Per cogenerazione di energia si intende la generazione di energia elettrica ed energia termica nella stesso processo di

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1 COGENERAZIONE (Ing. Pietro Innocenzi 1 ) Per cogenerazione di energia si intende la generazione di energia elettrica ed energia termica nella stesso processo di generazione: si recupera il calore a valle del processo di produzione di energia elettrica. I sistemi di cogenerazione sono ottimi mezzi di recupero e risparmio energetico: dal 60 al 100 di risparmio di combustibili fossili a seconda delle tipologie di impianto e necessità energetiche. I sistemi di cogenerazione, con motori endotermici o a turbine, consentono la autoproduzione di energia elettrica utilizzando differenti fonti primarie di energia termica quali metano, gpl, biogas, biomasse ecc. e contemporaneamente permette di disporre di energia termica recuperata dal processo di trasformazione. Nella produzione convenzionale di energia elettrica soltanto il 35 dell'energia primaria fornita al sistema viene trasformata in energia elettrica mentre il 65 viene dissipata nell'ambiente con gravi conseguenze di carattere economico ed ambientale. Invece, nella produzione di energia elettrica mediante cogenerazione, soltanto il 10 dell'energia primaria viene sprecata, mediamente il 37 viene convertito in energia elettrica ed il 53 recuperato e trasformato in energia termica come acqua calda, acqua surriscaldata o vapore. Con soluzioni tecniche di nuova generazione si raggiungono rendimenti elettrici nell'ordine del 42 pari a 2,33 kw di energia primaria per ottenere 1 kw di energia elettrica Attualmente la cogenerazione è diventata indubbiamente una buona opportunità, conveniente anche per utenze medio-piccole: Perdita di energia 8 ENERGIA PRIMARIA H 2 O Energia termica totale 61 Energia meccanica totale 39 E.T. 53 E.E. 37 Perdita di energia 2 1 Responsabile Servizio Energia ARPA Umbria ( p.innocenzi@arpa.umbria.it )

2 Motori a combustione interna Le esigenze di cogenerazione di energia per le utenze piccole e medie, caso specifico gli ospedali, sono coperte da sistemi che utilizzano motori a combustione interna. Infatti è possibile ottenere con motori a combustione interna di derivazione automobilistica di serie, una potenza elettrica di 15 kw e termica contemporanea di 30 kw termici, mentre moduli costituiti da motori Diesel pesanti con velocità di rotazione non superiori a 400 g/min. presentano potenze elettriche unitarie fino a 10 MW. Le versioni derivate da Diesel sovralimentati consentono un aumento medio della potenza specifica dell'ordine del 40 e soprattutto una riduzione dell'inquinamento dovuto alla minor presenza allo scarico di NOx, CO e particolato. Il calore viene prodotto recuperando l'energia termica resa disponibile dai gas di scarico a temperatura elevata a dal sistema di refrigerazione dell'olio e delle camicie dei cilindri a temperatura più bassa. I sistemi di recupero impiegano scambiatori compatti, in genere montati sulla macchina direttamente nelle officine del fabbricante. Le caratteristiche principali di questi impianti sono: recupero del calore che non modifica il funzionamento del motore, considerato come puro generatore dei energia elettrica elevato rendimento elettrico (pari anche al 42 nei motori Diesel), che si mantiene anche a carichi parziali possibilità di variare rapidamente il carico elettrico possibilità di convertire all'impiego del gas naturale, con modifiche non rilevanti, macchine progettate per l'uso di distillati leggeri e con modifiche costruttive più impegnative macchine progettate per l'uso di gasolio o di combustibile denso frequente esigenza di attenuare la rumorosità (specie in prossimità di abitazioni) estrema facilità nell'installare impianti di tipo modulare potenziabili nel tempo e con ridotti tempi di consegna delle macchine di taglia medio-piccola perché prodotte in serie

3 TRIGENERAZIONE Un particolare campo di sistema di cogenerazione è quello della trigenerazione che, oltre a produrre energia elettrica, consente di utilizzare l energia termica recuperata dalla trasformazione anche per produrre energia frigorifera, ovvero acqua refrigerata per il condizionamento o per processi industriali. La trasformazione di energia termica in energia frigorifera è resa possibile dall impiego del ciclo frigorifero ad assorbimento il cui funzionamento si basa su trasformazioni di stato del fluido refrigerante (acqua) in combinazione con la sostanza (bromuro di litio) utilizzata quale assorbente. Lo schema di massima è: Fumi esausti H 2 O 4 MOTORE ALTERNATORE E.E. Raffreddamento motore Raffreddamento Fumi Torre di Evaporazione Scambiatore di calore Scambiatore di calore Chiller Assorbimento Acqua refrigerata

