IL PRESENTE DELLA COGENERAZIONE

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1 Confidustria punta anche sulla cogenerazione e microcogenerazione applicata, infatti in collaborazione con AIMB - Associazione Industriali Monza e Brianza e Energy-Lab di Monza, ha realizzato Guida alla micro-cogenerazione: efficienza energetica e benefici ambientali con la produzione elettrica distribuita da cui sono tratti gli spunti che riportiamo in questo articolo di approfondimento sul tema. 62 IL PRESENTE DELLA COGENERAZIONE di Anna Tea Sangalli A destra e nell altra pagina: nuova applicazione nel condominio Il Campo a Ferrara, dove una unità da 15kW elettrici e 30 kw termici gestisce la produzione centralizzata di acqua calda sanitaria ed acqua tecnica per il riscaldamento sotto pavimento di 19 appartamenti (fonte: Tecnocasa Climatizzazione)

2 La cogenerazione è una tecnologia ormai consolidata, in grado di realizzare la produzione combinata, in un unico processo e direttamente presso il sito dell utente, di energia elettrica e calore (ed eventualmente anche freddo, nel qual caso si parla più correttamente di trigenerazione) per usi sia industriali che civili. È ormai certo, quindi, che la la microcogenerazione è una di quelle tecnologie che possono dare la scossa all economia italiana, aiutando le imprese a competere nel mercato globale e valorizzando allo stesso tempo ricerca, innovazione ed efficienza energetica., applicata al residenziale. La Direttiva È di recente emanazione la Direttiva 2012/27/UE del Parlamento Europeo e del Consiglio del 25 ottobre 2012 sull efficienza energetica, che modifica le direttive 2009/125/CE e 2010/30/UE e abroga le direttive 2004/8/CE e 2006/32/CE, pubblicata in Gazzetta il 14/11/2012, oltre a spingere sulla riqualificazione energetica attraverso Energy Auditor qualificati, all articolo 12 cita: Al fine di cogliere tutte le potenzialità di risparmio energetico esistenti, è necessario adottare un approccio integrato che includa i risparmi nell approvvigionamento energetico e i settori d uso finale. Nel contempo è opportuno rafforzare le disposizioni della direttiva 2004/8/CE del Parlamento europeo e del Consiglio, dell 11 febbraio 2004, sulla promozione della cogenerazione basata su una domanda di calore utile nel mercato interno dell energia e della direttiva 2006/32/CE. All articolo 35 si parla di cogenerazione ad alto rendimento, teleriscaldamento e teleraffreddamento come tecnologie che presentano significative possibilità di risparmio di energia primaria che sono largamente inutilizzate nell Unione. Si ritiene opportuno che gli Stati membri effettuino una valutazione globale del potenziale della cogenerazione ad alto rendimento e del teleriscaldamento e teleraffreddamento. Tali valutazioni dovrebbero essere aggiornate, su richiesta della Commissione, per fornire agli investitori informazioni relative ai piani nazionali di sviluppo e contribuire a creare un contesto stabile e favorevole agli investimenti. Per aumentare la trasparenza affinché i clienti finali siano in grado di scegliere fra l energia elettrica da cogenerazione e l energia elettrica prodotta con altre tecniche, sarà necessario garantire l origine della cogenerazione ad alto rendimento sulla base di valori di riferimento armonizzati in materia di rendimento. I regimi di garanzia di origine non implicano di per sé il diritto di beneficiare di meccanismi di sostegno nazionali. È importante che la garanzia di origine possa coprire tutte le forme di energia elettrica prodotta mediante cogenerazione ad alto rendimento. Le garanzie di origine dovrebbero essere distinte da certificati scambiabili (articolo 39). L articolo 37 auspica che gli Stati membri incoraggino l introduzione di misure e procedure volte a promuovere gli impianti di cogenerazione con una potenza termica nominale totale inferiore a 20 MW per promuovere la produzione distribuita di energia, anche per-

