Per impianto di cogenerazione si intende un impianto di produzione combinata di energia elettrica e calore. Impianti cogenerazione ed il teleriscaldamento.
Impianti cogenerazione ed il teleriscaldamento. La cogenerazione è un sistema integrato che converte l’energia primaria di una qualsivoglia fonte di energia nella produzione congiunta di energia elettrica e di energia termica (calore), conseguendo, in generale, un risparmio di energia primaria e un beneficio ambientale rispetto alla produzione separata delle stesse quantità di energia elettrica e termica.
In luogo della produzione elettrica in forma congiunta alla produzione di energia termica, è ammessa anche la produzione di energia meccanica. L’energia prodotta viene poi distribuita mediante il teleriscaldamento che è una forma di riscaldamento (di abitazioni, scuole, ospedali ecc.) che consiste essenzialmente nella distribuzione, attraverso una rete di tubazioni isolate e interrate, di acqua calda, acqua surriscaldata o vapore (detti fluido termovettore), proveniente dalla centrale di produzione, alle abitazioni con successivo ritorno dei suddetti alla stessa centrale.
Questa frontiera impiantistica è stata impiegata come base per soddisfare le necessità energetiche di alcuni quartieri sperimentali del Nord Europa e rappresenta in linea di massima il futuro della produzione energetica, non solo dell’industria, ma anche dell’edilizia residenziale.
Avere un’unica centrale termica che serve un quartiere intero è dal punto di vista energetico un vantaggio, a fronte di costi di installazione inizialmente elevati si riescono a servire migliaia di utenze con costi minimi e interventi di manutenzione ridottissimi. Se tra fonti di energia primaria si inseriscono le bio-masse e l’energia elettrica prodotta da pannelli fotovoltaici, i benefici anche ambientali diventano splendide prospettive.
La produzione di energia meccanica o elettrica e di calore deve avvenire in modo sostanzialmente interconnesso, implicando un legame di mutua dipendenza tra produzione elettrica e utilizzo in forma utile del calore, anche attraverso sistemi di accumulo. Il calore generato viene trasferito all’utilizzazione, in forme diverse, tra cui vapore, acqua calda, aria calda, e può essere destinata a usi civili di riscaldamento, raffrescamento o raffreddamento o a usi industriali in diversi processi produttivi. Nel caso di utilizzo di gas di sintesi, il sistema di gassificazione è parte integrante dell’impianto di produzione combinata di energia elettrica e calore. Le eventuali caldaie di integrazione dedicate esclusivamente alla produzione di energia termica non rientrano nella definizione di impianto di produzione combinata di energia elettrica e calore.
La cogenerazione, quindi, è la strada per ottimizzare la combustione e conseguire un’elevata efficienza. È chiaro che trattasi di risparmio globale e che, per essere tradotto in convenienza per l’attuatore, occorre valutare il costo dell’energia elettrica.
Negli impianti cogenerazione vengono sostanzialmente impiegate tre tipologie di gruppi.
a) Motore alternativo, a ciclo Diesel od Otto, da cui viene recuperato il calore dal circuito di raffreddamento del motore (temperatura di circa 90°C) e dai gas di scarico (temperatura sui 500°C); con questi gruppi è possibile ottenere acqua a temperature fino a 200-250°C.
b) Turbina a gas, da cui viene recuperato il calore raffreddando in una caldaia di recupero i gas di scarico.
c) Turbina a vapore a contropressione alimentata da vapore surriscaldato che, dopo aver attraversato la turbina, viene scaricato a bassa pressione per essere utilizzato in utenze tecnologiche.
In impianti di media e grande potenzialità, i gruppi più usati sono il motore alternativo e la turbina a gas. In genere, per potenze fino a 2 MW e utenze termiche con temperature attorno a 85-90°C si adottano preferenzialmente motori alternativi a gas; per temperature superiori a temperature del fluido termovettore superiori ai 100°C si impiegano turbine a gas.
Un parametro molto importante è l’indice termico definito come rapporto fra la potenza termica resa e la potenza elettrica generata. Questo valore è abbastanza costante al variare dei carichi ed è, comunque, particolarmente favorevole con i motori alternativi nei quali una potenza termica resa di 100 corrisponde una elettrica di 65-70. Questo indice condiziona anche le scelte che si fanno in relazione ai diagrammi di carico dell’utenza.
Un impianto di cogenerazione non può e non deve essere scelto per far fronte all’intera potenza termica occorrente per cui è sempre necessaria una centrale termica di integrazione.
Qualora si privilegi la produzione di energia elettrica possono esservi periodi in cui la potenza termica resa disponibile non può essere utilmente impiegata. In tali casi occorrerà prevedere dissipatori di calore; meglio sarebbe se almeno una parte di tale calore potesse essere accumulato e restituito nei momenti di punta.
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