Cogenerazione, cos’è e a cosa serve

La definizione sembra una parola interessante, dato che co-generare significa produrre energia elettrica e calore, allo stesso tempo.

Questa tecnologia sfrutta una combinazione molto efficiente, con un impianto in grado di utilizzare un solo combustibile e un solo impianto, per generare simultaneamente calore ed elettricità.

Il suo successo è ormai noto in Europa, dato che questo sistema, detto anche CHP (Combined Heat and Power in inglese), fornisce ad oggi circa il 10% dell’elettricità e il 15% del calore nel continente.

Come risorsa, sicuramente è più economica ed ecologica rispetto all’utilizzo di due unità diverse per ogni esigenza (caldo, elettricità), e i vantaggi non sono pochi – ne parleremo!

Impianto di cogenerazione, come funziona

Rispetto ad una normale centrale elettrica, nella quale il calore residuo della produzione di elettricità viene rilasciato all’ambiente, l’impianto di cogenerazione lo recupera.

Il sistema è in grado di prendere il calore e utilizzarlo per il riscaldamento interno di case, edifici commerciali o industriali.

Come fa?

Una centrale a ciclo combinato CHP (Combined heat and power che abbiamo citato prima), è composta da diverse componenti:

• un motore a combustione che aziona il sistema
• un generatore elettrico
• un dispositivo per il recupero calore
• apparecchiature di interconnessione elettrica.

Il combustibile che viene adoperato nell’impianto di cogenerazione è un gas naturale, un biogas oppure il petrolio.

1. Dalla combustione di questa sostanza, si mettono in moto i generatori e si ottiene l’energia elettrica.
2. In una seconda fase, si recupera il calore prodotto dal motore e dalla turbina, tramite dei sistemi adatti a convertirlo.
3. Il calore diventerà energia termica (vapore o acqua calda), che può essere utilizzata per il riscaldamento e il raffreddamento, e per generare energia adatta ad altri scopi.

L’impianto, quindi, è abbastanza complesso ma l’efficienza energetica di questo sistema è altissima. Bastano anche dei piccoli impianti di cogenerazione, per fornire energia sufficiente a grandi richieste.

La cogenerazione diventa vantaggiosa quando è necessaria una produzione costante di energia termica ed elettricità, tale da far azionare continuamente il meccanismo motore-generatore-recuperatore. Spesso, infatti, viene usata la cogenerazione per edifici industriali e strutture ad elevato consumo energetico.

Il sistema di cogenerazione, però, può differenziarsi nelle prestazioni tramite i tipi di motore. Può includere turbine a combustione, turbine a vapore, microturbine e celle a combustibile.

Qui entrano in gioco i micro-cogeneratori…

Microcogeneratori per consumi residenziali

Questi dispositivi sono adatti a richieste energetiche meno imponenti, di quelle delle centrali di cogenerazione classiche. I microcogeneratori, dalla potenza inferiore a 50 kW, possono far scaturire calore ed elettricità.

La quantità di energia termica generata, può soddisfare:

• il fabbisogno termico di riscaldamento e raffreddamento (climatizzazione interni)
• la produzione di acqua calda sanitaria

Una risorsa per ridurre i consumi e i costi in bolletta, favorendo anche il basso impatto ambientale. Su questo, un forte dubbio è la fonte: il gas, con i suoi costi sempre più elevati.
Eppure, in tempi recenti avanza la tecnologia che sfrutta per gli impianti di cogenerazione delle fonti di energia rinnovabili – come biomasse (scarti legnosi e rifiuti biodegradabili), biogas (gas depurati da produzioni) e biodiesel (da oli vegetali e grassi animali).

Trigenerazione

Non c’è due senza tre, si dice, e vale anche per questi impianti!
La trigenerazione viene considerata la naturale evoluzione del sistema di cogenerazione. Non solo elettricità e calore, ma anche aria!

Come se non bastasse, la trigenerazione consente anche di produrre acqua fredda refrigerata: utile per il sistema di condizionamento oppure nei processi industriali (tramite frigoriferi ad assorbimento).