3 64 Schema tratto da Confiindustria Guida alla micro-cogenerazione: efficienza energetica e benefici ambientali con la produzione elettrica distribuita. ché la struttura specifica dei settori della cogenerazione e del teleriscaldamento e teleraffreddamento, comprendono molti produttori di piccole e medie dimensioni, ed è quindi necessario in sede di revisione delle procedure amministrative per ottenere l autorizzazione a sviluppare capacità di cogenerazione o reti associate, in applicazione del principio «innanzitutto pensare piccolo» («Think Small First»). La tecnologia La cogenerazione consiste in una produzione interconnessa in cascata di elettricità e di calore/freddo per usi di processo o condizionamento ambientale, partendo dalla medesima energia chimica contenuta nel combustibile utilizzato (di solito gas naturale). Dal suo utilizzo ne consegue un uso più efficiente e con meno sprechi della medesima risorsa combustibile, in prospettiva sempre più scarsa in natura e a costi crescenti nel tempo. Un impianto convenzionale che produce energia elettrica ha un rendimento del motore primo che trascina l alternatore pari a circa il 35-40% dell energia del combustibile utilizzato, mentre il restante 60-65% viene disperso nell ambiente sotto forma di calore, tenendo conto di tutte le dissipazioni e dispersioni presenti in tale processo, dalla generazione sino alla distribuzione a mezzo elettrodotto all utente finale. Con un impianto di cogenerazione, invece, il calore prodotto dalla combustione nel motore primo non viene disperso nell ambiente, bensì recuperato per altri utilizzi e tipicamente soddisfa le esigenze termiche delle utenze collegate all impianto stesso (vapore, olio diatermico, acqua calda). In questo modo la cogenerazione permette di raggiungere il massimo utilizzo del combustibile, con recupero di un rendimento complessivo superiore all 80 85% (il che significa minimizzare lo spreco di energia pregiata contenuta nel combustibile). Un esempio pratico Per esempio per il soddisfacimento di un consumo di kw elettrici e termici da parte di un ipotetico utente industriale, ipotizzando un rendimento del sistema elettrico complessivo del 40% e della caldaia generatrice dell 80%, il soddisfacimento dell esigenza energetica dell utente finale di kw elettrici kw termici comporta un utilizzo di energia primaria sotto forma di combustibile pari a kw. Come si nota, l utilizzo della cogenerazione, che tipicamente prevede un rendimento del motore elettrico del 40% per un recupero termico di pari efficienza, permette una produzione degli stessi kw elettrici e termici presso l utente finale con un consumo di energia primaria sotto forma di combustibile pari a soli kw, garantendo un cospicuo risparmio di quest ultimo, circa il 33% di quanto richiesto nel caso precedente. Pur avendo esemplificato in questi due esempi schematici il concetto tecnico alla base della cogenerazione, appare evidente come essa comporti un più razionale utilizzo del combustibile primario attraverso il recupero efficiente di un contenuto termico dei fumi di scarico del motore primo che, viceversa, va del tutto disperso nel caso di una produzione elettrica e termica separata. Vantaggi economici e operativi Con la cogenerazione si sfrutta meglio l energia contenuta nel combustibile, ovvero a parità di energia utile prodotta, si consuma meno combustibile. Inoltre la cogenerazione consente la riduzione dei costi di gestione degli impianti di produzione dell energia, limitando le perdite di impianto, e soprattutto, permette di avere costi di produzione altamente competitivi, a partire dalle fasce orarie tariffarie a

4 IL PARERE DI Microcogenerazione affidabile e consolidata Abbiamo intervistato l Ing. Jacopo Criscuolo, MCHP Technology Manager di Tecnocasa Climatizzazione. Edifici a energia quasi zero dal 2021 (dal 2016 in Lombardia), tecnologie mature, ma incentivi altalenanti e regole e poco chiare: come vede il futuro della cogenerazione? Nello scenario energetico attuale, la microcogenerazione è una tecnologia matura, affidabile e consolidata che consente e una riduzione del fabbisogno di energia primaria di un edificio. Pur essendo il quadro normativo ancora complesso, le installazioni di cogeneratori di piccola taglia (sotto ai 20 kw elettrici) si stanno moltiplicando. Alcune regioni, come l Emilia Romagna, sono più virtuose e consentono di rendere simili i benefici prodotti da un teleriscaldamento (che di solito è realizzato con cogeneratori di grossa taglia) a quelli di un microcogeneratore direttamente installato presso l utenza. Una maggiore incentivazione, sotto forma di semplificazione normativa e agevolazioni fiscali, sarebbe auspicabile per garantire una maggiore diffusione su tutto il territorio. Può