Cogenerazione

DEFINIZIONE

La cogenerazione, nota anche come CHP (Combined Heat and Power), è la produzione congiunta e contemporanea di energia elettrica (o meccanica) e calore utile a partire da una singola fonte energetica, attuata in un unico sistema integrato. La cogenerazione, utilizzando il medesimo combustibile per due utilizzi differenti, mira ad un più efficiente utilizzo dell’energia primaria, con relativi risparmi economici soprattutto nei processi produttivi laddove esista una forte contemporaneità tra prelievi elettrici e prelievi termici.
Generalmente i sistemi CHP sono formati da un motore primario, un generatore, un sistema di recupero termico ed interconnessioni elettriche.
Il motore primario è un qualunque motore 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 contenuta negli scarichi del motore primario, in energia termica utilizzabile.
La produzione combinata può incrementare l’efficienza di utilizzo del combustibile fossile fino ad oltre l’80%; a ciò corrispondono minori costi e minori emissioni di inquinanti e di gas ad effetto serra, rispetto alla produzione separata di elettricità e di calore.
Rispetto alle centrali elettriche, la cogenerazione ha natura distribuita e si realizza mediante piccoli impianti che sono in grado di generare calore ed elettricità per grandi strutture (es. ospedali, alberghi ecc.) o piccoli centri urbani. La combustione nelle piccole centrali a cogenerazione raggiunge risparmi fino al 40% nell’utilizzo delle fonti primarie di energia.
La seguente figura 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.

Produzione Separata

Produzione in Cogenerazione

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 CHP 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.

Cos’è l’efficienza di un impianto di cogenerazione

L’efficienza rappresenta il principale beneficio dei sistemi CHP rispetto agli altri sistemi.
L’EPA (Environmental Protection Agency) definisce efficienza semplice di un singolo impianto il rapporto tra l’output elettrico netto e la quantità di combustibile consumato.
Altro parametro per misurare l’efficienza semplice di un impianto è la quantità di calore, definito come il rapporto tra i Btu di combustibile consumato e i kWh prodotti.
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.
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.

Tipologie di impianti cogenerativi

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 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;
• vapore surriscaldato per turbine a vapore e utenze.

In definitiva si ha produzione di energia elettrica attraverso l’alternatore accoppiato al turbogas ed eventualmente attraverso l’alternatore accoppiato al 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.

Vantaggi della cogenerazione

Il primo vantaggio della cogenerazione è evidentemente 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.
La cogenerazione consente di ottenere rendimenti di I Principio η=(Ee+Et)/Ec pari al 70-85%, valore notevole se confrontato col 50-60% degli impianti nuovi a ciclo combinato per la sola produzione di elettricità.
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.
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. Vi è uno spreco enorme nei R.S.U.: 300 kg/abitante-anno di R.S.U. e 450 kcal/abitante-anno, potenzialmente disponibili dal punto di vista termico, non vengono di fatto utilizzati.

Come promuovere la cogenerazione

Le proprietà particolari della cogenerazione, sia sotto il profilo energetico che ambientale, sono ormai 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 rendiemtno.
Il decreto conferma per la cogenerazione ad alto rendimento il regime di sostegno previsto dal decreto Bersani del ’99 n.79 che prevedeva per la cogenerazione sia la priorità di dispacciamento (vale a dire la precedenza accordata da parte di Terna Spa, 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 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. Attualmente uno dei sistemi allo studio per incentivare la cogenerazione ad alto rendimento 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 prevede, inoltre, 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. 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 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.