Cogenerazione
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Col termine cogenerazione si indica la produzione contemporanea di diverse forme di energia secondaria (energia elettrica ed energia termica) partendo da un'unica fonte (sia fossile che rinnovabile) attuata in un unico sistema integrato.
[modifica] Un esempio
Un esempio classico è dato dal funzionamento di un'automobile, la potenza prelevata dall'albero motore è usata per la trazione e la produzione di elettricità, il calore sottratto ai cilindri per il riscaldamento dell'abitacolo e la pressione dei gas di scarico per muovere la turbina di sovralimentazione. Lo sfruttamento di calore e pressione non comporta un aumento dei consumi poiché sono "scarti" del processo di conversione da energia chimica ad energia cinetica attuato dal motore.
Il loro sfruttamento consente a parità di energia immessa (il combustibile) una maggiore quantità di energia sfruttata (calore, movimento). Un sistema che opera la cogenerazione è il cosiddetto co-generatore.
[modifica] Gli inizi
Uno dei primi esempi di applicazione della cogenerazione in Italia è stato il TOTEM realizzato nel 1973 dall'ing. Palazzetti, del centro ricerche FIAT.
[modifica] Impieghi della cogenerazione
L'energia termica può essere utilizzata per uso industriale o condizionamento ambientale (riscaldamento, raffreddamento).
La cogenerazione viene realizzata in particolari centrali termoelettriche, dove si recuperano l'acqua calda o il vapore di processo e/o i fumi, prodotti da un motore primo alimentato a combustibile fossile (gas naturale, olio combustibile, biomasse, etc): si ottiene così un significativo risparmio di energia rispetto alla produzione separata dell'energia elettrica (tramite generazione in centrale elettrica) e dell'energia termica (tramite centrale termica tradizionale).
Un particolare campo dei sistemi di cogenerazione è quello della trigenerazione.
[modifica] Definizione di efficienza
L'efficienza può essere espressa in diversi modi, che non sempre portano a un corretto confronto tra i vari impianti. Si illustrano allora le definizioni adottate dall'Environmental Protection Agency (EPA).
L'efficienza di un processo semplice è il rapporto tra energia conservata, al termine del processo, ed energia immessa. Dato che i sistemi di cogenerazione producono sia elettricità, sia calore, la loro efficienza totale è data dalla somma dell'efficienza elettrica e dell'efficienza termica. Per esempio un impianto che utilizza 100 MWh di metano per produrre 40 MWh elettrici e 40 MWh termici ha un'efficienza elettrica e termica del 40% ed un'efficienza globale dell'80%. L'EPA usa preferibilmente un'altra definizione di efficienza nota come "efficacia nell'utilizzazione di combustibile", rapporto tra l'output elettrico netto e il consumo di combustibile netto (che non tiene conto del combustibile usato per produrre energia termica utilizzabile, calcolato assumendo un'efficienza specifica della caldaia dell'80%). Il reciproco di questo rapporto è la quantità netta di calore. Esistono anche altri indici di valutazione delle prestazioni di un impianto cogenerativo primo tra tutti è il cosiddetto IRE indice di risparmio energetico; tale indice è definito come il rapporto tra la differenza di potenze introdotte negli impianti singoli per la produzione di erg elettrica e termica separatamente meno quella introdotta nell'impianto cogenerativo fratto la potenza introdotta negli impianti separati essendo questa potenza valutata in termini di combustibile a parità di potenza elettrica e termica prodotta dai rispettivi impianti, tale indice da l'idea di quanta erg possa essere risparmiata con tali impianti; è possibile tramite semplici calcoli analitici dimostrare che tale indice è dipendente dai rendimenti di riferimento dei singoli impianti definiti questi ultimi come i rapporti risp tra le potenze elettrica su potenza introdotta e pot termica su pot introdotta, altri indici import sono l indice elettrico def come il rapporto tra la potenza elettrica prodotta e la potenza introdotta nell'impianto cogenerativo, il coefficiente di utilizzo inteso come somma dei rapporti tra la pot elettrica e la potenza introdotta