Funzionamento di un impianto di cogenerazione

Cos'è un impianto di cogenerazione

Per impianto di cogenerazione si intende un impianto in cui avviene la produzione contemporanea di energia elettrica e termica utilizzando un unico combustibile: la condizione necessaria è che quest'ultimo entri in una sola macchina da cui si genereranno entrambe le energie.

Tale impianto è applicabile sia per il riscaldamento di edifici che per processi industriali. Grazie al minore consumo di combustibile, può portare a un elevato risparmio energetico.


L'impianto di cogenerazione è nato dalla necessità di riutilizzare il calore disperso per la produzione di energia elettrica. Tale calore viene preso e trasformato in energia termica immediatamente utilizzabile per il riscaldamento, non tutto però, poiché una parte verrà lo stesso dispersa nel processo.

Il risultato che si vuole ottenere con la cogenerazione è di utilizzare al meglio l'energia presente nel combustibile.

Un impianto cogenerativo funziona tramite:

• l'uso di un motore che trasforma il combustibile in energia meccanica (per esempio una turbina a vapore o a gas);
  
  
• un generatore elettrico, in grado di convertire energia meccanica in elettrica;
  
  
• degli scambiatori di calore, che hanno la funzione di recuperare il calore dissipato.

Il calore recuperato può essere usato sia direttamente, sia indirettamente per la produzione di acqua calda sanitaria o acqua fredda per il raffreddamento.

Tipi di impianto di cogenerazione

Esistono diversi tipi di impianto di cogenerazione.

• Motori a combustione interna (endotermici): la produzione di energia elettrica avviene mediante un alternatore allineato col motore e il calore, presente nei fumi di scarico e nei fluidi, viene riutilizzato.
  
  
• Turbine a vapore: il calore contenuto nel vapore non viene utilizzato per la produzione di energia elettrica, ma per il riscaldamento.
  
  
• Turbine a gas: l'energia termica viene recuperata dai fumi mediante l'utilizzo di scambiatori di calore.
  
  
• Cicli combinati: il calore presente nei fumi e in uscita dalla turbina a gas alimenta una caldaia a recupero; questa caldaia produce poi vapore che alimenta una turbina classica. Tutte e due le turbine generano energia elettrica tramite alternatori e una parte dell'energia termica contenuta nel vapore viene utilizzata per il riscaldamento.

I primi due vengono utilizzati per impianti di micro-cogenerazione, gli ultimi due per applicazioni industriali.

Combustibili per un impianto di cogenerazione

I fluidi utilizzati per il trasferimento di calore possono essere di diverso tipo: acqua, elio o fluido organico. L'impianto di cogenerazione può essere poi alimentato da diversi tipi di combustibile di origine fossile, da rifiuti o da biomasse, impiegate in impianti di piccole dimensioni.


Il gas naturale è utile per turbine a gas e per motori a combustione interna, i combustibili solidi sono perfetti per grandi turbine a vapore mentre quelli liquidi sono utilizzati per impianti a ciclo combinato.

Ci soffermeremo adesso sugli impianti di cogenerazione utilizzati per le abitazioni.

Microcogenerazione per impianto domestico

Si definiscono micro cogeneratori quelle tipologie di impianti di cogenerazione aventi una potenza minore di 50 kW, adatti dunque per utenze domestiche.
Tali impianti possono funzionare autonomamente sia per edifici presenti in un condominio sia per singolo immobile.

L'obiettivo è produrre energia elettrica e calore con un unico dispositivo.
Tale energia provoca minori impatti ambientali in quanto produce emissioni molto più basse rispetto alle classiche centrali elettriche.

La microcogenerazione è spesso indicata con l'acronimo inglese MCHP (micro-combined heating and power).



Una differenza sostanziale con l'impianto di cogenerazione è che nel microcogenerativo il prodotto primario risulta essere l'energia termica, mentre l'elettrica è un prodotto secondario.

Questa caratteristica non è da sottovalutare in quanto in un'abitazione la maggior parte dell'energia è utilizzata per il riscaldamento o raffrescamento e per la produzione di acqua calda sanitaria.

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Impianto ecologico per l'energia elettrica domestica

Ansaldo Energia produttrice di microturbine per la cogenerazione

Esempio di impianto di cogenerazione generico

Motore dell'unità di cogenerazione

Nei riguardi dell'energia elettrica, essendo prodotta in eccesso, copre totalmente il fabbisogno elettrico necessario e rappresenta un enorme vantaggio poiché, data la sua autoproduzione, non avrà né costi di distribuzione né perdite.

