venerdì 25 febbraio 2011

Conviene installare un impianto di cogenerazione?

Cogenerazione è un termine che inerisce la produzione contemporanea di energia elettrica e di calore, allo scopo di massimizzare l'efficienza dell'impianto. In altre parole, il combustibile, invece di limitarsi a bruciare all'interno di una caldaia per produrre calore, viene usato anche per produrre energia elettrica o viceversa, a seconda del tipo di impianto.

Gli impianti di cogenerazione esistono da molti anni, ma è solo negli ultimi tempi che si stanno diffondendo in modo più capillare, grazie all'avanzamento tecnologico che ha permesso di ridurre i costi di questi sistemi. Gli impianti di cogenerazione si possono dividere in 4 categorie, a seconda dell'energia prodotta:


  1. Micro cogenerazione, con produzione inferiore a 50 kW;
  2. Piccola cogenerazione, con produzione inferiore a 1 MW;
  3. Media cogenerazione, con produzione compresa tra 1 MW e 10 MW;
  4. Grande cogenerazione, con produzione superiore ai 10 MW.
La differenza ovviamente risiede nelle dimensioni dell'impianto e nella potenza elettrica, ma riguarda anche la priorità data alla produzione; prendendo in esame le tipologie più piccole e più diffuse, in un impianto di micro cogenerazione la priorità è diretta principalmente verso la produzione di calore e ha come sottoprodotto l'energia elettrica, mentre in un impianto di piccola cogenerazione succede più spesso il contrario, ovvero è il calore ad essere un prodotto secondario della produzione di energia elettrica.

Ma quanto conviene installare un impianto di cogenerazione?

In questo momento, nel ciclo produttivo per la produzione di energia elettrica la parte di calore non convertita in energia elettrica è maggiore della parte convertita: l'energia termica non usata è quindi spesso superiore all'energia elettrica utile. Il rendimento medio nelle centrali italiane è, di fatto, poco superiore al 40% a cui bisogna togliere le perdite dovute alla rete di distribuzione. Per produrre 1 KWh di energia elettrica, quindi, bisogna bruciare 2,3 KWh di energia primaria prodotta dal combustibile. La produzione combinata di energia elettrica e termica attraverso un sistema di cogenerazione consente rendimenti che si avvicinano al 90%, riducendo le perdite dovute alla trasmissione e distribuzione. Bruciando 1 metro cubo di gas naturale in un impianto di cogenerazione è possibile produrre circa 5 KWh di calore e circa 4 KWh di energia elettrica. Questa efficienza fa si che i tempi di recupero dell'investimento non siano superiori a 5 anni, supponendo un utilizzo dell'impianto per almeno 6 mesi l'anno.

A seconda della produzione elettrica che si vuole raggiungere ci sono varie tecnologie utilizzabili restando sotto al megawatt di potenza, ovvero per gli impianti di micro e piccola cogenerazione, probabilmente i più interessanti dal punto di vista produttivo: dal fotovoltaico al mini eolico, per arrivare alle micro turbine a gas. Il più diffuso, però, è il motore a combustione interna, in grado di coprire un'ampia gamma di fabbisogni. Questo sistema, detto anche motore endotermico, è uno dei più diffusi, anche grazie alla sua affidabilità. E' composto da un motore a 4 tempi alimentato a metano, gpl, biogas o altro, ed è ottimizzato per funzionare al meglio a determinate temperature, accoppiato ad un alternatore trifase e controllato da un sistema elettronico di regolazione, indispensabile anche per gestire tensione e frequenza della corrente ed evitare così disturbi sulla rete. L'impianto funziona in parallelo alla normale rete elettrica e può lavorare in modo asincrono o sincrono: in quest'ultima modalità il sistema è in grado di lavorare in condizioni d'emergenza, ossia di fornire energia elettrica in caso di mancanza di corrente dalla rete. I vantaggi di un motore di questo tipo sono l'elevata affidabilità, i buoni rendimenti, i ridotti costi e l'elevata flessibilità. Per contro, tra gli svantaggi segnaliamo, i costi di manutenzione, la rumorosità e le vibrazioni.

Dal punto di vista del rendimento, un motore endotermico è in grado di produrre circa il 35% - 40% di energia elettrica e il 50% di energia termica, con solo il 10% - 15% di perdite. A titolo di paragone, altri sistemi (come le turbine a gas o le turbine a vapore) sono altrettanto efficienti ma con una percentuale di produzione elettrica minore, a vantaggio della produzione di calore causata dal vapore. Il sistema a combustione magra utilizzato dal motore, unito ad un'efficace catalizzazione, contribuisce alla bassa emissione di gas inquinanti, previste per altro dalle recenti normative europee, sempre più restrittive in questo senso. Per fare un esempio, un impianto di cogenerazione a metano permette un risparmio di anidride carbonica pari a circa 500 g/KWh rispetto alla produzione separata di energia elettrica (centrale termoelettrica) e riscaldamento (caldaia tradizionale). 

Un sistema a cogenerazione basato su motore endotermico può essere posizionato internamente, nello stesso locale caldaie, oppure anche esternamente, in un apposito container insonorizzato. La scelta dipende dagli spazi che si hanno a disposizione ma anche di scelte relative all'impatto visivo e acustico oltre che di sicurezza e di facilità di manutenzione. Date le dimensioni e caratteristiche del sistema, un impianto di questo tipo può essere utilizzato all'interno di condomini, ospedali, alberghi, comunità, oltre che nella piccola e media industria, laddove vi sia una forte richiesta non solo di elettricità ma anche di acqua per uso industriale. Nonostante sia possibile alimentare un motore di questo tipo con vari carburanti, è innegabile che il metano è la scelta più probabile, vista la disponibilità stabile di combustibile e la diffusione capillare della rete distributiva.

Scendendo più in dettaglio, un impianto di cogenerazione è costituito da 4 elementi collegati tra loro: il motore primario, il generatore elettrico, il sistema di recupero termico e le interconnessioni elettriche. Nel caso venga usato un motore a combustione interna, questo è usato per convertire l'energia del combustibile in energia meccanica; il generatore collegato la converte in energia elettrica mentre il terzo componente, il sistema di recupero termico, raccoglie l'energia termica dispersa e la converte in calore utilizzabile. Per finire, il quadro di connessione elettrico, collegato sia alla rete interna che alla rete nazionale, provvede alla distribuzione.

Da questa breve descrizione si può capire come la produzione di calore generata dal sistema di recupero sia in pratica gratuita, visto che corrisponde ad uno scarto derivato dalla produzione di energia elettrica e termica. Da non sottovalutare è poi la possibilità che ha il gruppo di cogenerazione di essere utilizzato anche come sistema di emergenza, come potrebbe fare un gruppo elettrogeno. In effetti, un impianto di questo tipo permette di differenziare la produzione termica e l'approvvigionamento elettrico: anche per questo la cogenerazione beneficia dei titoli di efficienza energetica (o certificati bianchi) che attestano il conseguimento di un risparmio energetico di energia primaria.

Credi che possa essere utile introdurre nelle scuole superiori una materia che si chiamerebbe "Educazione al Risparmio Energetico" al fine di informare i ragazzi in merito all'uso consapevole e responsabile anche dell'energia prodotta da fonti rinnovabili?