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Cogenerazione

Cogenerazione

La cogenerazione è la produzione combinata di elettricità e calore. Nella cogenerazione queste due forme di energia, cioè l’elettricità e il calore, vengono prodotte in cascata, con un unico sistema.

In un impianto convenzionale per la produzione di energia elettrica, l’energia chimica del combustibile, trasformata in energia termica tramite combustione, viene utilizzata in un ciclo di potenza che la trasforma in elettricità. Il calore di scarto del ciclo viene disperso nell’ambiente ottenendo così rendimenti di primo principio del 40-50%.
Con un impianto di cogenerazione, invece, il calore di scarto non viene disperso, ma recuperato per essere poi utilizzato in vario modo. In questo modo la cogenerazione raggiunge un’efficienza superiore anche al 85%.

Finora la produzione cogenerativa è stata una prerogativa delle macchine di taglia medio grande su grandi impianti di potenza, ed in particolare di turbine a gas (ciclo semplice e combinato), turbine a vapore e più raramente grandi motori alternativi.
In una centrale di cogenerazione il calore di scarico delle macchine ha livelli termici elevati e di conseguenza può essere utilizzato in diversi modi:

• produzione di acqua calda per usi civili o industriali,
• produzione di vapore per teleriscaldamento o per processi industriali,
• utilizzo diretto dei fumi depurati per essiccamento o riscaldamento.

Le perdite di calore, l’energia necessaria per il pompaggio dell’acqua o del vapore nelle reti di trasporto pongono però dei limiti alla distribuzione del calore su grande scala; infatti se effettuata su un’area troppo vasta i vantaggi energetici ottenuti con la produzione combinata si perdono nella distribuzione alle utenze. Le utenze termiche devono perciò concentrarsi in aree limitrofe all’impianto di produzione nonostante il sistema di trasmissione del calore sia efficiente e ben progettato.

La generazione distribuita (spesso indicata con l’abbreviazione anglosassone DG) consiste nell’installazione localizzata, vicino agli utilizzatori, di unità di generazione elettrica, le cui taglie di potenza variano, generalmente, da qualche chilowatt a qualche megawatt. Tali unità di generazione possono essere interconnesse al sistema di trasmissione o di distribuzione; inoltre, avvalendosi dell’utilizzo di fonti energetiche rinnovabili (eolica, solare, biomasse, rifiuti, ecc.) o non rinnovabili, sono facilmente realizzabili installazioni in luoghi impervi, isolati o lontani dalla rete di distribuzione, avendo così un funzionamento ad isola (stand alone).
Attraverso la generazione distribuita, l’energia elettrica viene quindi prodotta direttamente sul sito di utilizzo e con l’utilizzo di tecnologie e di macchine molto diverse tra loro: microturbine, fuel cells, motori a combustione interna, ecc.
Un sistema per la generazione distribuita data la sua grande versatilità, può essere quindi utilizzato per soddisfare i bisogni del piccolo consumatore (utenze domestiche), ma anche quelli dei grossi complessi industriali.

La generazione distribuita offre dei vantaggi non marginali rispetto alla classica generazione elettrica:

• produzione limitata al solo quantitativo di elettricità necessario all’utenza locale;
• impatto ambientale distribuito e non concentrato attorno alla singola centrale;
• assenza di perdite di trasporto sulle reti di distribuzione.

La micro-cogenerazione nasce proprio dagli stessi principi su cui si fondano la cogenerazione e la generazione distribuita:

• generazione contemporanea di elettricità e calore ;
• produzione di energia termica ed elettrica presso le utenze.

La micro-cogenerazione è la cogenerazione su piccola scala; le potenze elettriche vanno come per la DG dal kilowatt ai megawatt. La micro-cogenerazione è stata per lungo tempo poco praticata, se non a livello di ricerca, principalmente per due motivi: le vantaggiose economie di scala sfruttate dalle grandi turbine da centrale e dai sistemi di trasmissione in alta tensione, i bassi rendimenti elettrici e termici offerti dalle macchine di piccola taglia. Ora, anche sulla spinta di Direttive europee, sta per diventare un obiettivo di massimo sviluppo.