Per “cogenerazione” si intende la produzione combinata di energia elettrica ed energia termica a partire da un’unica fonte di energia primaria. Un impianto di cogenerazione, dunque, fornisce sia elettricità che calore, garantendo una migliore resa energetica rispetto alle due produzioni separate. Per comprendere il funzionamento di un impianto di cogenerazione, è necessario sapere come avviene tradizionalmente la produzione di energia elettrica. In una centrale termoelettrica convenzionale si brucia del combustibile in una fornace per portare a ebollizione dell’acqua e produrre così vapore.
Il vapore mette in moto una turbina, che a sua volta aziona un generatore, il quale produce elettricità. Il problema è che nel corso del processo gran parte dell’energia termica iniziale va perduta, per cui solo il 30-55% viene effettivamente convertita in energia elettrica. Il resto finisce disperso come calore nell’ambiente. In un impianto di cogenerazione, invece, la maggior parte di quel calore viene recuperato e utilizzato per altri scopi (riscaldamento, produzione di acqua calda sanitaria, forza meccanica, generazione secondaria di elettricità). In questo modo la resa energetica complessiva sale al 65-90%.
Quali materiali vengono usati
Di solito gli impianti di cogenerazione più piccoli (fino a 2 MW) hanno al posto della turbina un motore a combustione interna (essenzialmente simile a quelli di auto e camion) ma lo schema di funzionamento non cambia (con scambiatori di calore che recuperano il calore dai fumi di scarico).
Come fonte di energia primaria si utilizzano per lo più combustibili fossili, come gas naturale, GPL e gasolio, o combustibili organici non fossili, come biogas, biometano, olio vegetale e biomasse. In futuro è probabile che gli impianti di cogenerazione useranno celle a combustibile, che sfruttano la reazione dell’idrogeno con l’ossigeno per produrre sia elettricità che calore.
In un impianto di cogenerazione il cosiddetto “motore primo” o primario può essere alimentato da fonti energetiche diverse:
- Combustibili fossili, come gas naturale, carbone, gasolio e altri oli combustibili.
- Rifiuti solidi o biogas originato da depuratori e discariche.
- Biomasse, quali gli scarti agricoli e forestali o il cippato di legno.
Ogni motore richiede l’utilizzo di una fonte energetica diversa: ad esempio le grandi turbine a vapore e i turbogeneratori ORC prediligono l’utilizzo di carbone o biomasse a base di legno; combustibili gassosi come gas naturale e biogas si prestano maggiormente per motori a combustione interna, turbine o microturbine a gas; i combustibili liquidi sono generalmente adatti ad essere impiegati nei grandi impianti a ciclo combinato o per la “generazione distribuita” nel caso dell’idrogeno e delle celle a combustibile (le cosiddette “fuel cell”).
I cogeneratori a biomassa bruciano i gas combustibili (per il 60% metano), che in caso di decomposizione naturale finiscono in atmosfera, avendo un´ effetto serra multiplo di una comparabile quantità di CO2. Il legno non bruciato contribuisce alla riduzione della quantità di CO2 emessa solo se utilizzato come legname da costruzione, rimanendo nella sua forma originale. Gli scarti invece, se non bruciati, finiscono in compostaggio.
Quanto tempo richiede la costruzione degli impianti di cogenerazione?
Le operazioni di costruzione e montaggio dell’impianto hanno una durata stimata di 18 settimane. Ovviamente, i lavori potrebbero subire rallentamenti o ritardi a causa delle condizioni meteorologiche, soprattutto per le prime fasi di apertura cantiere, quando si dovranno compiere le operazioni di scavo e movimentazione del terreno, che dipenderanno dalle condizioni di agibilità dell’area con i mezzi meccanici.
Dove è possibile collocarli
Oggi la cogenerazione trova applicazione sia in ambito industriale, soprattutto come autoproduzione, sia in ambito civile. L’energia termica (vapore, acqua calda/surriscaldata o aria calda) può essere utilizzata per i processi industriali o in ambito civile per il riscaldamento urbano tramite reti di teleriscaldamento. L’energia elettrica viene consumata in loco oppure esportata verso la rete di distribuzione. Le utenze che possono trarre maggiori benefici dalla cogenerazione sono quelle caratterizzate da una domanda costante nel tempo di energia termica ed elettrica:
- ospedali e cliniche
- piscine e centri sportivi
- centri commerciali
- cartiere
- industrie alimentari
- industrie di raffinazione del petrolio
- industrie chimiche e farmaceutiche
- industrie della ceramica
- industria tessile
- industria per la produzione di materiali plastici.