essere una tecnologia da proporre anche nella valorizzazione dell esistente? Sicuramente la micro cogenerazione è una delle tecnologie più adatte nel percorso di aumento di efficienza di impianti i esistenti. Non dobbiamo dimenticare che il parco edifici italiano è pieno di costruzioni da riqualificare. Tutta l edilizia residenziale degli anni 50, 60 e 70 del secolo scorso è potenzialmente adatta ad essere asservita da impianti di micro cogenerazione centralizzati. La flessibilità dei prodotti consente infatti di riutilizzare gli elementi radianti esistenti e di ridurre al minimo gli interventi invasivi negli appartamenti. È ovvio che la sola sostituzione del generatore di calore con un microcogeneratore, pur migliorando le cose, non riduce l energia persa dall edificio. Sarebbe pertanto opportuno combinare questa sostituzione con il miglioramento della struttura, sostituendo le finestre ed installando i cappotti isolanti, di fatto così riqualificando sia il processo di trasformazione dell energia che le performance dell edificio stesso. MCHP E XRGI La gamma presentata dalla nostra azienda si articola su un range di potenze compreso tra 6 kw e 20 kw elettrici. I più piccoli sono adatti sia ad esigenze di unità abitativa singola (villa con piscina) che di piccoli condomini (da 6 a 15 appartamenti di nuova costruzione). I più grandi invece, avendo la possibilità di portare l acqua fino ad 85 C, sono adatti a rifacimenti di impianti esistenti, piccoli alberghi, centri sportivi e condomini di dimensioni maggiori (da 15 a 40 appartamenti). Un esempio di nuova applicazione è il condominio Il Campo a Ferrara, dove una unità da 15kW elettrici e 30 kw termici gestisce la produzione centralizzata di acqua calda sanitaria ed acqua tecnica per il riscaldamento sotto pavimento di 19 appartamenti di nuova realizzazione, con dimensione compresa tra 40 e 100 m2. In appoggio al micro cogeneratore è installata una pompa di calore elettrica da 50 kw. Per quanto concerne i rifacimenti, uno degli interventi che abbiamo realizzato è presso l hotel Le rose di Rimini, ove tre unità da 6kW elettrici e 12 kw termici, sono state installate in appoggio alla caldaia esistente, consentendone lo spegnimento nei periodi di bassa stagione e realizzando il mantenimento invernale della struttura alberghiera. maggior costo elettrico unitario. Questa tecnologia consente maggiore flessibilità operativa e riduzione del rischio black-out, con in più garanzie della qualità della fornitura che in taluni casi (processi critici e/o continui) può diventare indispensabile. Vantaggi ambientali La riduzione dell utilizzo percentuale di combustibili fossili per esigenze di riscaldamento e la diminuzione dell emissione di CO2, responsabile primaria dell effetto serra, comporta una diminuzione dei costi sociali dell inquinamento e consente di adempiere alle prescrizioni previste dal Protocollo di Kyoto. La cogenerazione consente un utilizzo più efficiente delle risorse energetiche tradizionali (petrolio, carbone, gas naturale), riducendo gli sprechi, grazie anche alle minori perdite di trasmissione e distribuzione elettrica conseguente alla localizzazione dell impianto in diretta prossimità dell utenza. Vantaggi finanziari Con l attuazione della Direttiva 2012/27/UE, la cogenerazione beneficia di semplificazioni amministrative e di nuovi criteri in base ai quali vengono rilasciati i titoli di efficienza energetica. Come ulteriore vantaggio finanziario della cogenerazione, si deve tener conto dell opportunità di realizzare un impianto con ridotti tempi di rientro del capitale investito, anche grazie alla normativa che consente una defiscalizzazione del gas naturale usato come combustibile per la cogenerazione. Un impianto cogenerativo correttamente dimensionato consente risparmi energetici dell ordine del 20-30% e un pay-back dell investimento intorno ai mesi. Come valutare la scelta Il punto di partenza per uno studio di ottimizzazione energetica attraverso la cogenerazione è comprendere che il limite principale di tale tecnologia riguarda

