Cogenerazione: come funziona

La cogenerazione è un sistema che permette di avere contemporaneamente energia termica ed elettrica da un unico impianto con tecniche ad alto rendimento che permettono un basso impatto ambientale. La cogenerazione quindi si traduce in vantaggi economici, ecologici ed energetici.

Nel nord Europa la cogenerazione è già una realtà avviata da tempo per riscaldare e fornire di energia elettrica interi quartieri ma negli ultimi anni sta prendendo piede anche nel nostro paese. Vediamo quindi come funziona e quali sono i vantaggi di un impianto di cogenerazione.

Cos’è e come funziona la cogenerazione (immagine di geralt – Fonte: https://pixabay.com)

Cos’è la cogenerazione

Come abbiamo visto la cogenerazione è un sistema che permette di avere contemporaneamente energia termica ed elettrica da un unico impianto con tecniche ad alto rendimento che permettono un basso impatto ambientale. Normalmente negli impianti di produzione di energia elettrica viene prodotto solo il 40% mentre il restante 60% viene disperso nell’ambiente sotto forma di calore proveniente dalla combustione dei motori. Con la cogenerazione questo calore invece di essere disperso viene recuperato e convertito nuovamente in energia termo-elettrica pronta all’uso, ottenendo quindi risparmi e tutelando l’ambiente perchè di fatto migliora l’efficienza dell’impianto.

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Come funziona un impianto di cogenerazione

Sostanzialmente un impianto di cogenerazione è formato da tre elementi principali:

• il motore primo: da avvio al processo di produzione di energia;
• generatore elettrico: converte l’energia meccanica in elettricità;
• scambiatori di calore: recuperano il calore dissipato durante la fase di produzione dell’elettricità.

Attualmente si sta cercando di migliorare sempre di più l’efficienza energetica di questi impianti di cogenerazione sostituendo il motore primo con celle a combustibile, motori Stirling e microturbine, sfruttando in maniera più efficiente possibile il calore disperso.

Raffreddatori evaporativi a circuito chiuso in centrale di produzione di energia in cogenerazione (foto di Tempco – Fonte: https://www.flickr.com)

Vantaggi di un impianto di cogenerazione

Un impianto di cogenerazione ha la funzione produrre energia elettrica e termica sfruttando un unico processo recuperando il calore prodotto dalla combustione che andrebbe disperso in atmosfera arrivando a un’efficienza che si aggira attorno al 90%.

Detto questo è chiaro che l’energia prodotta da un impianto di cogenerazione è più che raddoppiata rispetto a quanto accade con un tradizionale impianto di generazione elettrica, a parità di combustibile consumato in partenza. Questo comporta vantaggi sotto l’aspetto economico ma soprattutto sotto l’aspetto ambientale ed ecologico perchè si riducono lo spreco e le emissioni di CO2.

Inoltre si riducono gli sprechi perchè con un impianto di cogenerazione utilizzato per esempio per una parte di quartiere di una città riduce le dispersioni di energia elettrica che normalmente si hanno con il trasporto lungo la rete di distribuzione nazionale. Ancora un altro vantaggio di un impianto di cogenerazione è il fatto che permette di produrre due tipi di energia (elettrica e termica) utilizzando un solo impianto alimentato da una sola fonte (gas, biodiesel, metano, ecc) e non due separati come nelle centrali termiche di vecchia generazione.

Altri vantaggi della cogenerazione e trigenerazione

La nuova frontiera è il passaggio dalla cogenerazione alla trigenerazione, ovvero un impianto che produce contemporaneamente, sempre utilizzando un’unica fonte, energia elettrica, energia termica e acqua refrigerata che può essere usata per gli impianti di condizionamento oppure per raffreddare alcuni macchinati industriali.

Riassumendo un impianto di cogenerazione ha notevoli vantaggi da punto di vista economico, energetico ed ambientale che si possono riassumere così:

• produzione di energia a prezzi vantaggiosi;
• aumenta l’efficienza energetica dell’impianto;
• riduce notevolmente i consumi e recupera il calore trasformandolo in energia;
• limita fortemente le emissioni di CO2 immesse in atmosfera con notevoli benefici ambientali;
• possono essere alimentati da fonti rinnovabili;
• è possibile usufruire di incentivi statali per l’aumento dell’efficienza energetica e la produzione di energia termica da fonti rinnovabili

Tipologie di cogeneratori e tecnologie disponibili

Non esiste un solo tipo di impianto di cogenerazione: la tecnologia del motore primo cambia in base alla taglia di potenza richiesta, al combustibile disponibile e al tipo di calore che si vuole recuperare. Conoscere le principali soluzioni aiuta a capire quale impianto è più adatto a una determinata applicazione, dalla piccola utenza domestica fino alla grande centrale industriale.

