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Cogenerazione ad alto rendimento

Cogenerazione ad alto rendimento: cos’è e gli incentivi previsti

Tempo di lettura stimato: 10 minuti

Per cogenerazione ad alto rendimento s’intende un’unità di cogenerazione il cui valore del risparmio di energia primaria ottenuto è almeno del 10%

La cogenerazione è la produzione combinata di energia elettrica e termica in impianti che utilizzano in ingresso la stessa energia primaria (combustibile). Riducendo le perdite che derivano dalla produzione separata di energia, la cogenerazione comporta un significativo risparmio energetico per le utenze che richiedono contemporaneamente energia elettrica e termica.

Quando la cogenerazione genera un risparmio di energia primaria particolarmente elevato rispetto alla produzione separata, è detta cogenerazione ad alto rendimento (CAR) e gode di diversi benefici, fiscali e non, tra cui, nel caso di impianti di nuova installazione, anche l’accesso al meccanismo dei certificati bianchi.

La cogenerazione 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.

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Cosa significa cogenerazione ad alto rendimento

Un’unità di cogenerazione è definita ad alto rendimento se il valore del risparmio di energia primaria (PES) che ne consegue è almeno del 10% oppure, nel caso di unità di micro-cogenerazione (< 50 kWe) o piccola cogenerazione (< 1 MWe), se assume un qualunque valore positivo.

Il concetto di cogenerazione ad alto rendimento (CAR) è stato definito dal D.Lgs. n. 20/2007 che ha recepito la direttiva 2004/8/CE, legandolo ad un indice energetico: PES. Il D.M. 05/09/2011 ha definito, invece, regime di sostegno per la cogenerazione ad alto rendimento.

Dal GSE la guida alla cogenerazione ad alto rendimento

Il GSE ha pubblicato la guida in cui sono descritte le procedure tecniche predisposte dal Gestore per richiedere il riconoscimento della qualifica di cogenerazione ad alto rendimento (CAR).

Il documento ha l’obiettivo di fornire indicazioni pratiche per predisporre correttamente la documentazione da trasmettere al GSE per la presentazione delle richieste di riconoscimento CAR e/o di accesso al regime di sostegno previsto dal D.M. 5 settembre 2011 che definisce il nuovo regime di incentivazione.

La guida contiene:

  • una panoramica sul quadro normativo nazionale e comunitario relativo alla cogenerazione ad alto rendimento;
  • modalità di presentazione delle richieste;
  • calcolo del Risparmio di Energia Primaria (PES) e del numero dei certificati bianchi;
  • esempi di metodologie di calcolo delle grandezze di interesse in caso di diverse configurazioni impiantistiche e per differenti tipologie di utenza;
  • esempi pratici.

Risparmio di energia primaria (PES)

La condizione alla quale la produzione combinata di energia elettrica e calore può ottenere la qualifica di cogenerazione ad alto rendimento è basata sul parametro PES, acronimo di Primary Energy Saving ovvero risparmio di energia primaria.

Il PES esprime il risparmio relativo di energia primaria realizzabile da un impianto di cogenerazione rispetto ad impianti separati per la produzione di energia termica ed energia elettrica.

In particolare, la condizione da rispettare è:

  • PES ≥ 0.1 (10%);
  • PES > 0 se si tratta di unità con capacità di generazione inferiore a 1 MWe (piccola e micro cogenerazione).

Sulla base del D.M. 4 agosto 2011, il procedimento per il calcolo del PES può essere sintetizzato nei seguenti passaggi:

  • individuare l’unità di cogenerazione e riconoscerne i confini;
  • determinare il rendimento globale dell’unità;
  • dimensionare l’unità virtuale;
  • calcolare il risparmio di energia primaria.

Individuare l’unità di cogenerazione e riconoscerne i confini

Prima di procedere ai calcoli, l’impianto di cogenerazione va suddiviso secondo lo schema presente nell’Allegato II:

Suddivisione impianto di cogenerazione

Suddivisione impianto di cogenerazione

L’operatore deve conoscere il valore effettivo di tutti i flussi di energia in ingresso e in uscita dal sistema rilevati attraverso sistemi di misura installati sui confini individuati. La suddivisione dell’impianto deve consentire anche la determinazione dell’energia elettrica e del calore non prodotti in regime di cogenerazione. A tal fine, nello stesso Allegato II, vengono forniti alcuni esempi e indicazioni di base.

La corretta individuazione dei limiti dell’unità è indispensabile per poter definire le grandezze energetiche fondamentali ai fini del calcolo del rendimento globale conseguito nel periodo di rendicontazione. Queste grandezze sono:

  • energia di alimentazione consumata dall’unità di cogenerazione durante il periodo di rendicontazione (Funità);
  • energia elettrica/meccanica prodotta dall’unità di cogenerazione durante il medesimo periodo di rendicontazione (Eunità);
  • calore utile prodotto dall’unità di cogenerazione durante il medesimo periodo di rendicontazione (HCHP).

È importante sottolineare che, ai fini dell’individuazione dei confini dell’unità, non rivestono importanza né la collocazione fisica, né la proprietà dei singoli componenti presenti all’interno del sito, ma devono essere considerati esclusivamente gli aspetti di natura energetica. In base alla specifica realtà impiantistica, può succedere che i confini dell’unità di cogenerazione non coincidano con i confini dell’impianto. Analogamente, può accadere che dispositivi installati presso l’utenza o presso siti di proprietà di soggetti diversi dall’operatore, vengano eserciti in maniera dipendente dall’unità e debbano, pertanto, essere inclusi all’interno dei sui confini.

Determinare il rendimento globale dell’unità

Il rendimento globale dell’impianto va calcolato in relazione a un determinato periodo di riferimento (anno solare) ed è pari al rapporto tra l’energia complessivamente prodotta e l’energia di alimentazione consumata:

rendimento globale

Formula rendimento globale

dove:

  • Eunità è pari alla somma dell’energia elettrica e dell’energia meccanica prodotte dall’unità. Per energia elettrica prodotta dall’unità si intende la somma dell’energia elettrica esportata verso
    la rete e di quella consumata in loco. Per energia meccanica si intende l’energia utile a pilotare motori elettrici, quali pompe, ventilatori, compressori, così come esplicitato al paragrafo 2.8 – Parte 2° delle Linee Guida;
  • Hchp è l’energia termica utile cogenerata prodotta dall’unità;
  • Funità è quella associata a tutto il combustibile che l’unità di cogenerazione ha consumato nel periodo di riferimento per produrre energia elettrica e calore.

I valori soglia per il rendimento globale sono:

  • 80% per unità con turbina a gas a ciclo combinato con recupero di calore e unità con turbina a condensazione con estrazione di vapore;
  • 75% per le altre tipologie.

Nella tabella sottostante vengono riportati i valori di soglia del rendimento globale per tipologia di unità.

Valori soglia rendimento globale per tipologia di unità

Valori soglia rendimento globale per tipologia di unità

Dimensionare l’unità virtuale

Nel caso in cui si verifichi che il valore del rendimento globale sia inferiore al valore di sogliaglobale,unità < ηglobale,soglia) si assume che l’unità produca solo una parte dell’energia elettrica/meccanica in regime di cogenerazione (unità virtuale).

L’unità virtuale è quella che, dato il calore utile cogenerato (Hchp), produce una quantità di energia elettrica Echp e consuma una quantità di energia di alimentazione Fchp , tali da conseguire un rendimento globale pari al valore di soglia previsto dalla normativa.

Nota l’energia termica utile prodotta in cogenerazione (Hchp), la determinazione delle corrispondenti energie elettrica (Echp) e di alimentazione (Fchp), in regime di cogenerazione, viene condotta a partire dal calcolo del rapporto effettivo tra energia prodotta e calore (Ceff):

formula dimensionamento unità virtuale

Formula dimensionamento unità virtuale

Nel caso delle tecnologie che comprendono turbine di condensazione con estrazione di vapore, il calcolo del Ceff può essere condotto solo una volta noto il coefficiente di perdita di potenza (β):

dimensionamento unità virtuale

Dimensionamento unità virtuale

Il coefficiente di perdita di potenza indica la quantità di energia elettrica non prodotta dalla turbina a vapore in relazione all’energia termica estratta. Questo coefficiente è legato a parametri costruttivi e di esercizio della turbina e deve essere determinato annualmente quando il rendimento globale ottenuto risulta inferiore alla soglia prevista dalla normativa.

Calcolare il risparmio di energia primaria

Secondo quanto disposto dall’Allegato III, il PES è definito come:

calcolo risparmio di energia primaria

Calcolo risparmio di energia primaria

dove:

  • CHPHη è il rendimento termico della produzione mediante cogenerazione;
  • CHPEη è il rendimento elettrico della produzione mediante cogenerazione;
  • RefHη è il rendimento di riferimento per la produzione separata di calore;
  • RefEη è il il rendimento di riferimento per la produzione separata di elettricità.

La formula permette quindi di quantificare, a parità di output (Echp e Hchp), il risparmio ottenuto in termini di input (energia di alimentazione) dalla produzione combinata degli output rispetto alla loro potenziale produzione separata, realizzata mediante impianti operanti con rendimenti assunti pari a RefHƞ (produzione separata di calore) e RefEƞ (produzione separata di energia elettrica).

Il Regolamento delegato (UE) 2015/2402 della Commissione del 12 Ottobre 2015 ha rivisto i rendimenti di riferimento armonizzati per la produzione separata di energia elettrica e calore da utilizzare per il calcolo del PES.

I nuovi rendimenti sono da applicare, a partire dalla produzione dell’anno 2016, per tutte le unità di cogenerazione e si differenziano in base alla data di entrata in esercizio (pre e post 2016).

Oltre all’aggiornamento dei valori numerici dei rendimenti armonizzati, il regolamento contiene inoltre:

  • la modifica della classificazione dei combustibili e introduzione dei rendimenti armonizzati anche per il biometano e per il gas di sintesi (non contemplati dalle tabelle di cui al D.M. 4 agosto 2011);
  • nel caso di utilizzo di vapore presso l’area di consumo, la definizione di 2 diversi valori del rendimento armonizzato per la produzione separata di calore (Allegato II), a seconda che la metodologia di calcolo utilizzata tenga conto o meno del riflusso della condensa;
  • l’aggiornamento dei fattori di correzione legati alle perdite evitate sulla rete riportati sull’Allegato VII al D.M. 4 Agosto 2011, modificando anche gli intervalli di tensione. Essi costituiscono gli unici fattori di correzione da applicare anche per il calcolo del RISP.

Il fattore correttivo del rendimento armonizzato per la produzione separata di energia elettrica legato alle condizioni climatiche viene applicato solo nel caso di utilizzo di combustibili gassosi. La metodologia di determinazione rimane quella prevista dall’Allegato VI al D.M. 4 agosto 2011.

I benefici della cogenerazione ad alto rendimento

I benefici collegati alla qualifica di impianto di cogenerazione ad alto rendimento sono diversi, come:

  • esonero dall’obbligo di acquisto dei certificati verdi previsto per i produttori e gli importatori di energia elettrica con produzioni e importazioni annue da fonti non rinnovabili;
  • priorità di dispacciamento per l’energia elettrica riconosciuta di cogenerazione rispetto alle fonti convenzionali;
  • possibilità di accedere al servizio di scambio sul posto dell’energia elettrica prodotta da impianti con potenza nominale fino a 200 kW (TISP);
  • condizioni tecnico-economiche semplificate per la connessione alla rete elettrica (TICA);
  • accesso al meccanismo dei certificati bianchi.

Il ruolo del GSE

L’ente regolatore è il Gestore Servizi Energetici (GSE) che si impegna nel valutare il funzionamento dei sistemi CAR e nel determinare il numero di certificati bianchi assegnati a ciascun soggetto che ne faccia richiesta.

Nello specifico il GSE:

  • provvede al riconoscimento del funzionamento in CAR per le unità di cogenerazione che lo richiedono;
  • determina il numero di certificati bianchi cui hanno diritto le unità riconosciute CAR che abbiano presentato richiesta di incentivo;
  • qualora il produttore ne faccia richiesta, procede al ritiro dei certificati bianchi a un prezzo pari a quello vigente alla data di entrata in esercizio dell’unità (o alla data di entrata in vigore del D.M. 5 settembre 2011, nei casi previsti);
  • svolge attività di verifica e controllo sugli impianti incentivati comunicando al Ministero dello Sviluppo Economico e al produttore l’esito finale delle ispezioni.

Entro il 31 ottobre di ogni anno il GSE trasmette al Ministero dello Sviluppo Economico e, per conoscenza, all’ARERA, un prospetto riepilogativo delle richieste di riconoscimento come cogenerazione pervenute relativamente alla produzione effettuata nell’anno solare precedente.

Per ciascuna unità di cogenerazione tale prospetto riporta almeno le principali caratteristiche tecniche, i dati tecnici di funzionamento relativi all’anno solare precedente e l’esito dell’esame documentale svolto dal GSE.

Il GSE conduce a scadenza triennale un’indagine per accertare che il regime di sostegno vigente per la CAR si mantenga in linea con quello riconosciuto nei principali Stati membri dell’Unione Europea, anche nei riguardi del suo valore economico, riferendo al Ministero dello Sviluppo Economico sui risultati di tale accertamento.

Presentazione delle richieste al GSE

L’invio dei dati e della richiesta avviene esclusivamente per via telematica utilizzando il portale RICOGE messo a disposizione dal GSE. Le tre tipologie di richiesta sono:

  • richiesta di accesso al regime di sostegno ai sensi del D.M. 5 settembre 2011 (dicitura su RICOGE: “Richiesta CB”);
  • richiesta di riconoscimento del funzionamento in cogenerazione ad alto rendimento (CAR) ai sensi del D.Lgs. 20/07, come integrato dal D.M. 4 agosto 2011 (dicitura su RICOGE: “Richiesta CAR”);
  • richiesta di valutazione preliminare ai sensi dell’articolo 7 del D.M. 5 settembre 2011 (dicitura su RICOGE: “Richiesta CAR”), solo per unità non ancora in esercizio o che entrano in esercizio nello stesso anno solare di presentazione della richiesta.

Cogenerazione ad alto rendimento e certificati bianchi

I certificati bianchi, noti anche come titoli di efficienza energetica (TEE), sono stati introdotti dai Decreti Ministeriali del 24 aprile 2001 e poi successivamente modificati dai Decreti Ministeriali del 20 luglio 2004 e aggiornati dal Decreto Ministeriale del 21 dicembre 2007. La loro finalità è quella di incentivare la realizzazione di progetti di efficienza energetica, come appunto l’adozione di soluzioni CAR.

Le procedure per ottenere i certificati bianchi (o titoli di efficienza energetica, TEE) per gli impianti di cogenerazione ad alto rendimento sono state semplificate. Il GSE ha, infatti, eliminato uno degli ostacoli previsti per le richieste di valutazione preliminare da effettuare sul portale RICOGE. Ora non è più necessario essere in possesso del codice CENSIMP, ossia del numero identificativo univoco relativo all’impianto sulla rete elettrica, prima di presentare la richiesta.

Tuttavia, è necessario che la configurazione impiantistica sia conforme alle normative vigenti del settore (le norme CEI). Le richieste possono essere presentate solo per unità non ancora in esercizio e il fatto di non dover attendere il codice CENSIMP consente di accelerare i tempi burocratici.

Calcolo del numero di certificati bianchi

L’art. 4 del D.M. 5 settembre 2011 impone che le unità di cogenerazione abbiano diritto, per ciascun anno solare in cui soddisfano i requisiti di CAR, al rilascio dei certificati bianchi, in numero commisurato al risparmio di energia primaria realizzato nell’anno in questione, se positivo, calcolato secondo la seguente formula:

formula calcolo numero certificati bianchi

Formula calcolo numero certificati bianchi

dove:

  • RISP è il risparmio di energia primaria, espresso in MWh, realizzato dall’unità di cogenerazione nell’anno solare per il quale è stato richiesto l’accesso al regime di sostegno;
  • Echp è l’energia elettrica prodotta dalla “parte CHP” dell’unità di cogenerazione nel medesimo anno solare;
  • Hchp è il calore utile prodotto dall’unità di cogenerazione nel medesimo anno solare;
  • Fchp è l’energia di alimentazione consumata dalla “parte CHP” dell’unità di cogenerazione nel medesimo anno solare;
  • ηTRIF è il rendimento medio convenzionale del parco di produzione termico italiano, assunto pari a:
    • 0,82 nel caso di utilizzo diretto dei gas di scarico;
    • 0,90 nel caso di produzione di acqua calda/vapore.

Cogenerazione ad alto rendimento: vantaggi

La cogenerazione ad alto rendimento offre una serie di vantaggi significativi per l’ambiente, l’economia e l’efficienza energetica.

Grazie alla cattura e all’utilizzo del calore di scarto e alla riduzione delle perdite di trasmissione e distribuzione, la cogenerazione può raggiungere efficienze superiori al 80%. Inoltre, gli impianti cogenerativi consentono di ottenere un risparmio di combustibile tra il 10 e il 30% rispetto alla generazione separata.

Dal punto di vista ambientale, la produzione combinata di energia elettrica e calore comporta una riduzione dell’impatto ambientale, sia a causa della riduzione delle emissioni sia al minor rilascio di calore residuo nell’ambiente. Dal punto di vista energetico, la cogenerazione è una fonte di generazione distribuita, con migliaia di impianti in Italia, principalmente collocati all’interno degli stabilimenti industriali. Questo contribuisce a fornire capacità di riserva al sistema elettrico nazionale.

La cogenerazione è una tecnologia efficiente che può permettere consistenti risparmi sulle bollette energetiche grazie alla sua elevata efficienza intrinseca. Tuttavia, il tempo di ritorno dell’investimento può essere medio lungo, con stime di 5-6 anni per il settore industriale e taglie medio-grandi.

Il tempo di ritorno dipende anche dalle ore di utilizzo dell’impianto, con impianti industriali che funzionano intorno alle 8.000 ore all’anno che possono avere tempi di ritorno più brevi, intorno ai tre anni.

TerMus
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