COS’è LA COGENERAZIONE E I SUOI VANTAGGI
Diversi processi industriali necessitano di energia sia sotto forma di elettricità che di calore. Basti pensare che nel 2014, l’industria italiana ha avuto un fabbisogno energetico di oltre 380 TWh, di cui circa due terzi sotto forma di calore e la parte rimanente sotto forma di energia elettrica (fonte: Energy&Strategy Group, 2015).
La cogenerazione (in inglese CHP, acronimo di Combined Heat and Power) è la produzione contestuale di energia elettrica e termica. Si tratta quindi di un’interessante modalità di efficientamento energetico se i processi industriali necessitano di energia elettrica e calore. In alternativa, può essere una soluzione per migliorare l’efficienza di un intero distretto industriale, in cui solo alcune aziende hanno bisogno di calore, o per individuare sinergie con le utenze domestiche prossime all’industria che necessitano di riscaldamento durante il periodo invernale.
LE TECNOLOGIE PER LA COGENERAZIONE
Le tecnologie più utilizzate per la cogenerazione fanno riferimento a turbine a vapore, turbine a gas (il cosiddetto “turbogas”) e motori a combustione interna accoppiate a:
- un alternatore che trasforma l’energia meccanica della turbina-motore in energia elettrica;
- un circuito di recupero del calore (vedi Recuperi termici) presente nel fluido uscente dalla turbina o dai di fumi di scarico/circuito di raffreddamento/olio lubrificante/aria di raffreddamento sovralimentazione (se presente) del motore a combustione interna. Il calore è trasferito ad un fluido vettore (acqua o olio diatermico) attraverso uno scambiatore di calore. Un circuito trasporta il fluido vettore caldo verso le utenze (processi o teleriscaldamento).
Esistono anche turbine che si basano sul ciclo di Rankine organico (Organic Rankine Cycle, ORC; vedi Recuperi termici), sfruttate per la loro capacità di funzionare con temperature inferiori ai cicli già trattati, effettuando interessanti recuperi di calore per la produzione energia elettrica interessanti.
È anche possibile impiegare un ciclo a vapore che sfrutta come sorgente termica i fumi ad alta temperatura in uscita da una turbina a gas (anche oltre i 500-800°C). L’accoppiamento di questi due cicli è detto combinato. In tal modo si aumenta il rendimento di produzione di energia elettrica fino al 45-55% circa. La complessità del ciclo combinato fa sì però che i costi di installazione e manutenzione risultino relativamente alti. I sistemi di cogenerazione più semplici, invece, sono basati sui motori a combustione interna. Possono essere messi in funzione in tempi rapidissimi; hanno però vita inferiore rispetto agli altri cicli.
I combustibili utilizzabili nei sistemi di cogenerazione sono diversi: per il turbogas si tratta principalmente di metano; per i motori a combustione interna si impiegano carburanti (gasolio, oli combustibili, metano), biocarburanti (biometano o biogas) o miscele di essi (gasolio e biodiesel, ad esempio). Per il ciclo a vapore, in linea teorica qualsiasi combustibile può essere utilizzato in caldaia, anche carbone, rifiuti e biomasse.
CHI PUò SFRUTTARE LA COGENERAZIONE
Prima di optare per un impianto di cogenerazione, è importante effettuare un’analisi delle utenze al fine di verificare l’andamento nel tempo delle richieste di energia elettrica e termica (es. contemporaneità delle utenze; compatibilità delle temperature di acqua-aria calda con il processo; presenza e vicinanza dell’utenza termica).
Se la produzione di calore mediante cogenerazione è prevalentemente destinata al riscaldamento di ambienti industriali e civili, ne deriva che durante il periodo estivo tale fonte di energia non è sfruttabile. La trigenerazione permette di trasformare il calore a bassa temperatura in “freddo”, utilizzabile per il raffrescamento degli ambienti, mediante gruppi ad assorbimento. La cogenerazione può essere una soluzione ideale per industrie galvaniche, agro-alimentari (comprese le serre), farmaceutiche, tessili, conciarie, chimiche, petrolifere o cartarie. Per le industrie agro-alimentari, la digestione anaerobica degli scarti permette anche la produzione in loco del combustibile: il biogas. Altri utilizzi interessanti, anche dal punto di vista economico, sono l’impiego della cogenerazione on-demand per la copertura di picchi di richiesta di energia elettrica da parte della rete o per riduzioni improvvise di produzione da parte delle fonti rinnovabili (es. fotovoltaico o eolico).
Taglie, rendimento complessivo (ed elettrico) e vita utile delle principali tipologie di impianti di cogenerazione
ANALISI DEI DATI
Di seguito sono riportati i dati emersi dall’analisi di un campione di 125 siti produttivi (scopri di più sull’analisi). L’installazione di impianti di Cogenerazione o Trigenerazione è stata proposta in 12 casi. Nella tabella viene indicata, per ciascun settore merceologico, la frequenza con cui sono stati suggeriti questi interventi:
Il valore medio del tempo di pay back semplice degli impianti di Cogenerazione o Trigenerazione, ponderato sul campione, è pari a 3,6 anni. Di seguito il tempo di pay-back distinto per comparto.
Infine riportiamo i dati sul risparmio economico potenziale.
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