1.    PREMESSA

Il presente documento si propone di descrivere in maniera semplice ma esaustiva la tecnologia della cogenerazione sia in termini di principi generali della tecnologia, sia in termini di bilanci energetici e di convenienza economica, sia in termini di richieste autorizzative connesse all’installazione ed all’esercizio.

2.    PRINCIPI GENERALI

In presenza di un consumo di una certa rilevanza e con apprezzabile continuità di utilizzo nell'arco dell'anno, può risultare conveniente prevedere un impianto di cogenerazione. Possiamo definire la cogenerazione, seguendo la definizione della legge n.10/1991, come:

“Produzione combinata (e contemporanea) di energia elettrica, meccanica e di calore”

La sua giustificazione risiede sostanzialmente nel migliore utilizzo che con essa si ha dell’energia primaria, o combustibile, nel processo termodinamico di produzione delle forme derivate di energia meccanica o elettrica e termica.

E’ necessario qui subito richiamare brevemente il secondo principio della termodinamica, per cui la trasformazione del calore in energia meccanica, più pregiata, può avere luogo solo con un contemporaneo trasferimento di calore dal livello di temperatura più alto del ciclo di trasformazione a quello più basso al quale viene disperso.

I rendimenti in energia elettrica rispetto all’energia primaria bruciata, possono raggiungere, nelle migliori condizioni nelle attuali centrali termoelettriche, valori dell’ordine del 40-50%. Nei sistemi di produzione e distribuzione dell’ENEL, tenuto conto delle varie perdite di trasporto, ecc., la resa all’utente raggiunge mediamente il 30-40%. In sistemi meno sofisticati, o più piccoli, le rese sono ancora inferiori. Il resto viene disperso nell’ambiente con i prodotti della combustione e con l’acqua e/o aria di raffreddamento. Si deve quindi anche tenere conto del conseguente impatto ambientale del processo di produzione termoelettrico.

Tuttavia, se il calore degradato contenuto nei fumi o nei fluidi di raffreddamento viene recuperato ed usato a fini utili, per i quali sarebbe altrimenti richiesto bruciare dell’altro combustibile, esso può venire accreditato all’energia primaria del processo di produzione di energia elettrica, aumentando così il rendimento globale, o indice di utilizzo del combustibile, che può quindi facilmente superare il 70% e, nei casi più favorevoli, persino il 90%.

I seguenti diagrammi mostrano proprio quanto sopra esposto: il primo si riferisce all’impianto di cogenerazione e il secondo all’impianto tradizionale con produzione separata dell’energia termica e dell’energia elettrica.

E’ evidente che quasi si raddoppia così la resa del processo, dimezzando di conseguenza l’uso del combustibile, e contestualmente l’impatto ambientale. Questi principi sono già da lungo tempo noti ed applicati, e numerosissimi sono gli esempi di realizzazione nei decenni passati nell’industria.

3.    TIPOLOGIE IMPIANTISTICHE

I sistemi di cogenerazione sono sostanzialmente di tre tipi:

·        con turbine a vapore;

·        con turbine a gas;

·        con motori a combustione interna alternativi.

Nella maggior parte dei casi, per le taglie di potenza elettrica da 500 kW fino a oltre 3.000 kW, si ricorre ai motori a combustione interna che per semplicità, efficienza ed affidabilità risultano essere la scelta migliore rispetto agli altri due sistemi più competitivi solo per taglie decisamente maggiori poco abbinabili però alla cogenerazione diffusa sul territorio.

Il sistema di cogenerazione con motore primo a combustione interna non è altro che un gruppo elettrogeno adatto al funzionamento continuo in parallelo alla rete e completo di una serie di scambiatori per il recupero dell’energia termica dal blocco motore, dai fumi di scarico e dall’olio.

Normalmente l’alimentazione del motore avviene mediante gas naturale in quanto abbina costi di approvvigionamento certi e convenienti ad emissioni inquinanti ridotte. L’alternativa al gas metano risulta negli ultimi anni essere rappresentata dai combustibili biologici quali biogas e oli vegetali ai quali le politiche incentivanti legate alle fonti rinnovabili garantiscono interessanti prospettive.