5 66 soprattutto la corrispondenza tra produzione e domanda di energia elettrica e termica; non serve a molto ottenere alti rendimenti complessivi se poi non si può razionalmente utilizzare tutta l energia prodotta. Le utenze civili e industriali assorbono l energia elettrica e termica con leggi sostanzialmente indipendenti e, considerando che l elettricità non è praticamente accumulabile ed il calore lo è solo per brevi periodi, la cogenerazione è proponibile e conveniente quando le domande di energia elettrica e termica sono compatibili e usufruibili contemporaneamente nel tempo. L ottimizzazione energetica ed economica della fornitura di energia attraverso l impianto di cogenerazione è realizzabile: analizzando la logica di funzionamento del sistema energetico in modo tale da proporre eventuali modifiche volte a incrementare il rendimento energetico dell impianto; scegliendo la configurazione ottimale di funzionamento dei cogeneratori, ovvero comprendere quando dal punto di vista economico ed energetico risulta conveniente produrre; ricercando nuovi fornitori di energia e combustibile. Il mercato libero, infatti, consente di perseguire notevoli risparmi attraverso la ricerca della migliore offerta. La convenienza tecnico-economica nella gestione di un impianto di cogenerazione è un problema complesso, a causa dell elevato numero di variabili in gioco. Lo studio di ottimizzazione di un impianto di cogenerazione richiede la conoscenza e la valutazione di molti parametri e grandezze che spaziano da quelli tecnici e termodinamici a quelli economici e tariffari. A meno di situazioni particolarmente sfavorevoli, l autoproduzione di elettricità, accompagnata dall utilizzo del calore prodotto, consente di ottenere apprezzabili vantaggi. Vediamo ora quali sono i passi da effettuare per lo studio di ottimizzazione dell impianto cogeneratore. Quantificare i benefici Da un punto di vista concettuale, le tappe da percorrere per arrivare a una realistica quantificazione dei benefici economici ed energetici prodotti da un impianto di cogenerazione sono: Studio del sistema energetico dell utenza. Definizione dei consumi elettrici e termici orari, specificando le temperature di esercizio richieste. È estremamente importante conoscere la tipologia di calore da utilizzare: la cogenerazione difficilmente produce calore superiore ai C. La funzione più classica della cogenerazione, quella che consente un maggiore recupero, è quella che privilegia recuperi termici a bassa temperatura (ciò è vero soprattutto per il motore endotermico). Valutazione oraria della effettiva contemporaneità di utilizzo di energia elettrica e calore/freddo, a causa della contemporaneità di produzione delle due fonti. Poiché nella cogenerazione elettricità e calore sono contemporaneamente prodotti e, dato che il calore è difficilmente stoccabile, la cogenerazione è tanto più efficiente quanto più le esigenze elettriche e termiche dell utente si presentano congiunte, nel medesimo istante (diversamente, la cogenerazione non potrebbe garantire i medesimi benefici economici ed energetici). Valutazione della tecnologia di cogenerazione da adottare. Tale scelta è direttamente correlata all analisi del rapporto elettricità-calore che si desidera ottenere. Generalmente è opportuno evitare una cogenerazione con sovrapproduzione di calore rispetto alle reali necessità aziendali. È anzi opportuno dimensionare l impianto cogenerativo in base alla potenza termica richiesta, al fine di evitare lo spreco di calore. In funzione della scelta termica, è poi possibile determinare l output elettrico il quale può essere insufficiente o esuberante a coprire il fabbisogno. Di conseguenza, se insufficiente, è il parallelo con la rete elet- trica che garantirà il fabbisogno dell utenza, mentre se esuberante, vi sarà una cessione strutturale di energia all esterno che deve essere attentamente valutata (le cessioni elettriche nelle ore vuote notturne o festive sono critiche, in quanto poco valorizzate dal mercato). Determinazione degli spazi di installazione dell impianto. L utente deve essere disposto a privarsi di una quota parte delle proprie aree interne