4 Il bilancio energetico tipico può essere così definito: Perdita di energia 8 ENERGIA PRIMARIA H 2 O 4 Energia termica totale 61 E.T. 53 E. Frig Energia meccanica totale 39 E.E ,6 dell energia termica Perdita di energia 2 I refrigeratori ad assorbimento impiegano, come fluido di processo, una soluzione di acqua e bromuro di litio. L operazione, propria dei sistemi di refrigerazione, di sfruttare il calore latente di alcuni fluidi nelle loro fasi di cambiamento di stato per sottrarre calore da una sorgente fredda e trasferirlo in una a più elevata temperatura, nel processo ad assorbimento si compie lasciando evaporare alternativamente e condensare il fluido refrigerante (acqua) contenuto in una soluzione con fluido solvente (bromuro di litio) dal quale viene assorbito. La soluzione di acqua/bromuro di litio viene riscaldato nel generatore alimentato ad acqua calda; qui l acqua contenuta nella soluzione evapora ed il vapore viene immesso nel condensatore dove ritorna liquido mediante lo scambio termico con l acqua di raffreddamento proveniente da una torre evaporativi Il liquido ottenuto composto soltanto da acqua (refrigerante) viene immesso nell evaporatore nel quale evapora a spese del calore sottratto all acqua che si vuole refrigerare. Il vapore passa poi nell assorbitore dove viene riassorbito dal bromuro di litio per riformare la soluzione iniziale da immettere nel generatore. Il ciclo continua all infinito. I principali componenti sono : il generatore, il condensatore, l evaporatore e l assorbitore

5 Calore disperso in atmosfera Calore sottratto all ambiente da refrigerare EFFETTO UTILE CONDENSATORE EVAPORATORE Miscela ricca CALORE GENERATORE RECUPERATORE Di CALORE ASSORBITORE Miscela povera Calore disperso in atmosfera E una macchina statica non avendo organi in movimento all infuori di due pompe esterne: pompa per la soluzione e pompa per il refrigerante. L assorbitore ed il generatore sostituiscono il compressore elettrico presente nei normali gruppi frigoriferi a compressione di vapore. L apporto energetico dell elettricità richiesto nella macchine con compressore è sostituito, nel ciclo ad assorbimento da energia termica con temperatura a partire da 85 C. L assorbimento elettrico di un refrigeratore ad assorbimento può essere considerato pari allo 0,045 di quello di un refrigeratore a compressori elettrici di pari potenza frigorifera.

6 I CERTIFICATI VERDI Il D. Lgs. 387/03 esclude la cogenerazione con gas/gasolio dalle fonti assimilate alle FER e chiude una antica discussione iniziata con art.1 L e con l incentivazione della cogenerazione del CIP 6/92. La discussione si riapre immediatamente dopo con art. 71 L. 239 del 23 agosto 2004 che prevede i CV ( quindi si ritorna in qualche maniera nella classificazione di cogenerazione assimilabile alle FER) per la quantità di energia termica distribuita in rete di teleriscaldamento. L energia elettrica immessa in rete e per i quali si prevede l emissione dei CV sarà quella prodotta dall impianto di cogenerazione nel periodo in cui il calore viene immesso nella rete di teleriscaldamento, presumibilmente (non ci sono ancora norme a riguardo) il GRNT ( gestore della rete elettrica nazionale) calcolerà la quantità di energia elettrica con modalità simile alla seguente : E CV = (μ e / μ t )*T teleriscaldamento dove: E cv si intende la quantità di energia elettrica per cui si prevede l emissione di CV μ e ; μ t sono rispettivamente i rendimenti elettrici e termici dell impianto T teleriscaldamento è la quantità di energia termica immessa in rete di teleriscaldamento Chiaramente si deve intendere che il freddo prodotto nel periodo estivo da un impianto di trigenerazione, distribuito in una rete di teleriscaldamento deve essere conteggiato nei CV. Un impianto di cogenerazione, a gas / gasolio che distribuisca condizionamento invernale ed estivo in rete di teleriscaldamento, può accedere ai CV per tutta l energia elettrica effettivamente prodotta con margini di economicità di notevole rispetto. La scelta della cogenerazione o trigenerazione è comunque premiante se unito al teleriscaldamento. Non essendo regolato da norme tecniche specifiche tipo potenza minima, minimo numero di utenze, definizione di utenza per l impianto, caratteristiche tecniche per definire la rete di teleriscaldamento (estensione minima lineare, caratteristiche geometriche ecc), possiamo definire un impianto di teleriscaldamento formato da un generatore di calore di qualsiasi potenza, da una qualsiasi rete stellare e/o anello che serva diverse utenze intese come scambiatori di calore e/o UTA (Unità di Trattamento Aria). Detto che per l art. 11 comma 4 del D. Lgs. N 79/99 il GRTN deve assicurare la precedenza nel dispacciamento all energia elettrica prodotta da impianti, nell ordine, a FER, cogenerazione, combustibili primari di produzione nazionale, fatta salva la precedente definizione di impianto teleriscaldamento (discutibile, ma tecnicamente valida fin tanto non ci sarà certezza normativa), se ne ipotizza un suo sviluppo diffuso con la microcogenerazione 2 in ospedali, plessi scolastici, grossi condomini, centri commerciali ecc. 2 Impianto per la produzione di energia elettrica, anche in assetto cogenerativo, di capacità di generazione < 1MWe di qualunque tipo di combustibile (art. 85 L. 239 del )