• Motori a combustione interna: sono la soluzione più diffusa per le potenze medio-piccole. Robusti, affidabili e con costi di investimento contenuti, recuperano il calore dai fumi di scarico e dal circuito di raffreddamento. Sono ideali per industrie, ospedali e strutture ricettive.
• Turbine a gas: indicate per le potenze elevate, producono grandi quantità di gas di scarico ad alta temperatura, perfetti per generare vapore industriale. Vengono spesso usate in cicli combinati nelle grandi centrali.
• Microturbine: compatte e a basse emissioni, coprono le piccole potenze e sono apprezzate dove servono silenziosità e ridotta manutenzione.
• Motori Stirling e celle a combustibile: rappresentano la frontiera più innovativa, con rendimenti elevati e bassissime emissioni; sono adatti anche alla microcogenerazione domestica, ovvero a piccoli apparecchi che affiancano la caldaia producendo elettricità per l’autoconsumo.

La scelta della tecnologia non è mai casuale: dipende dal rapporto tra fabbisogno elettrico e termico dell’utenza, dalle ore di funzionamento annue previste e dalla qualità del calore richiesto (acqua calda, vapore, aria calda). Un dimensionamento corretto è la condizione fondamentale per ottenere il risparmio atteso.

Come scegliere e dimensionare un impianto di cogenerazione

Il principio guida di un buon progetto di cogenerazione è semplice ma decisivo: l’impianto va dimensionato sul fabbisogno di calore, non su quello elettrico. Il vantaggio economico nasce infatti dal recupero e dall’utilizzo del calore prodotto; se questo calore non viene impiegato e viene disperso, il cogeneratore perde gran parte della sua convenienza e si comporta come un normale generatore elettrico. Per questo la prima analisi da fare è studiare le curve di consumo termico ed elettrico dell’edificio o del processo produttivo lungo l’intera giornata e l’intero anno.

Prima di procedere all’acquisto è utile valutare con attenzione alcuni aspetti pratici:

• Ore di funzionamento annue: la cogenerazione conviene quando l’impianto lavora per molte ore (idealmente oltre 4.000-5.000 ore l’anno). Un utilizzo saltuario allunga di molto i tempi di ritorno dell’investimento.
• Contemporaneità dei fabbisogni: elettricità e calore devono servire nello stesso momento. Utenze come ospedali, hotel, piscine, serre e caseifici sono candidate ideali proprio perché richiedono energia in modo costante.
• Combustibile disponibile: la presenza di una rete gas, di biogas da reflui o di biomasse locali influenza fortemente i costi di esercizio e la sostenibilità.
• Spazi e autorizzazioni: il cogeneratore richiede un locale tecnico adeguato, sistemi di abbattimento delle emissioni e gli allacciamenti alla rete elettrica con i relativi permessi.

Affidarsi a un tecnico specializzato per la diagnosi energetica e per il calcolo del dimensionamento è il modo migliore per evitare un impianto sovradimensionato, costoso e poco sfruttato. Un buon progetto, al contrario, garantisce un autoconsumo elevato e un ritorno economico concreto.

Manutenzione ed errori comuni da evitare

Come ogni impianto tecnologico, anche il cogeneratore richiede una manutenzione regolare e programmata per mantenere nel tempo il rendimento dichiarato e per garantire la sicurezza di funzionamento. I motori a combustione interna, in particolare, necessitano di interventi periodici sui filtri, sull’olio lubrificante, sulle candele e sugli scambiatori di calore, oltre a controlli sulle emissioni e sul sistema di raffreddamento. Trascurare la manutenzione significa veder calare il rendimento, aumentare i consumi e rischiare fermi macchina improvvisi proprio quando l’energia serve di più.

Tra gli errori più comuni che riducono o annullano i vantaggi della cogenerazione ci sono:

• Sovradimensionare l’impianto rispetto al fabbisogno reale, con il risultato di farlo lavorare poche ore o a carico parziale, condizione in cui il rendimento crolla.
• Non utilizzare tutto il calore prodotto: disperdere il calore in atmosfera vanifica il principio stesso della cogenerazione.
• Sottovalutare la manutenzione, scegliendo l’impianto solo in base al prezzo d’acquisto e non al costo totale di gestione lungo gli anni.
• Ignorare gli incentivi e gli adempimenti normativi, perdendo agevolazioni importanti o incorrendo in sanzioni per autorizzazioni mancanti.

Pianificare fin dall’inizio un contratto di manutenzione e monitorare i consumi con sistemi di telecontrollo permette di mantenere l’impianto efficiente per tutta la sua vita utile, che per un cogeneratore ben curato può superare i quindici anni di servizio.

Domande frequenti sulla cogenerazione