Sistemi di cogenerazione e trigenerazione: perché sono così importanti?

 

Sistemi di Cogenerazione e Trigenerazione

 

Un antico principio

Antoine Lavoisier affermava che al mondo nulla si crea, nulla si distrugge ma tutto si trasforma: un tipo di energia può trasformarsi dando origine ad altre. Il principio della cogenerazione nasce dall’esigenza di recuperare quanta più energia possibile derivante da processi di produzione primari, energia che altrimenti verrebbe perduta. Se si riflette su quanto oggi sia di fondamentale importanza un approccio green e sostenibile su più campi (industriale, civile, mobilità, ecc…) e di quanto si stiano impegnando molte nazioni per raggiungere i target dell’agenda al 2030 in fatto di emissioni di CO2, l’ambito della cogenerazione dovrà essere maggiormente sviluppato, migliorando sempre di più il rendimento degli impianti e limitando le perdite energetiche. Se vogliamo mettere a paragone il concetto di recupero dell’energia, una soluzione simile a quella della cogenerazione è quella applicata agli autoveicoli dotati di motori sovralimentati: i gas di scarico prodotti dal motore (che comunque andrebbero persi) vengono sfruttati attraverso il turbocompressore per produrre ulteriore energia. L’obiettivo è quello di sprecare il meno possibile evitando la libera dissipazione dell’energia apparentemente non utile, sfruttando anch’essa.

Produzione nella produzione

Cogenerazione significa generazione contemporanea di due forme di energia, nella maggior parte dei casi produzione combinata di elettricità e calore partendo dall’uso di un’energia primaria. Un impianto di cogenerazione è costituito da un motore primo, un generatore e un sistema di recupero del calore. Per azionare il generatore elettrico occorre un motore che sfrutti l’energia primaria, data ad esempio da un combustibile, che la converte in energia cinetica ed energia termica. Mentre l’energia cinetica viene spesa esclusivamente per l’azionamento del generatore, l’energia termica prodotta dal motore è usufruibile. Tramite l’impianto di recupero del calore, l’energia termica può essere utilizzata per vari scopi.

Sfruttare il calore disperso

Le più moderne centrali termoelettriche sono state progettate predisponendole alla cogenerazione. Il calore generato dai motori che generalmente sono alimentati da combustibile di vario tipo (fossile, biomassa o rifiuti) viene recuperato per la produzione di energia termica. Questa energia termica solitamente viene poi utilizzata in varie utenze industriali o civili.

La naturale evoluzione della cogenerazione è la trigenerazione (figura in basso). Questo sistema estende le potenzialità della cogenerazione poiché, partendo sempre da un’energia primaria, vi è un ulteriore passaggio che avviene parallelamente a quello del recupero termico: la produzione del freddo. La trigenerazione prevede quindi l’ottenimento di tre energie usufruibili ossia elettricità, calore e freddo con l’utilizzo di una sola energia primaria.

Il calore che raffredda

Sembra un controsenso ma sfruttando il calore generato dall’energia primaria è possibile, tramite impianti frigoriferi ad assorbimento, ottenere anche impianti di refrigerazione. Nei sistemi di trigenerazione, vi è l’accostamento di un ulteriore impianto che ottiene il freddo grazie a cicli di evaporazione e condensazione di miscele di fluidi refrigeranti e assorbenti. Acqua e bromuro di litio, così come ammoniaca e acqua sono le miscele utilizzate per ottenere rispettivamente temperature fino a 4 e -60 °C. Rispetto alla cogenerazione, la trigenerazione ha qualche vantaggio in più, poiché è in grado di rispondere meglio alle esigenze in base anche al clima così come al cambio di temperatura stagionale; un impianto di trigenerazione sarà molto più richiesto in un paese dal clima caldo piuttosto che un impianto di cogenerazione che genera soltanto energia termica.

Questione di rendimento

Consideriamo l’importanza della cogenerazione e trigenerazione anche dal punto di vista del rendimento. Se vogliamo paragonare i valori di performance accostandoli ad altri sistemi possiamo notare grandi differenze. I motori endotermici riescono a trasformare l’energia primaria in percentuali che variano dal 20 al 35%, l’energia residua viene dissipata in calore e attriti. Gli impianti di co-trigenerazione riescono a raggiungere anche l’80%, grazie al recupero della maggior parte dell’energia dissipata.

Questi valori si trasformano in numerosi benefici come la riduzione dei costi dell’energia primaria e un conseguente minor consumo (nell’ordine del 30-40% in meno), poiché per una quantità di energia primaria consumata si ottengono più tipologie di energia rispetto a un impianto normale. Inoltre meno consumo di energia significa meno emissioni con il risultato di un basso impatto ambientale.

Gli impianti di cogenerazione vengono classificati a seconda della potenza complessiva prodotta:

– micro cogenerazione <50 kW – solitamente per le utenze domestiche

– piccola cogenerazione < 1 MW – per industria, PMI, medie strutture

cogenerazione ad alto rendimento oltre 1 MW – per grande industria e utenze urbane

Pro e Contro di questo sistema

Non sono tutte rose e fiori però, infatti l’energia recuperata da un impianto di co-trigenerazione non è in grado di percorrere grandi distanze. La validità di questo sistema è tale soltanto se ogni utenza collegata all’impianto risulta a breve distanza, poiché in caso contrario interverrebbero tutta una serie di problematiche, rappresentate principalmente dalle perdite causate dalla lontananza dell’utenza.

La scelta di un impianto di questo tipo deve essere sempre effettuata in base alle reali necessità, per non incorrere in svantaggi anche economici per la sua realizzazione. Ad esempio, nel caso di micro cogenerazione ad uso domestico, spesso non si hanno valide motivazioni poiché, se è vero che il surplus di energia elettrica può essere reimmesso nella rete, non è così per l’energia termica. Per poterla accumulare occorre abbinare impianti aggiuntivi che potrebbero rappresentare costi non giustificabili.

Conclusioni

La diffusione dei sistemi di cogenerazione e trigenerazione è quindi ideale per l’industria e le PMI poiché può rappresentare un passaggio ulteriore verso la sostenibilità. Lo stesso discorso è estendibile agli edifici e le strutture pubbliche, le quali, come l’industria, necessitano di un flusso costante di energia. Nel prossimo futuro la diversificazione delle fonti sarà di vitale importanza, allestire una centrale termoelettrica non significa infatti continuare a utilizzare soltanto il petrolio e i suoi derivati ma anche gas naturale o biomasse.

 

 

 

 

Articolo scritto da Giardino delle Competenze
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