Cogenerazione

La cogenerazione è, nota anche come C.H.P. (Combined Heat and Power), la produzione congiunta e contemporanea di energia elettrica (o meccanica) e calore utile a partire da una singola fonte energetica, attuata attraverso un unico sistema integrato.

La cogenerazione utilizza lo stesso combustibile per due utilizzi differenti. A lo scopo avere un più efficiente utilizzo dell’energia primaria, con relativi risparmi economici soprattutto nei processi produttivi laddove esista una forte contemporaneità tra i consumi elettrici ed i consumi per la produzione di energia termica.

Generalmente i sistemi C.H.P. sono formati da un motore primario, un generatore, un sistema di recupero termico e da interconnessioni elettriche.

Il motore è utilizzato per convertire il combustibile in energia meccanica, il generatore la converte in energia elettrica, mentre il sistema di recupero termico raccoglie e converte l’energia termica contenuta negli scarichi del motore primario e dal liquido di raffreddamento del motore e la trasforma mediante uno scambiatore di calore in energia termica da utilizzare.

La produzione combinata può incrementare l’efficienza di utilizzo del combustibile fino ad oltre l’80%; a ciò corrispondono, certamente, minori costi e minori emissioni inquinanti, rispetto alla produzione separata di elettricità e di calore.

Rispetto alle centrali elettriche, la cogenerazione ha una natura distribuita e si realizza mediante piccoli impianti che sono in grado di generare calore ed elettricità per grandi strutture (es. ospedali, alberghi, centri commerciali, ecc.) o piccoli centri urbani. La figura che segue illustra, schematicamente, il confronto tra la produzione convenzionale e quella combinata; nel caso della produzione combinata il rendimento totale risulta più elevato, anche assumendo, cautelativamente, che il rendimento elettrico sia più basso.

Come si nota per ottenere le stesse quantità di Energia Elettrica e Termica bisogna introdurre nell’impianto 148 unità nella produzione separata contro le 100 nella produzione in cogenerazione. Un sistema C.H.P. con processi di produzione termici ed elettrici richiede il 35% in meno di carburante rispetto alla configurazione separata di produzione di energia elettrica e termica.

Dato che i sistemi di cogenerazione producono sia energia elettrica sia calore, la loro efficienza totale è data dalla somma dell’output elettrico netto e termico diviso il combustibile impiegato. Sia l’efficienza semplice che quella totale vengono solitamente espresse in termini percentuali.

Il più comune esempio di impianto cogenerativo è quello realizzato con turbogas/motore alternativo e caldaia a recupero. I fumi del turbogas o del motore alternativo vengono convogliati attraverso un condotto fumi nella caldaia a recupero. Il recupero può essere semplice, qualora non esista un post‑bruciatore, o un recupero con post‑combustione in caso contrario. I fumi in caldaia permettono di produrre acqua calda, vapore saturo o vapore surriscaldato. Solitamente si utilizzano:

Il primo vantaggio della cogenerazione è certamente economico: un impianto cogenerativo correttamente dimensionato consente elevati risparmi energetici dell’ordine del 25-40%, ed un pay-back dell’investimento intorno ai 36-50 mesi. Oltre al beneficio derivante dal miglior uso del combustibile rispetto alla generazione termoelettrica tradizionale, la presenza di un impianto di cogenerazione ben dimensionato consente di aumentare la sicurezza della fornitura elettrica e di migliorare la qualità, proteggendo da interruzioni e cali di tensione della rete. La cogenerazione è una strategia di risparmio energetico con utilizzo dell’energia scaricata inutilmente nelle centrali termoelettriche, nei gruppi elettrogeni, nei rifiuti solidi urbani e nelle biomasse.

Le peculiarità della cogenerazione, sia sotto il profilo energetico che ambientale, sono state ampiamente riconosciute ed incentivate, sia nell’ambito della Comunità Europea che nello stesso quadro legislativo italiano. Il 7 febbraio 2007 è stato approvato, in via definitiva, dal Consiglio dei Ministri un decreto in attuazione della direttiva europea 2004/8/Ce per promuovere la cogenerazione ad alto rendimento. Il decreto conferma per tale sistema il regime di sostegno previsto, già nel 1999, dal Decreto Bersani del n. 79 che, tra l’altro, prevedeva per la cogenerazione sia la priorità di dispacciamento (vale a dire la precedenza accordata da parte di Terna S.p.a., come gestore della rete di trasmissione, nella chiamata in produzione dell’impianto), sia l’esenzione dall’obbligo (previsto per produttori e importatori di energia elettrica) di immettere in rete una certa percentuale di energia elettrica da fonti rinnovabili o di acquistare in proporzione certificati verdi sul mercato. Lo schema governativo prevede, inoltre, una riorganizzazione dei criteri per l’assegnazione dei certificati bianchi alla cogenerazione ad alto rendimento tale da renderla più appetibile. Tale riorganizzazione verrà attuata tramite l’emanazione di un decreto ministeriale, di concerto con il ministero dell’Ambiente, sentito il ministero delle Politiche agricole e forestali e d’intesa con la Conferenza unificata tra Stato e Regioni.

