cogenerazione, invece, il calore residuo prodotto viene recuperato e impiegato per scopi di riscaldamento o di alimentazione.

Vale la pena ricordare che non tutto il calore disperso può essere recuperato efficacemente. Una parte rimane inevitabilmente dispersa anche nel contesto del ciclo di cogenerazione.

Come funziona un impianto di cogenerazione

Per comprendere il funzionamento di un impianto di cogenerazione è necessario conoscere prima come avviene tradizionalmente la produzione di energia elettrica. Il funzionamento di un impianto termoelettrico convenzionale prevede 4 fasi:

  • approvvigionamento di un combustibile;
  • utilizzo all’interno dell’impianto;
  • generazione di energia elettrica;
  • smaltimento del calore disperso.

Il calore dissipato viene rilasciato nell’atmosfera, causando un danno ambientale considerevole quando si impiegano fonti fossili come il petrolio o il gas, contribuendo all’aumento dell’effetto serra. Nella cogenerazione, invece, il calore dissipato viene recuperato.

Il funzionamento di un impianto di cogenerazione si basa sui seguenti elementi:

  • motore primo che può essere alimentato in diverse modalità;
  • generatore elettrico che, azionato dal motore, è in grado di produrre elettricità;
  • scambiatori di calore che consentono il recupero del calore prodotto.

Per quanto riguarda i motori primi, le principali varianti degli impianti di cogenerazione si distinguono proprio per il tipo di motore primario impiegato. Le tecnologie di base ad oggi maggiormente impiegate sono:

  • turbine a gas (utilizzati in ciclo semplice con recupero di calore per la cogenerazione direttamente dai gas di scarico, o in ciclo combinato, recupero di calore per la cogenerazione dopo aver utilizzato i gas di scarico anche per la produzione di vapore di alimento per una turbina a vapore);
  • turbine a vapore (possono essere a contropressione, se il calore è recuperato dal vapore scaricato dalla turbina, o a spillamento, se il calore è ottenuto da vapore estratto in uno stadio intermedio della turbina);
  • motori a combustione interna (ciclo Diesel o ciclo Otto; in entrambi i casi il calore viene principalmente dai gas di scarico e dal liquido di raffreddamento del corpo motore);
  • impianti a ciclo combinato turbine a gas/turbine a vapore.

Le turbine a vapore e impianti a ciclo combinato turbina a gas/turbina a vapore sono utilizzate principalmente per applicazioni industriali ad alta potenza. Mentre i motori a combustione interna e le turbine a gas sono impiegati sia in impianti di grande potenza che nei sistemi di mini e micro-cogenerazione.

Alle precedenti è possibile tuttavia aggiungere alcune tecnologie innovative, o comunque oggi ancora non pienamente affermate a livello commerciale, quali:

  • microturbine;
  • motori stirling;
  • celle a combustibile.

Dunque, il procedimento di cogenerazione si divide in 4 fasi principali:

  • generazione di energia: una turbina produce forza meccanica tramite l’utilizzo di un combustibile;
  • produzione di energia elettrica: si trasforma l’energia meccanica in elettrica tramite un generatore. Il prodotto finale sarà pronto per essere utilizzato all’interno delle reti domestiche;
  • recupero del calore di scarto: la turbina produce una quantità notevole di calore residuo. Questo può essere recuperato utilizzando uno scambiatore di calore, che trasferisce il calore dal sistema di generazione all’uso desiderato;
  • utilizzo dell’energia termica recuperata: il calore recuperato viene utilizzato per soddisfare le esigenze termiche della struttura. Ad esempio lo si può impiegare per riscaldare l’acqua delle utenze domestiche.

Schema di un impianto di cogenerazione

Ecco lo schema di un impianto di cogenerazione.

impianto di cogenerazione schema

Schema impianto di cogenerazione

Impianto di cogenerazione: come viene alimentato

Nei sistemi di cogenerazione è possibile impiegare una varietà di tipologie di combustibile, note come energia primaria. Questi impianti possono essere alimentati sia da combustibili tradizionali di origine fossile, come carbone, gas naturale, gasolio e olio combustibile, sia da fonti rinnovabili come le biomasse:

  • cogenerazione a gas naturale: è la tipologia più comune di impianto di cogenerazione. Utilizza gas naturale come fonte di energia primaria per alimentare un motore a combustione interna o una turbina a gas che genera energia elettrica. Il calore residuo prodotto viene catturato e utilizzato per il riscaldamento degli edifici, la produzione di acqua calda o altri scopi termici;
  • cogenerazione a biomassa: in questo caso, la biomassa, come legna, scarti agricoli o rifiuti organici, viene bruciata per generare calore, che viene più utilizzato per alimentare una turbina a vapore o un motore a combustione interna per la produzione di energia elettrica;
  • cogenerazione ad alto rendimento: questo tipo di impianto di cogenerazione sfrutta tecnologie avanzate, come celle a combustibile o motori a ciclo combinato, per raggiungere livelli di efficienza elevati. Questi impianti sono in grado di utilizzare in modo più efficiente l’energia primaria e generare sia calore che energia elettrica con sprechi limitati.