6 IL PARERE DI Cogenerazione per valorizzare l esistente Abbiamo intervistato Luca Invernizzi, Direttore Commerciale di Spark Energy. Edifici a energia quasi zero dal 2021 (dal 2016 in Lombardia), tecnologie mature, ma incentivi altalenanti e regole poco chiare: come vede il futuro della cogenerazione? Già nel 1977 la FIAT ha brevettato il TOTEM, il primo microcogeneratore alimentato a gas metano, oggi dopo più di 30 anni ritorniamo a parlare di cogenerazione, efficienza energetica e di energia distribuita, forse all ora i tempi non erano maturi dal punto di vista tecnologico e normativo. Oggi dal punto di vista tecnologico l introduzione dell elettronica ha consentito agli impianti di generazione distribuita di incrementare incredibilmente l efficienza e, soprattutto, l affidabilità; grazie alla spinta della Comunità Europea, ci troviamo a lavorare con un quadro normativo non chiaro, non certo entusiasmante, ma quantomeno non ostile alla diffusione della cogenerazione. Direi che la strada che si sta percorrendo porterà ad un incremento dell utilizzo della cogenerazione sia in ambito industriale, che in ambito civile; guardando al percorso intrapreso dalla Germania, che si è sempre dimostrata estremamente avanzata dal punto di vista delle normative a favore dell energia rinnovabile e dell efficienza energetica, vediamo investimenti importanti nel eolico rima, nel fotovoltaico poco dopo, negli impianti a biogas poi per sbloccare l incentivazione sulla micro-cogenerazione nel 2013 decretando un incremento sensibile dei cogeneratori e dei microcogeneratori; l Italia sta seguendo lo stesso processo abbiamo solo qualche anno di ritardo. Ormai è qualche tempo che ci si aspetta una modifica normativa che consenta la diffusione delle macchine di cogenerazione alle realtà condominiali, a oggi escluse dai benefici della cogenerazione in quando la normativa non consente al singolo condomino l utilizzo dell energia elettrica prodotta dall impianto condominiale. MICROSPARK, BLUESPARK E BIOSPARK Vuole descrivere i prodotti/tecnologie della Vostra azienda specifici per la cogenerazione o microcogenerazione, indicando possibilmente un applicazione sul nuovo e una sull esistente? Spark Energy ha la gamma di cogeneratori più ampia sul mercato, dai micro-cogeneratori alimentati a gas fino alle centrali di cogenerazione, l offerta Spark Energy è suddivisa in 3 gamme prodotti: microspark macchine di cogenerazione alimetate a gas metano o GPL con potenze elettriche comprese tra i 5 kwe e i 50 kwe; ideali per installazioni residenziali, terziario e piccolo industriale; bluespark macchina di cogenerazione alimentate a gas naturale con potenze elettriche comprese tra i 60 kwe e i kwe, ideali per impianti in grandi realtà residenziali, per applicazioni industriali e terziari; biospark: macchina di cogenerazione alimentate a biogas con potenze elettriche comprese tra i 65 kwe e i kwe, ideali per il mercato della zootecnica, dell industria agrozootecnica ed agroalimentare e per le discariche. Due esempi interessanti, uno nell area del gas metano e l altro biogas. L impianto di trigenerazione della potenza di 600kWe installato presso il centro commerciale Continente di Mapello (BG), una macchina di cogenerazione che alimenta con l energia elettrica prodotta il centro commerciale e con l energia termica ricavata dalla macchine produce il calore necessario al riscaldamento dell intera struttura e il condizionamento estivo tramite un assorbitore L impianto di cogenerazione dell azienda agricola Lovesino (Cremona) da 100 kwe pienamente incentivabile con il nuovo regime e con un livello di insonorizzazione al top del mercato. Si tratta di un biospark 100M adatto per aziende di piccole dimensioni con limitato spazio disponibile. Il cogeneratore è equipaggiato con motore MAN dotato di sistema Spark TECS Total Energy Control System che consente massima efficienza e intervalli di manutenzione programmata molto lunghi. Può essere una tecnologia da proporre anche nella valorizzazione dell esistente? La cogenerazione è sicuramente un ottima soluzione per valorizzare anche l esistente, negli ultimi anni le macchine di cogenerazione hanno conosciuto una sviluppo sensibile nell efficienza elettrica, rendendo l investimento sempre più interessante e una riduzione delle dimensioni dell impianto e delle rumorosità rendendo possibile l installazione non solo in ambito industriale, ma anche in ambiti residenziali. La flessibilità delle macchine Spark Energy consente di adattare il cogeneratore all impianto esistente evitando costosi interventi strutturali. Rispetto alle soluzioni tradizionali, ovvero acquisto dell energia dalla rete e produzione di calore tramite caldaia, l installazione di un cogeneratore può portare un vantaggio fino al 30% dei costi di acquisto dell energia.