Il motore primo a gas metano è del tipo a ciclo Otto (a ciclo Diesel per alimentazioni a combustibili liquidi), pluricilindrico, a regime di rotazione costante e lento (1.500 giri/min.), raffreddato ad acqua, con recupero del calore per mezzo di apposito scambiatore. Il recupero termico viene completato da un secondo scambiatore posto sui fumi di scarico, nonché da uno scambiatore di minori proporzioni dedicato al raffreddamento dell’olio motore. Suddetti scambiatori operano in serie al fine di ottenere temperature di recupero adeguate agli utilizzi del calore all’utenza. Il sistema si completa poi con opportuni sistemi di dissipazione destinati allo smaltimento del calore in eccesso eventualmente non assorbito dall’utenza.

La produzione di energia elettrica è demandata ad un alternatore normalmente di tipo sincrono trifase a 4 poli, adatto per funzionamento in parallelo con la rete nazionale. A tale scopo il sistema è previsto fornito completo di quadri elettrici di parallelo e di eventuale trasformatore elevatore.

Motore primo e alternatore sono previsti installati in asse, con accoppiamento diretto mediante giunto elastico. L’unità è normalmente installata in locale o cofanatura esterna ed è completa di insonorizzazione e di marmitta silenziatrice per una efficace riduzione del livello sonoro. La cofanatura è ventilata per garantire il mantenimento di temperature adeguate all’esercizio del moto-alternatore e dei suoi componenti.

La regolazione del gruppo avviene in maniera del tutto automatica mediante gestione con PLC dedicato e opportunamente implementato.

Si parla poi di trigenerazione laddove il calore recuperabile dal raffreddamento del motore endotermico può essere destinato (oltre che alla produzione di ACS e riscaldamento) anche ad alimentare un gruppo frigorifero ad assorbimento in grado di produrre acqua refrigerata per la climatizzazione estiva o per usi tecnologici dell’energia frigorifera.

4.    BILANCI ENERGETICI E CONVENIENZA ECONOMICA

Come già detto, la rilevanza dei consumi elettrici e termini dell’utenza e, soprattutto, l’estensione degli stessi alla totalità dell’anno rendono particolarmente attraenti ipotesi di cogenerazione, altrimenti di interesse più tecnico che economico.

Per valutare il reddito annuo generato dalla cogenerazione, normalmente si propone una valutazione che considera l’impianto come un “centro di produzione e di costo” che sostiene le seguenti spese:

·        combustibile;

·        manutenzione;

·        lubrificanti;

e genera i seguenti beni:

·        energia elettrica;

·        energia termica (evitata dalle caldaie);

·        eventuale energia frigorifera mediante ciclo ad assorbimento (evitata dai chiller);

Per quanto detto in precedenza, i ricavi sono stabiliti valorizzando le energie suddette al prezzo di acquisizione/produzione con le tecnologie tradizionali.

Tra i ricavi è inoltre presente il beneficio derivante dalla quota di defiscalizzazione che spetta agli autoproduttori di elettricità.

La differenza tra i ricavi (o meglio i “mancati acquisti”) e i costi sostenuti costituisce l’utile, normalmente denominato “risultato di esercizio” o “reddito dell’investimento”.

5.    RICHIESTE AUTORIZZATIVE E ADEMPIMENTI LEGISLATIVI

Gli interventi relativi all’installazione di impianti di cogenerazione comportano l’istruzione o l’aggiornamento di pratiche amministrative riguardanti sia gli impianti termici che gli impianti elettrici oltre al rispetto della vigente normativa antincendio.

Inoltre, devono essere attivate procedure per l’autorizzazione e l’esercizio di impianti di produzione di energia (Comune e/o Provincia, GRTN, Gestore locale rete elettrica, UTF).

Qui di seguito si riepilogano le principali attività da svolgere:

·        denuncia INAIL (ex ISPESL);

·        prevenzione incendi;

·        approvazione schema elettrico di connessione;

·        autorizzazione alla costruzione ed all’esercizio;

·        richiesta riconoscimento assetto cogenerativo ad alta efficienza;

·        denuncia officina elettrica;

·        richiesta applicazione accisa agevolata;

·        accreditamento per TEE (Titoli Efficienza Energetica);

·        dichiarazioni di conformità.

6.    CONSIDERAZIONI FINALI

I sistemi di cogenerazione rappresentano ad oggi uno dei sistemi più facilmente fruibili per l’ottimizzazione dei consumi energetici delle attuali realtà industriali.

La loro corretta valutazione in termini di taglia e di interfaccia con gli impianti esistenti e la conseguente precisa e attenta progettazione consentono risultati assolutamente interessanti a tutto vantaggio tanto dell’aspetto economico tanto dell’aspetto ambientale legato alla riduzione del consumo di fonti energetiche fossili.