Tipologie di impianto di microcogenerazione

Le tipologie di impianto di microcogenerazione domestica sono:

• Motori a combustione interna: in cui il moto del pistone avviene all'accensione del combustibile. Si hanno due flussi di calore separati;
  
  
• Motore Stirling: a combustione esterna che, tramite uno scambiatore, genera una differenza di temperatura che porta a un movimento rotatorio nei pistoni interni al motore. Un punto a favore è l'assenza di valvole e meccanismi per l'estrazione del fluido, necessitando quindi di una bassa manutenzione;
  
  
• Microturbine a gas: l'energia elettrica è prodotta dall'espansione del gas combustibile realizzata nella turbina stessa. Il lavoro meccanico si trasforma in energia elettrica, mentre il calore si recupera dai gas combustibili. Ha una grande vita utile ed è poco rumorosa.
  
  
• Celle a combustibile: apparecchi che funzionano come una batteria, accumulando energia elettrica. Essa può essere utilizzata subito sia per un fabbisogno elettrico sia per il riscaldamento tramite scambiatore. I vantaggi sono che non hanno parti in movimento.
  
  
• Pannelli solari: si combinano le celle fotovoltaiche con degli scambiatori di calore capaci di prendere l'energia termica prodotta dal surriscaldamento delle celle ed inviarlo a dei generatori per poter essere sfruttato.
  
  

Vantaggi e svantaggi degli impianti domestici

La microcogenerazione, ma in generale anche l'impianto di cogenerazione, può avere molti vantaggi:

• Si riduce il consumo di combustibile;
  
  
• L'energia elettrica è prodotta in maniera del tutto autonoma;
  
  
• Si ha una riduzione delle emissioni;
  
  
• Prevede costi bassi di gestione;
  
  
• Presenta un'ottima affidabilità.

In generale però bisogna sempre valutare bene ogni caso poiché non sempre la microcogenerazione risulta essere una scelta vantaggiosa.
In primis esiste la necessità di avere l'edificio nelle vicinanze dell'impianto.
Altro punto sfavorevole risulta l'accumulo di calore, in quanto se l'energia elettrica è in eccesso può essere ceduta alla rete, mentre per accumulare calore servono delle strutture aggiuntive non sempre economiche.

Inoltre dati i maggiori costi di investimento bisogna che le ore in cui il microcogeneratore sia in funzione siano molto alte.

Microcogeneratore domestico

In alcuni paesi ci sono state delle iniziative per poter portare un impianto di cogenerazione all'interno di edifici residenziali.

Esempio degno di nota è l'Ecowill realizzato in Giappone che presenta un'efficienza superiore all'85%. Il costo è intorno ai 6000€ e il tempo di ritorno è circa 5 anni. L'Ecowill opera per 2000 ore all'anno e ha bisogno di manutenzione per ogni 6000 ore di utilizzo.

È una tecnologia ideale, che è collegata alla rete elettrica, possiede una caldaia di emergenza e un serbatoio per la raccolta del calore.
Andiamo ora a visionare un'azienda che offre un prodotto utile per un impianto di cogenerazione.

Esempio di microturbina a gas per un impianto di cogenerazione

La microturbina a gas prodotta da Ansaldo Energia Spa è adatta per sistemi di cogenerazione, sia per ambito industriale che civile. Ha una scarsa manutenzione, bassa rumorosità e riduce al minimo le emissioni. Il sistema è utile per abbinare i vantaggi della microturbina con l'utilizzo di altre fonti energetiche, come bruciatori.



Come abbiamo potuto comprendere, l'applicazione dei microcogeneratori in Italia per edifici domestici rappresenta una scelta vantaggiosa per aumentare l'efficienza energetica, soprattutto in condomini che hanno elevati consumi termici rispetto a quelli elettrici.

Tipologia di microcogeneratore

Vitobloc è un prodotto dell'azienda Viessmann utilizzato per la produzione di energia termica ed elettrica; funziona a GPL o metano.


Micro cogeneratore dal funzionamento continuo, necessita di una sola manutenzione all'anno. Inoltre è completamente autonomo: non ha infatti bisogno di corrente elettrica da fornitori esterni.

Presenta caratteristiche elevate di efficienza economica ed è perfetto per case plurifamiliari.