7 68 per un periodo considerevole pari alla vita utile dell impianto (10-20 anni). Definizione dell ambiente e dei vincoli circostanti che condizionano la gestione dell impianto: condizioni di fornitura dell elettricità e dei combustibili (tensione elettrica, pressione/ portata gas metano, ecc.), connessioni con altri impianti, vincoli normativi, ecc. La disponibilità del combustibile necessario deve essere attentamente valutata, soprattutto per il gas naturale può non essere possibile il potenziamento della rete gas ai valori richiesti. Altro caso tipico è l insufficiente disponibilità di pressione per una soluzione cogenerativa con turbogas (almeno 5 bar richiesti). In questa circostanza è necessario dotare l impianto cogenerativo di un compressore che aumenta il costo e diminuisce l efficienza. Analisi dei vincoli ambientali sia sulle emissioni al camino che su quelle sonore, soprattutto per i motori alternativi che generano vibrazioni pulsanti a bassa frequenza fastidiose per eventuali nuclei abitativi vicini e che possono richiedere onerosi interventi di insonorizzazione. La microcogenerazione Il processo cogenerativo è particolarmente indicato e ha storicamente avuto maggiore applicazione in processi energetici produttivi di grande taglia e ad alta intensità energetico/termica (cartiere, teleriscaldamento urbano, chimica di processo): in quegli ambiti l economia di scala del grande impianto premia una scelta che energeticamente ed economicamente favorisce l installazione quando esiste grande contemporaneità elettrico-termica. Tuttavia, recentemente, un ambito molto interessante di applicazione della tecnologia è diventato anche quello della microcogenerazione, ovvero un ambito di potenze elettriche tra i 50 ed i kw. Inoltre lo sviluppo tecnologico ha portato alla creazione di una nuova generazione di unità microcogenerative particolarmente compatte ed efficienti, la cui introduzione nel processo produttivo aziendale risulta essere poco invasiva e premiante, soprattutto laddove sia necessaria una produzione di calore a bassa temperatura. Di particolare rilevanza è lo sviluppo di tale tecnologia nel campo delle utenze civili. Infatti, se si considera l applicazione della microcogenerazione nell ambito domestico, si può pensare di sostituire le caldaie a gas naturale con sistemi che abbiano le stesse caratteristiche di sicurezza e semplicità d uso e d installazione, ma che abbiano la caratteristica di realizzare la coproduzione di elettricità e calore in modo intelligente, vale a dire recuperando sempre integralmente il calore e concentrando la produzione elettrica nelle ore in cui il prezzo è più elevato. A titolo di esempio, è da segnalare la disponibilità sul mercato di un cogeneratore domestico di bassissimo impatto sonoro e ambientale, della potenza elettrica di 1,2 kw e 8 kw termici, perfettamente integrabile in una cucina domestica, come si può notare nella foto a fianco. Per quanto riguarda la microcogenerazione in ambito industriale, essa è già disponibile ed applicabile grazie alla standardizzazione delle taglie di potenza, con modelli estremamente affidabili e di limitato ingombro da tempo disponibili sul mercato. Le applicazioni tipiche prevedono soprattutto utenze elettriche che richiedono una contemporanea produzione di acqua calda a uso riscaldamento ambientale o ancor meglio produttivo. L ambito può essere quanto mai vario, dall utilizzo di acqua calda per processi di decapaggio a finalità di riscaldo o pre-riscaldo prodotto/ macchinario nell industria alimentare e/o chimica.