Impianto di cogenerazione ad alto rendimento

Gli impianti di cogenerazione ad alto rendimento (CAR) sono concepiti per ottimizzare l’utilizzo delle risorse energetiche primarie, garantendo una conversione notevolmente più efficiente in energia utile rispetto ai sistemi tradizionali. Solitamente, il rendimento di tali impianti supera il 90%, in netto contrasto con il 30-40% dei sistemi convenzionali.

Gli impianti ad alto rendimento integrano spesso tecnologie avanzate, quali turbine a gas ad alta efficienza, motori a combustione interna di ultima generazione o celle a combustibile. Queste soluzioni tecnologiche consentono di massimizzare la conversione di energia primaria in elettricità e calore.

Questo tipo di impianti sta guadagnando popolarità non solo nel settore industriale, ma anche in altri settori come quello commerciale, alberghiero, ospedaliero e, in generale, in tutte le strutture che necessitano di energia elettrica e termica.

Quando è conveniente la cogenerazione: i vantaggi

Gli impianti di cogenerazione, come precedentemente menzionati, sono sviluppati per ottimizzare l’efficienza dei processi di generazione di energia elettrica.

Un miglioramento dell’efficienza energetica si traduce in significativi risparmi sui costi energetici per le imprese. Utilizzando l’energia termica prodotta dalla cogenerazione per il riscaldamento degli edifici o per alimentare i processi industriali, le aziende possono ridurre in modo sostanziale le proprie bollette energetiche. Queste aziende potrebbero persino diventare parzialmente o completamente autosufficienti rispetto alla rete elettrica pubblica.

L’approccio alla cogenerazione può essere personalizzato per rispondere alle esigenze specifiche di ogni singola azienda, garantendo così una flessibilità d’uso che la rende idonea per una vasta gamma di applicazioni.

Sotto il profilo della sostenibilità ambientale, la cogenerazione è considerata una fonte di energia pulita, in quanto sfrutta in modo più efficiente l’impiego della fonte primaria di energia. Di conseguenza, si verifica una riduzione delle emissioni di gas serra e dell’impronta di carbonio complessiva dell’azienda.

Infine, i minori consumi di energia primaria rappresentano un significativo vantaggio economico. Questo vantaggio può essere rafforzato dagli incentivi di cui è possibile beneficiare se si investe in un sistema cogenerativo.

In definitiva, i vantaggi sono di 3 tipi: energetici, ambientali ed economici.

Quali sono i limiti di un impianto di cogenerazione

É bene comunque sottolineare anche i principali limiti di cui tenere conto nella valutazione di un impianto cogenerativo. Il principio della cogenerazione, seppure valido in generale, talvolta
non può essere applicato in maniera energeticamente ed economicamente conveniente, se non sono soddisfatte le seguenti condizioni:

  • presenza e vicinanza dell’utenza termica: perché un impianto cogenerativo possa essere realizzato è necessario che nelle vicinanze di questo sia presente una utenza termica, industriale o civile. Tale necessità di fatto si scontra con la tendenza di collocare in luoghi distanti dai centri urbani o di lavoro gli impianti termoelettrici per la generazione di energia, al fine di limitare l’esposizione della popolazione alle emissioni in atmosfera;
  • contemporaneità delle utenze: un’altra condizione perché un impianto cogenerativo possa essere sfruttato in maniera opportuna è che la richiesta di energia termica ed elettrica siano contemporanee. Un impianto di cogenerazione tipicamente è in grado di mettere a disposizione calore ed energia elettrica simultaneamente, pertanto è necessario che le utenze simultaneamente assorbano tale energia. Per questa ragione spesso gli impianti cogenerativi sono allacciati alla rete elettrica nazionale cedendo a questa l’energia elettrica prodotta in eccedenza e l’impianto viene fatto operare assecondando le richieste di energia termica delle utenze;
  • compatibilità delle temperature: non tutti gli impianti cogenerativi rendono disponibile calore alla medesima temperatura. Può accadere dunque che un sistema cogenerativo
    non sia adatto a servire una utenza termica perché questa richiede calore a temperature troppo elevate;
  • flessibilità dell’impianto: pur essendo presenti in maniera contemporanea la domanda di calore ed energia elettrica da parte di una utenza, talvolta il rapporto tra l’energia richiesta nelle due forme può variare. Può accadere dunque che in certi momenti la richiesta di energia elettrica sia proporzionalmente maggiore di quella termica o viceversa.

