La cogenerazione: introduzione e concetti di base

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1 La cogenerazione: introduzione e concetti di base convegno nazionale 8a edizione POLYGEN COGENERAZIONE DIFFUSA E TRIGENERAZIONE: La cogenerazione: inquadramento e stato dell arte, Dipartimento di Ingegneria, Presidente SC 04 "Sistemi e macchine per la di energia Comitato Termotecnico Italiano Fiera di Verona, 10 maggio La cogenerazione combinata, in un unico processo, di energia elettrica/meccanica e Cogenerazione topping o bottoming TOPPING BOTTOMING combustibile combustibile combustibile SISTEMA COGENERATIVO energia elettrica energia meccanica??? autoconsumo AT/MT/BT immissione in rete AT/MT/BT CICLO MOTORE scaricato elettricità COMBUSTORE scaricato ad alta T energia termica per usi civili/terziari (riscaldamento, condizionamento, acqua sanitaria) RECUPERO a bassa T CICLO MOTORE elettricità di scarto per usi industriali (sia che freddo per il processo produttivo) di scarto di scarto 3 4 E c SISTEMA COGENERATIVO tot = Prestazioni di un cogeneratore E t E e Ee + Et U = = Ec Ee e = Ec E t t = E e + c t rendimento elettrico rendimento termico rendimento totale o coefficiente di utilizzo del combustibile 5 Coefficiente di utilizzo del combustibile Se calcolato con riferimento al potere calorifico inferiore (PCI) il limite superiore non è 100% Combustibile PCS PCI PCS/PCI idrogeno % metanolo % gas naturale % gpl % gasolio % carbone (antracite) % olio vegetale (colza) % biodiesel % olio vegetale (palma) % olio combustibile % olio vegetale (soia) % biogas % gas d'altoforno % [valori di PCI e PCS in kj/kg] PCS U < PCI

2 Prestazioni di un cogeneratore Prestazioni di un cogeneratore Primo principio termodinamica CALORE = LAVORO Secondo principio termodinamica CALORE LAVORO 1 kj di ACQUA CALDA 1 kj di VAPORE 1 kj di ELETTRICITA Rendimento di primo principio utile I =U = energia immessa con il combustibile Rendimento di secondo principio utile pesata "termdinamicamente" II = energia immessa con il combustibile 7 8 Confronto con la separata COGENERAZIONE E c SISTEMA COGENERATIVO E t E e E cse CENTRALE ELETTRICA PRODUZIONE SEPARATA E cs =E cse +E cst es E cst CALDAIA ts Ubicazione del cogeneratore I combustibili sono una fonte energetica trasportabile (anche se in taluni casi questo può risultare economicamente e/o energeticamente non conveniente) L elettricità è un vettore energetico trasportabile Il non è trasportabile (se non a brevi distanze) E e E t Ecs Ec IRE = PES = E cs Ec = 1 Ee Et + es ts 1 = 1 e t + es ts IL COGENERATORE DEVE ESSERE UBICATO PRESSO L'UTENZA TERMICA 9 10 Definizioni di generazione distribuita e di piccola e micro generazione I numeri italiani della elettrica (2010) Disponibilità per il consumo = GWh Generazione distribuita: insieme degli impianti di generazione di potenza nominale inferiore ai 10 MVA (Delibera AEEG 328/07) (87 %) importazioni (13 %) Impianto di piccola/micro generazione un impianto per la di energia elettrica, anche in assetto cogenerativo, con capacità di generazione non superiore a 1 MW o a kw (D.Lgs.n 20 del 8/2/2007) termoelettrica (78 %) altro (22 %) solo elettrica (52 %) cogenerazione (48 %) 11 12

3 Sezioni, potenza e impianti di cogenerazione Sezioni, potenza e impianti di cogenerazione GD T Sezioni, potenza e impianti di cogenerazione PG Produzione elettrica e termica e indice elettrico degli impianti di cogenerazione in funzione della tecnologia utilizzata (dati AEEG, anno 2010) Sezioni, potenza e impianti di cogenerazione Energia prodotta riconosciuta CAR e relativa potenza installata (Relazione cogenerazione MSE) potenza installata (MWe) potenza elettrica installata termica elettrica 45 (TWh) anno

4 Energia prodotta riconosciuta CAR e relativa potenza installata (Relazione cogenerazione MSE) Risparmio di energia primaria conseguito con la CAR rispetto alla separata (Relazione cogenerazione MSE) potenza installata (MWe) potenza elettrica installata termica elettrica 45 (TWh) anno 21 Le applicazioni della cogenerazione Tabella Potenza elettrica installata per settore di attività (dati GSE, anno 2006) Potenza elettrica installata per settore di attività (dati GSE, anno 2006) Attività taglia media (MWe) Potenza installata (MWe) Industria chimica e petrolchimica Raffinazione petrolio Industria cartaria Industria siderurgica Industria alimentare Industria automobilistica Industria ceramica Riscaldamento e teleriscaldamento 12.5 Impianti sportivi, alberghi e ristoranti 0.1 Commercio 0.5 Ospedali 1 Case di riposo e simili 1.5 Concerie 2.0 Industria tessile, gomma e plastiche 3.0 Industria elettronica 9.0 Trasporti aerei Le tecnologie per la cogenerazione Le tecnologie di generazione elettrica Rendimento elettrico % Mot. Cicli ibridi con FC + turbina a gas Celle a combustibile PEM SOFC PAFC MCFC TV TG AD Cicli combinati TG HD USC e IGCC Le tecnologie di generazione elettrica Rendimento elettrico % Mot. Cicli ibridi con FC + turbina a gas Celle a combustibile PEM SOFC PAFC MCFC TV TG AD Cicli combinati TG HD USC e IGCC 10 TPV Micro-turbine a gas 10 TPV Micro-turbine a gas Taglia impianto [kw] Taglia impianto [kw]

5 Confronto tra le tecnologie di piccola cogenerazione Rendimento elettrico % % 30% 20% 10% MTG 0% Taglia di potenza elettrica [kw] Rendimento termico 100% 80% 60% % 20% MTG 0% Taglia di potenza elettrica [kw] Rendimento termico [%] Potenzialità delle tecnologie di cogenerazione fino a 100 kw e = 75 % U 60 U = 100 % C = 0.25 C = 0. C = 0.75 C = 1.00 MTG Rendimento elettrico [%] Coefficiente di utilizzo del combustibile U con pompa di Coefficiente di utilizzo del combustibile U con pompa di Heat pump E e,t COP E t = COP E e,t p = E e,u = C E t 0.75 E e = p e E c Ee,U + Et pe U = = COP 1 E 1+ COP C c ( + C) Coefficiente di utilizzo del combustibile U con pompa di Coefficiente di utilizzo del combustibile U con pompa di p = p =

6 Grazie per l attenzionel pier.ruggero.spina@unife.it