Questo tipo di impianti, è apprezzato quando nel periodo estivo l’impianto di cogenerazione viene di solito fermato, o deve dissipare tutto il calore prodotto. La soluzione è rappresentata da questo impianto che unisce il cogeneratore con i frigoriferi ad assorbimento: il calore sarà recuperato, generando energia frigorifera nei mesi più caldi.
La trigenerazione, quindi, permette di produrre aria condizionata in ambito residenziale o sistemi di raffreddamento efficienti in ambito industriale.

Queste doti, rendono gli impianti particolarmente utili per l’utilizzo nella produzione industriale, negli edifici commerciali (uffici, negozi, aeroporti, hotel, etc.) e nelle strutture istituzionali (scuole, ospedali, etc.).

Impianto di trigenerazione, funzionamento e risultati

Vengono indicati anche come impianti CCHP (Combined Cooling, Heating and Power), e hanno un funzionamento simile a quelli di cogenerazione.

In questo caso, l’impianto di trigenerazione, è costituito da componenti simili:

• un motore alimentato da un combustibile, che aziona il sistema
• un generatore che trasforma l’energia meccanica del motore in elettricità
• scambiatori per recuperare il calore disperso dal processo di generazione elettrica
• frigoriferi ad assorbimento che usano il calore recuperato per generare energia frigorifera.

Il funzionamento per la produzione di energia frigorifera, si basa sull’evaporazione di un fluido refrigerante, in condizioni di bassa temperatura e pressione. Il fluido assorbe calore dall’acqua da refrigerare, mentre il vapore viene assorbito da una soluzione, da cui viene separato di nuovo tramite   riscaldamento.
Nel processo di trigenerazione si usano delle coppie di fluidi refrigeranti e soluzioni assorbenti, che solitamente corrispondono a: acqua/bromuro di litio fino a 4 °C e ammoniaca/acqua fino a -60 °C.

Vantaggi della cogenerazione

Dopo aver illustrato i sistemi, passiamo ai benefici che donano. Sono alla base delle azioni di promozione di questi impianti da parte della UE e del nostro governo, tramite incentivi e detrazioni fiscali.

• Maggiore efficienza energetica. Fino al 40% più efficiente degli impianti tradizionali “separati” per calore ed energia elettrica.
• Sostenibilità. La cogenerazione riduce le emissioni di CO2, risparmiandone ogni anno 200 milioni di tonnellate in Europa.
• Risparmio. Riduce i costi energetici a fronte di rendimenti elevati (meno combustibile per coprire riscaldamento ed elettricità).
• Uso delle energie rinnovabili. La cogenerazione può funzionare con ogni combustibile rinnovabile – ad oggi, il 27% nella cogenerazione sono biomasse e biogas.
• Versatilità. Gli impianti di cogenerazione sono disponibili in tante dimensioni, per esigenze industriali, familiari e urbane (da 1 kW a quasi 1 GW).
• Accessibilità. Gli impianti agiscono in loco, anche nelle zone meno popolate, senza la necessità di costose infrastrutture di rete né altri costi di trasmissione e distribuzione.
• Ottimizzazione. La cogenerazione può produrre l’esatta quantità di elettricità e calore necessarie in un determinato momento e luogo.
• Flessibilità. Il sistema energetico si avvantaggia di questa fonte, dovendo far fronte contemporaneamente a diverse richieste di energia rinnovabile.
• Autonomia. La cogenerazione è un altro impianto che diminuisce la dipendenza dalle importazioni.
• Lavoro. Può creare posti di lavoro: la cogenerazione già impiega circa 100.000 persone ed è in crescita, dato che l’Europa sta investendo nell’efficienza energetica.

Efficienza energetica e detrazioni fiscali sulla cogenerazione

Per tali motivi, come abbiamo accennato, la cogenerazione fa parte delle nuove direttive sull’efficienza energetica per i paesi UE.

L’analisi costi-benefici della cogenerazione è quasi sempre ottimale, e sono previste delle agevolazioni fiscali IRES o IRPEF del 65%.

Come condizione, è fondamentale che l’installazione dei microcogeneratori porti ad un risparmio di energia primaria (PES) del 20%, a fronte di una potenza elettrica minore di 50 kW.

A livello residenziale, l’energia termica dovrà essere impiegata per il fabbisogno termico di climatizzazione e produzione di acqua calda sanitaria.

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