Impianti di cogenerazione: in quali settori possono essere applicati

Gli impianti di cogenerazione sono adatti sia ad applicazioni residenziali, che industriali. La cogenerazione è molto conveniente soprattutto nei contesti caratterizzati da un elevato e costante fabbisogno di elettricità o calore come:

  • 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.

Cogenerazione, micro cogenerazione, cogenerazione domestica

Gli impianti di cogenerazione di distinguono sia per la taglia (potenza) sia per le caratteristiche del motore primario a combustione.

Per quanto riguarda la taglia, si parla di:

  • micro cogenerazione: potenza elettrica < 50 kW;
  • piccola cogenerazione: potenza elettrica < 1 MW;
  • cogenerazione: potenza elettrica > 1 MW.

Il concetto di micro cogenerazione (o piccola cogenerazione) si riferisce a sistemi in cui le potenze elettriche variano da kilowatt a megawatt, con impianti progettati per l’utilizzo domestico/residenziale (noti anche come cogenerazione domestica) e per le piccole/medie imprese.

La distinzione principale, quindi, tra cogenerazione e micro cogenerazione risiede proprio nella destinazione d’uso: nella cogenerazione domestica, l’obiettivo principale è la produzione di calore, mentre la componente elettrica tende ad essere in eccesso rispetto alle necessità immediate e può essere ceduta all’azienda elettrica.

Differenza tra cogenerazione e trigenerazione

La distinzione tra trigenerazione e cogenerazione si basa sulle funzioni svolte dai rispettivi sistemi. La trigenerazione può essere definita come un’estensione della cogenerazione e consente il suo utilizzo anche durante i periodi più caldi.

Infatti, mentre la cogenerazione si concentra sulla produzione combinata di calore ed elettricità da una singola fonte energetica (come il gas naturale), la trigenerazione va oltre e permette di generare non solo calore ed elettricità, ma anche aria o acqua fredda per gli impianti di condizionamento, sfruttando al massimo l’energia termica disponibile.

È sufficiente collegare al sistema di cogenerazione un gruppo frigorifero ad assorbimento, che può aggiungere alla produzione di elettricità e calore anche quella di acqua fredda. Questa acqua fredda può essere impiegata sia per le attività di processo sia per il raffrescamento degli ambienti.

Costo di un impianto di cogenerazione

Il costo di un impianto di cogenerazione può variare in base a una serie di variabili, quali:

  • dimensione dell’impianto;
  • tecnologia utilizzata;
  • potenza installata;
  • configurazione dell’impianto;
  • disponibilità di combustibile;
  • prezzi di mercato.

Utilizzando soluzioni tecnologiche mirate all’efficientamento energetico, è possibile beneficiare di  agevolazioni fiscali per l’adozione di tali sistemi. Inoltre, è possibile stimare che il recupero dell’investimento iniziale per l’acquisizione dell’impianto possa avvenire entro un periodo di tempo compreso tra 5 e 10 anni.

Micro generatori: quali incentivi sono previsti

Come appena anticipato, coloro che optano per la cogenerazione possono godere di agevolazioni fiscali, purché si raggiunga un notevole risparmio di energia primaria rispetto a quella che si otterrebbe con impianti separati per la produzione della stessa quantità di energia elettrica e calore.

In particolare, l’acquisto e la posa di micro generatori rientra negli interventi di efficientamento energetico. L’agevolazione fiscale per gli interventi di efficientamento energetico (ecobonus) è disciplinata dall’art. 14 del D.L. 63/2013.

La detrazione per l’acquisto e posa in opera di micro cogeneratori in sostituzione di impianti esistenti è pari al 65%, fino a un valore massimo della detrazione di 100.000 euro, a condizione che gli interventi producano un risparmio di energia primaria pari almeno al 20%.

 

TerMus

 

TerMus
0 commenti

Lascia un Commento

Vuoi partecipare alla discussione?
Fornisci il tuo contributo!

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *