Cogenerazione (CHP)
Un impianto termoelettrico che produce energia elettrica utilizzando come fonte primaria calore ad alta temperatura produce necessariamente anche calore a temperatura più bassa, che in genere viene ceduto in ambiente. Quando si riesce a recuperare parte di questo calore, impiegato da un’utenza termica, si realizza un sistema cogenerativo, che migliora l’efficienza termodinamica del sistema. Mediante tale sistema si ottiene un risparmio di energia primaria del combustibile rispetto alla produzione separata delle stesse quantità di energia elettrica e calore. Tali sistemi di cogenerazione hanno taglie variabili da pochi kWe sino a qualche centinaia di MWe e si presentano sotto forma di diverse tecnologie tra le quali le più diffuse sono:
- I motori a combustione interna
- Le turbine e le microturbine a gas
- Le turbine a vapore
Gli impianti ORC (Organic Rankine Cycle) possono essere alimentati sia a combustibili fossili (principalmente gas naturale) che a fonte energetica rinnovabile (biomassa, geotermoelettrico, solare termodinamico).
La cogenerazione è la produzione combinata di energia elettrica e termica (in forma di acqua calda) ottenuta con un’unica fonte di energia primaria (combustibile).
La cogenerazione è una realtà impiegata oggi con successo in molteplici settori industriali e civili e comporta:
- Risparmio di energia con immediato beneficio economico e maggiore competitività aziendale;
- Utilizzo di tecnologie ecocompatibili con contenimento delle emissioni di gas serra ed altri gas inquinanti;
- Funzionamento con vari combustibili (gas naturale, gasolio, gpl, biogas, syngas etc.);
- Alta Affidabilità, efficienza, assenza di interferenza nei processi industriali;
- Facilità di installazione e semplicità di conduzione impianto.
La cogenerazione è una tipologia di impianto trasversale su tutte le attività che presentano consumi simultanei di energia elettrica e termica tra cui a puro titolo esemplificativo:
- Hotel, centri benessere, piscine e centri sportivi polifunzionali;
- Ospedali e case di riposo;
- Residenze e Condomini;
- Industrie (Alimentari, Cartiere, Metalmeccanico…).
Micro-cogenerazione
La microcogenerazione o microCHP è un’estensione dell’idea di cogenerazione per le abitazioni singole/pluri familiari o per i piccoli edifici di uffici.
La differenza principale tra i sistemi a microcogenerazione e i loro parenti su larga scala sono i parametri che ne guidano l’operatività. In molti casi i sistemi CHP industriali generano principalmente energia elettrica e il calore è un utile sotto-prodotto. Al contrario i sistemi di micro-CHP, che funzionano in case o piccoli edifici commerciali, producono principalmente calore generando elettricità come sotto-prodotto.
A causa di questo modello operativo e della domanda fluttuante delle strutture per quanto riguarda l’energia elettrica, i sistemi a microcogenerazione spesso producono più elettricità di quella che viene usata. Tali sistemi ottengono molti dei loro risparmi, esercitando quindi attrattiva sui consumatori, attraverso un modello di “generazione e rivendita” o “scambio sul posto” in cui l’energia generata in eccesso rispetto ai bisogni casalinghi viene rivenduta all’azienda elettrica.
Trigenerazione
La trigenerazione è un particolare campo dei sistemi di cogenerazione che, consente di utilizzare una quota del calore generato dalla cogenerazione per produrre acqua refrigerata per il condizionamento o per i processi industriali.
La trasformazione dell’energia termica in energia frigorifera è resa possibile dall’impiego del ciclo frigorifero ad assorbimento il cui funzionamento si basa su trasformazioni di stato del fluido refrigerante in combinazione con la sostanza utilizzata quale assorbente. Le coppie di refrigerante/assorbente usate sono:
- acqua/bromuro di litio per temperature fino a 4 °C.
- ammoniaca/acqua per temperature fino a -60 °C.
L’efficienza del ciclo (COP – coefficient of performance), definita come il rapporto fra energia frigorifera in uscita e l’energia termica in ingresso, varia da 0.7 a 1.3 in funzione degli stadi di riconcentrazione della soluzione, della temperatura di alimentazione, della temperatura del fluido refrigerato e della temperatura di condensazione.
Rispetto alla generazione di sola energia elettrica, in un sistema di trigenerazione il rendimento globale aumenta perché viene sfruttata una maggiore percentuale del potere calorifico del combustibile; si tenga presente che le centrali termoelettriche convenzionali convertono circa un 1/3 dell’energia del combustibile in elettricità (il resto è perso in calore), mentre in un impianto trigenerativo più di 4/5 della stessa energia è sfruttata visto che il calore è recuperato direttamente (funzionamento cogenerativo) o come fonte per un ciclo frigorifero ad assorbimento (funzionamento trigenerativo).
Sistemi di tri -generazione
I sistemi di co-trigenerazione possono essere studiati e prodotti per funzionare con qualsiasi fonte primaria di calore. Questi sistemi oggi sono tecnicamente maturi ed economicamente convenienti per poter essere adottati diffusamente, tra le molteplici configurazioni possibili si citano:
- sistemi di cogenerazione con combustibili fossili;
- sistemi di trigenerazione con combustibili fossili;
- co-trigenerazione con impianti solari termici o termodinamici;
- co-trigenerazione con biogas;
- Sistemi ibridi di cogenerazione e trigenerazione.
I vantaggi
I principali vantaggi della trigenerazione sono:
- riduzione dei costi dell’energia primaria;
- riduzione dei costi di gestione;
- maggiore energia elettrica disponibile;
- utilizzo del calore in esubero.