e la pot termica e quella introdotta. Tutti questi coefficienti sono però relativi ad un determinato istante intervenendo in essi le potenze, e per questo tali indici sono utili a determinare i valori di targa dell'impianto vale a dire i valori di massime prestazioni di impianto. Molto spesso conviene riferirsi ad un periodo di tempo finito e valutare gli indici in tale periodo, ciò equivale a valutare gli indici in termini di rapporti energetici più che di potenze, tali valutazioni sono importanti perché permettono di stabilire se un dato progetto di impianto cogenerativo è conveniente realizzarlo in alcune zone piuttosto che in altre in funzione dei consumi energetici che in tali zone si hanno,infine l'indice di risparmio economico che è definito come il rapporto tra i costi che si avrebbero comprando energia dall'esterno meno i costi che si hanno comprando combustibile per alimentare l'impianto cogenerativo che si vuole costruire e che produce un uguale quantità di erg che si vuol comprare fratto il costo dell'energia che si vuol comprare, tale indice permette di valutare la convenienza economica che un simile progetto comporta, naturalmente una corretta e completa valutazione economica comporta un calcolo di spese per il mantenimento dell'impianto e relativi investimenti.
[modifica] Tipologie di impianti cogenerativi
Il più comune esempio di impianto cogenerativo è quello realizzato con turbogas/motore alternativo e caldaia a recupero. I fumi della turbogas o del motore alternativo vengono convogliati attraverso un condotto fumi nella caldaia a recupero. Il recupero può essere semplice, qualora non esista un postbruciatore, o un recupero con postcombustione in caso contrario. I fumi in caldaia permettono di produrre acqua calda, vapore saturo o vapore surriscaldato. Solitamente si utilizza acqua calda per scopi di riscaldamento, vapore saturo per utenze industriali e vapore surriscaldato per turbine a vapore e utenze. In definitiva si ha produzione di energia elettrica attraverso l'alternatore accoppiato alla turbogas ed eventualmente attraverso l'alternatore accoppiato alla turbovapore e produzione di energia termica sotto forma di vapore, sfruttato poi dalle utenze connesse. In presenza di turbovapore si ottiene un ciclo combinato in cui la dispersione energetica è minima e consiste in maggior parte nel calore buttato in atmosfera dai fumi in uscita dalla caldaia a recupero.per quanto riguarda il fluido evolvente esso e generalmente l acqua che generalmente raggiunge in molti casi lo stato di vapore surriscaldato ma in alcuni casi puo assumere temperature non sufficientemente alte e c e bisogno di scambiatori di calore intermedi per aumentarne la temperatura ,piu raramente il fluido evolvente e l'aria che presenta pero il difetto di avere un coefficiente di scambio termico convettivo troppo basso e quindi sono richieste superfici di scambio termico ben piu elevate. Per quanto riguarda i motori a combustione interna,generalmente solo il 33% dell erg termica totalmente disponibile viene trasformata in erg meccanica il resto e in parte perduta causa irreversibilita presenti nel motore pari ad un altro33% dell erg totale ed infine l ultimo 33% viene emesssa nell ambiente esterno sotto forma di erg termica che va in definitiva perduta.per recuperare tale calore altrimenti perduto si utilizzano diversi scambiatori di calore:un primo scambiatore che permette il raffreddamento dell'olio lubrificante, è disponibile a bassa temperatura (non oltre gli 80°C),un altro scambiatore per il raffreddamento dell acqua destinata a refrigerare il motore stesso,ed infine un ultimo scambiatore posto allo scarico del motore che permette di innnazare di molto la temperatura del fluido di scambio termico generalmente come e stato detto acqua che per questo ulteriore scambio termico arriva allo stato di vapore surriscaldato ,Attraverso tali impianti e possibile produrre erg elettrica o termica. A parte il costo degli scambiatori questo non costituisce una complicazione eccessiva di impianto perche tali motori hanno bisogno per funzionare comunque di un sistema di raffreddamento altrimenti si rischia il surriscaldamento del motore stesso.
