Proseguendo lungo la strada tracciata con gli ultimi post, l’argomento di quest’oggi non può che essere la Cogenerazione, ovvero la produzione combinata di Energia Elettrica (o Meccanica) ed Energia Termica da un unico impianto.
La cogenerazione presenta alcuni aspetti in comune, almeno in certe implementazioni più “raffinate”, con gli Impianti a Ciclo Combinato oggetto di un precedente post, ed andremo ora ad esaminarne in maniera introduttiva caratteristiche e qualità, per poi riprendere in un successivo post il tema della cogenerazione estendendolo e parlare di Trigenerazione.
COGENERAZIONE – LE MOTIVAZIONI
Le motivazioni per la pratica della cogenerazione possono essere le più svariate, ma alla base risiede sempre la necessità di disporre per le proprie attività di energia meccanica od elettrica da una parte, ed energia termica sotto forma di vapore per usi tecnologici, od acqua calda per usi quali il riscaldamento degli edifici ad esempio.
Tradizionalmente si provvederebbe ad acquistare l’energia elettrica dalla rete (prodotta pertanto al rendimento elettrico medio della rete) ed a produrre l’energia termica mediante caldaie apposite, i cui rendimenti si possono attestare su valori piuttosto elevati (90%).
Per quanto illustrato in diversi precedenti post, i processi di produzione di energia elettrica disperdono sempre una certa quantità di calore inutilizzato nella conversione chimico/termica – meccanica/elettrica, e viene spontaneo chiedersi se tale calore possa venire recuperato per altri impieghi, portando con tale recupero anche un miglioramento del rendimento globale del processo di conversione in quanto si riducono le perdite di energia.
Da tale idea nasce la Cogenerazione, ovvero come già detto, la produzione combinata di energia meccanica/elettrica e termica.
COGENERAZIONE – LE TIPOLOGIE DI IMPIANTO
Il principio della cogenerazione si può applicare a tutti gli impianti termoelettrici esaminati, ovvero Impianti a Vapore, Impianti di Turbina a Gas ed Impianti a Ciclo Combinato (che sono come già mostrato in precedenza degli Impianti di Turbina a Gas con in cascata un Impianto a Vapore).
La cogenerazione negli Impianti a Vapore si può effettuare in due modi, il primo consiste nello spillamento di vapore in turbina, mentre il secondo consiste nel far condensare il vapore dopo l’espansione in turbina non nel normale condensatore, bensì in uno scambiatore di calore collegato alle utenze termiche.
Con il primo metodo, definito a “spillamento“, si sottrae vapore dalla turbina e pertanto si ha una riduzione proporzionale della potenza elettrica, mentre con il secondo metodo, definito a “contropressione” si interferisce con la condensazione del vapore riducendo l’espansione in turbina, con anche in questo caso riduzione della potenza elettrica.
Senza entrare in discorsi sul rendimento di tali soluzioni, risulta evidente come la cogenerazione negli Impianti a Vapore rappresenti di certo una condizione non ottimale per tale processo.
La cogenerazione negli Impianti di Turbina a Gas prevede l’impiego di uno scambiatore di calore gas/acqua (per molti aspetti comune al Generatore di Vapore a Recupero GVR degli Impianti a Ciclo Combinato) che provvede a recuperare il calore residuo contenuto nei gas di scarico della turbina e pertanto non influenza la produzione di potenza elettrica.
Uno schema indicativo di tale soluzione è il seguente:
La cogenerazione può venire eseguita anche sugli Impianti a Ciclo Combinato sfruttando le tecniche tipiche degli Impianti a Vapore, ma anche recuperando parte del calore dai gas di scarico della turbina a gas o gestendo in maniera flessibile la parte di impianto dedicata al recupero del calore dalla turbina a gas.
Una via ulteriore consiste nell’impiego di motori a combustione interna, in quanto in essi circa il 60% dell’energia del combustibile viene perduta sotto forma di calore sotto varie forme (olio lubrificante, circuito di raffreddamento, ecc.) ed il recupero di tale energia permette di ottenere una efficienza complessiva molto elevata:
Da un punto di vista ambientale la cogenerazione risulta una soluzione importante da perseguire laddove si necessiti congiuntamente di queste due forme di energia, ma al di là dell’ambito industriale, la cogenerazione trova scarsa diffusione a causa di differenti motivazioni quali i costi da sostenere per la realizzazione degli impianti ad uso civile, la difficoltà di integrazione con le soluzioni esistenti sia in termini di impianti tecnici che di reti di trasmissione dell’energia.
Di tali questioni e di molto altro parleremo lunedì prossimo, con particolare riferimento alla micro cogenerazione ed alla trigenerazione, sempre sulla rubrica Energia e Futuro, sempre su AppuntiDigitali.