Attualmente uno dei sistemi allo studio potrebbe essere la maggiore durata/quantità dei certificati bianchi emessi a favore di chi produce in cogenerazione ad alto rendimento, consentendogli così di ottenere maggiori ricavi dalla vendita sul mercato dei certificati, tali da recuperare più velocemente i costi di investimento.

Sempre con questo decreto ministeriale sarà inoltre prevista l’estensione graduale del diritto di accesso ai certificati bianchi anche a soggetti diversi da quelli previsti dalla attuale disciplina che sono i distributori di energia elettrica e gas e loro controllate, oltre che le società operanti nel settore dei servizi energetici comprese le imprese artigiane.

Il decreto legislativo approvato il 7 febbraio 2007 prevede, altresì, il servizio di scambio sul posto per l’elettricità prodotta da impianti di cogenerazione ad alto rendimento con potenza nominale non superiore a 200 kW. Attualmente, invece, il servizio di “scambio sul posto” si applica agli impianti di produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili con potenza non superiore a 20 kW.

Lo “scambio sul posto” consente a un consumatore di energia elettrica che contemporaneamente produce energia tramite la cogenerazione di immettere in rete l’energia prodotta e non consumata. Una azione che permette al soggetto di pagare solo la differenza tra l’energia consumata e quella immessa in rete (identico allo scambio sul posto degli impianti fotovoltaici). Nel caso in cui l’energia immessa in rete è superiore a quella consumata, il cliente ha, quindi, diritto ad un equivalente credito di energia elettrica da utilizzare successivamente.

Entro 6 mesi, a decorrere dallo scorso febbraio, l’Autorità per l’energia elettrica e il gas emanerà la disciplina sulle condizioni tecnico-economiche per rendere operativo questo servizio, tenendo conto della valorizzazione dell’energia elettrica scambiata con il sistema elettrico nazionale, degli oneri e delle condizioni per l’accesso alle reti.

Dai sistemi di cogenerazione derivano anche i più moderni sistemi di trigenerazione dove, nel periodo estivo o qualora sia richiesta energia frigorifera, il calore recuperato può essere trasformato in energia frigorifera grazie all’impiego del ciclo frigorifero ad assorbimento a bromuro di litio il cui funzionamento si basa su trasformazioni di stato del fluido refrigerante (acqua) in combinazione con la sostanza (bromuro di litio) utilizzata quale assorbente.

Il processo di cogenerazione consiste nel riutilizzo dei fumi di scarico di una turbina a gas, a vapore o di altri tipi di motori, per la produzione di energia termica. Tale energia, altrimenti dispersa in ambiente, può essere usata per la produzione di:

Tali fluidi, utilizzati in prossimità del punto di produzione, o trasportati a distanza, possono essere utilizzati per diversi impieghi:

	Turbine a gas	Motori alternativi	Turbina a vapore	Ciclo combinato gas/vapore
Range di potenza standard	1 MW - 250 MW	0.1 MW - 5 MW	0.5 MW - 200 MW	5 MW - 350 MW
Rendimento elettrico (vapori tipici)	30% - 35%	30% - 42%	25% -35% Il valore più alto si ottiene in caso di sola produzione di elettricità	40% - 60% Il valore più alto si ottiene in caso di sola produzione di elettricità
Rendimento complessivo impianto (rendimento elettrico e termico)	75% - 85%	75% - 85%	75% - 85%	75% - 85%
Combustibile	Metano o combustibile gassoso	Metano o combustibile gassoso, diesel o doppio combustibile (Diesel e gas)	Qualsiasi combustibile, calore di recupero	Come turbina a gas + turbina a vapore
Vantaggi	Recupero termico ad alta temperatura, taglia piccola, alta potenza in volumi ridotti	Alta flessibilità, possibilità di arresto giornaliero	Permette il recupero del calore disperso dai processi industriali per produrre elettricità	Elevato rendimento elettrico

Le turbine a vapore possono poi sfruttare l’energia ottenibile dalla combustione di biomasse o rifiuti per la produzione di energia elettrica, mentre gli ulteriori cascami di calore possono essere impiegati per gli scopi precedentemente considerati.

Grazie al minor consumo di combustibile in relazione alla produzione separata di energia elettrica e termica, i sistemi di cogenerazione, permettono una significativa riduzione delle emissioni di CO2.

Negli ultimi anni, la cogenerazione, ha mosso notevoli interessi ed ha subito incrementi, succitati certamente all’impulso della comunità europea verso la riduzione delle emissioni gassose inquinanti in atmosfera, e verso la ricerca di soluzioni energetiche che permettano uno sviluppo sostenibile per l’ambiente grazie:

Ø alla liberalizzazione della produzione e la distribuzione di energia elettrica che ha aperto nuove prospettive di investimento nel settore;

Ø ai progressi significativi che la tecnologia correlata agli impianti di cogenerazione ha fatto e continua a fare, raggiungendo sempre migliori prestazioni in termini di affidabilità, sicurezza e rendimento;

La cogenerazione trova molti impieghi industriali dove, in contemporanea, sono presenti richieste di energia elettrica e termica. Nel campo del riscaldamento ambientale particolare interesse possono avere i sistemi di cogenerazione al servizio di reti di teleriscaldamento su scala locale.