Infine, fluidi evolventi particolarmente usati sono gli olii diatermici derivati dal petrolio, che hanno la caratteristica di mantenersi liquidi a pressione atmosferica fino a temperature di 300° celsius, ed hanno un punto di solidificazione molto inferiore rispetto all'acqua, cosa che impedisce che gelino nelle condotte.
[modifica] Microcogenerazione
La cogenerazione con potenza elettrica inferiore ad 1MW si definisce microcogenerazione, e viene effettuata tramite motori alternativi a combustione interna, microturbine a gas o motori a ciclo Stirling.
[modifica] I vantaggi della Microcogenerazione
in estrema sintesi i vantaggi della microcogenerzione sono:
- risparmiare energia primaria, nell'ordine del 35-40%, diminuendo i costi energetici. Il risparmio energetico, in un paese come l'Italia, grande importatore di energia, la prima fonte strategica di approvvigionamento;
- salvaguardare l'ambiente, emettendo in atmosfera oltre un milione di tonnellate di anidride carbonica in meno; {Carm87 (msg) 09:00, 10 mag 2008 (CEST)qui andrebbe specificato a chi è riferito questo dato, esempio "...1000000 t di CO2 per le utenze civili italiane}
- zero perdite di distribuzione calore (utilizzato in loco);{Carm87 (msg) 09:00, 10 mag 2008 (CEST) zero è un po poco}
- zero perdite di distribuzione nell'energia elettrica (riversata direttamente nelle linee a Bassa Tensione); {Carm87 (msg) 09:00, 10 mag 2008 (CEST)come sopra}
- limitazione delle cadute di tensione sulle linee finali di utenza;
- nessuna necessità di costruire grandi locali appositi;
- limitazione della posa di linee elettriche interrate o tralicci, a parità di risultati.{Carm87 (msg) 09:00, 10 mag 2008 (CEST)questo non lo considero vero inquanto la cogenerazione funziuona sul serio se sia "elettrico a seguire" ovvero se ogni utenza possa produrra in base alla richiesta termica e riversare l'eccedenza elettrica sulla rete, questo è possibile solo se la rete di distribuzione (oggi prettamente radiale) viene magliata, ovvero vengono realizzati nuove interconnessioni}
[modifica] La trigenerazione
La trigenerazione implica la produzione contemporanea di energia meccanica (elettricità), calore e freddo utilizzando un solo combustibile. Le tradizionali centrali termoelettriche convertono soltanto 1/3 dell’energia del combustibile in elettricità, il resto, vine perso sotto forma di calore. Ne consegue l’esigenza di incrementare l’efficienza della produzione elettrica. Un metodo che va in questa direzione è la produzione combinata di calore ed elettricità (C.H.P.) dove più di 4/5 dell’energia del combustibile è convertita in energia utilizzabile, con benefici sia finanziari che economici.
[modifica] I sistemi di trigenerazione
I sistemi di co-trigenerazione possono essere studiati e prodotti per funzionare con qualsiasi fonte primaria di calore Questi sistemi oggi sono tecnicamente maturi ed economicamente convenienti per poter essere adottati diffusamente, tra le molteplici configurazioni possibili citiamo:
- Sistemi di cogenerazione con combustibili fossili
- Sistemi di trigenerazione con combustibili fossili
- Co-trigenerazione con sistemi termosolari
- Co-trigenerazione con biogas
- Sistemi ibridi di cogenerazione e trigenerazione
[modifica] Voci correlate
- Microcogenerazione
- Trigenerazione
- Energia rinnovabile
- Federazione italiana per l'uso Razionale dell'Energia (FIRE)
- Associazione Italiana per la promozione della Cogenerazione (ASCOMAC COGENA)
