Cogenerazione
e microcogeneratori
di Roy Virgilio e Filippo Prezzi
I motori delle nostre auto utilizzano il carburante che gli forniamo,
acquistato a caro prezzo economico e ambientale, trasformando solo il
35% del contenuto energetico in forza motrice. Il 75% dell’energia
contenuta nel carburante è letteralmente “buttata all’aria”
sotto forma di calore.
Questo enorme spreco avviene in proporzioni simili per tutti i motori
a combustione interna. Ma non esiste un modo per sfruttare anche tutto
questo calore?
Questo è l’obiettivo del cogeneratore (o CHP, Combined
Heat and Power), una tecnologia che consente di creare e sfruttare in
maniera combinata l’energia meccanica/elettrica e il calore.
Come funziona
Il motore del cogeneratore può essere progettato per essere alimentato
con un combustibile qualsiasi (gas, biogas, gasolio, biodiesel, biomasse)
anche in base alla tipologia di motore utilizzata (turbine a vapore,
turbine a gas, gruppi combinati, motori a combustione interna o esterna).
Al motore viene collegato un generatore elettrico e un sistema per il
recupero del calore (vedi schema) per produrre acqua calda. Otteniamo
così, da un unico impianto, due forme di energia utile sfruttando
al meglio l’energia contenuta nel nostro carburante e incrementando
fortemente il rendimento complessivo raggiungendo un’efficienza
energetica di circa il 70% per impianti di modesta taglia (entro i 120
kWe1), e superando la ragguardevole soglia dell’85% di nei grandi
impianti.
Ma le possibilità di sfruttamento non si fermano “all’acqua
calda”. Infatti è possibile rispondere anche alle necessità
di raffrescamento e condizionamento installando a valle del sistema
di recupero del calore un ulteriore generatore di aria/acqua fredda
che tramite opportuni scambiatori (ciclo frigorifero) consentono la
produzione del freddo (trigenerazione).
Principali utilizzi
La cogenerazione è una tecnologia conosciuta e applicata da più
di cento anni. Si è sviluppata prevalentemente per i grossi impianti
industriali o civili rimanendo pressoché assente dal panorama
della piccola produzione. Questo fatto è dovuto al principale
limite del cogeneratore che, producendo elettricità e calore
in contemporanea, richiede pure un utilizzo contemporaneo ed equilibrato
delle due forme energetiche. Infatti l’energia elettrica non si
può accumulare, il calore solo per poco, e così in mancanza
di un’adeguata programmazione delle richieste energetiche si va
a perdere parte di quell’alta efficienza che è l’obbiettivo
primario della cogenerazione. Rivolgersi a grandi realtà quali
ospedali, industrie, centri commerciali e poli universitari può
invece rendere più semplice lo sfruttamento di entrambe le produzioni
energetiche distribuendole su un elevato numero e varietà di
utenze finali.
Solo da pochi anni si sono affacciati sul
mercato i così detti micro-cogeneratori (micro-CHP, con potenza
elettrica < 1MW) che, grazie all’uso di sistemi innovativi
e tanta elettronica, stanno portando i vantaggi dell’elevata efficienza
anche nel campo residenziale e delle piccole utenze. In realtà
uno dei primi micro-CHP al mondo fu realizzato in Italia nel 1973 dall'ing.
Mario Palazzetti presso il Centro Ricerche FIAT. E’ il famoso
TOTEM (TOTal Energy Module) che utilizzava il motore di una 127, di
903 cm3, modificato per funzionare a gas o biogas. Purtroppo la FIAT
non ha creduto nella tecnologia e ha prodotto pochissimi esemplari del
TOTEM perdendo così l’opportunità di divenire un
leader nel settore.
Oggi invece il mercato dei micro-cogeneratori è in rapida ascesa
ed è probabile che lo sarà sempre più nel futuro
grazie sia alle molte innovazioni nel campo che alla continua ascesa
del costo dei combustibili che spinge ad un uso più razionale
delle risorse.
La cogenerazione che guarda in piccolo
La dimostrazione della crescita di questo settore sta nelle molte novità
e proposte che si possono trovare già sul mercato. Vi presento
3 tra i più significativi sistemi in commercio segnalando le
peculiarità di ognuno.
Il primo micro-CHP, tutto italiano ed evoluzione del TOTEM è
il TANDEM
(Thermal AND Electrical Machine), basato su motore Fiat Fire Dual-Fuel
1200 a 8 valvole leggermente adattato e un evoluto scambiatore di calore
a 4 fluidi. Si può alimentare a metano o GPL.
Un’altro fra i più interessanti sistemi di micro-CHP ad
alta tecnologia è il TEMA® (Total Energy Manager), ideato
e progettato dall’azienda italiana Energifera. Il punto forte
del TEMA è quello di riuscire ad aggirare il principale limite
dei classici cogeneratori (vedi box) ovvero quello della flessibilità
della produzione di energia combinata, attraverso una tecnologia ad
inverter all’avanguardia che consente di mantenere il massimo
rendimento in qualsiasi condizione di funzionamento, rispondendo istantaneamente
alle variazioni degli andamenti dei consumi nell’arco della giornata
o della stessa ora. Infatti il suo funzionamento è a velocità
variabile e permette di mantenere ottimale il rendimento elettrico finche
la richiesta rimane tra il 15% e il 125% della potenza nominale (le
tre taglie vendute sono da 20, 50 e 100 kWe). L’ingombro del sistema
è pressoché identico a quello di una normale caldaia e
può andare a integrare o a sostituire i classici impianti e consente
inoltre l’integrazione di fonti energetiche intermittenti come
quelle fotovoltaiche ed eoliche massimizzando automaticamente l’efficienza
finale.
Per concludere vi segnalo il più piccolo micro-CHP in vendita:
AISIN (azienda del gruppo TOYOTA) che offre un modello con output elettrico
minimo variabile tra 0,3 e 4,6 kW, con uscita termica massima (acqua
calda a 65°) pari a 11,7 kW. Anche questo microcogeneratore è
dotato di inverter modulante che consente il massimo rendimento (85%
con 56% termico, e 29% elettrico) per un ampio range di richiesta energetica.
Gli incentivi
Pur essendo presenti da vari anni, con la finanziaria 2008 gli incentivi
per la cogenerazione di energia sono aumentati. Infatti da quest’anno
tutti gli impianti superiori al MW di potenza elettrica alimentati a
biomasse o biogas potranno ottenere i certificati verdi per un periodo
di 15 anni anziché i 10 della precedente legge. Per gli impianti
di micro-CHP, alimentati a biomasse o biogas, è prevista una
tariffa fissa omnicomprensiva di 0,30 Euro per ogni kWh immesso in rete
(vedi art. 2 comma 144 e tab. 2 della Legge finanziaria 2008). Anche
questa tariffa sarà garantita per 15 anni con delle revisioni
sul suo valore ogni 3 anni.
NOTE
1 KiloWatt elettrici, si riferiscono alla sola produzione di elettricità.
Link:
www.cogen.org: il progetto Europeo
Cogen Challenge
agosto 2008
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