La cogenerazione è
il processo della
produzione contemporanea di
energia meccanica (solitamente
trasformata in energia elettrica) e di calore. Il calore è utilizzabile per
riscaldamento di edifici e/o per processi produttivi-industriali.
Lo spettro
delle prestazioni di
tipo elettrico e
termico riguardanti gli
impianti di cogenerazione variano da pochi a centinaia di
kilowatt. Dall'anno 2000 circa sono a disposizione sempre di più sul mercato impianti
delle dimensioni di una lavatrice,
le cosiddette mini e micro
centrali elettriche a cogenerazione per
case unifamiliari, piccole
imprese e hotel.
Nel 2009 è
partito un progetto
da parte di VW che prevede
l'installazione di 100.000
piccoli impianti di
cogenerazione, con prestazioni
complessive di circa 2 GW.
Un
esempio è dato dal funzionamento di un'automobile: la potenza prelevata
dall'albero motore è usata per la trazione e la produzione di elettricità, il
calore sottratto ai cilindri per il riscaldamento dell'abitacolo e
la pressione dei
gas di scarico
per muovere la
turbina di sovralimentazione. Lo sfruttamento di
calore e pressione
non comporta un
aumento dei consumi
poiché sono scarti
del processo di conversione da energia chimica ad energia meccanica
attuato dal motore. Il loro sfruttamento
consente di trasformare
l'energia primaria immessa
(il combustibile fornisce energia chimica) in forme diverse di
energia secondaria prodotta (movimento, calore). Un sistema che opera la
cogenerazione è detto co-generatore.
Uno dei
primi esempi di diffusione della cogenerazione su piccola scala in Italia è
stato il TOTEM realizzato nel 1973
dall'ing. Mario Palazzetti,
del Centro Ricerche
Fiat. L'energia termica
può essere utilizzata per
uso industriale o
condizionamento ambientale (riscaldamento, raffreddamento).
La
cogenerazione viene realizzata in particolari centrali termoelettriche, dove si
recuperano l'acqua calda o il
vapore di processo
e/o i fumi,
prodotti da un
motore primo alimentato
a combustibile fossile (gas
naturale, olio combustibile,
ecc.) o da
combustibili organici non
fossili (biomasse, biogas, gas
di sintesi, o
altro): si ottiene
così un significativo
risparmio di energia
rispetto alla produzione separata
dell'energia elettrica (tramite
generazione in centrale
elettrica) e dell'energia termica (tramite centrale
termica tradizionale).
Un particolare
campo dei sistemi
di cogenerazione è
quello della trigenerazione.L'efficienza può essere
espressa in diversi
modi, che non
sempre portano ad
un corretto confronto
tra i vari impianti. Si illustrano allora le
definizioni adottate dall'Environmental Protection Agency (EPA).
L'efficienza
di un processo semplice è il rapporto tra energia conservata, al termine del
processo, ed energia immessa.
Dato che
i sistemi di cogenerazione producono sia elettricità, sia calore, la loro
efficienza totale è data dalla somma
dell'efficienza elettrica e
dell'efficienza termica. Per
esempio un impianto
che utilizza 100 MWh
di metano per
produrre 40 MWh
elettrici e 40 MWh termici
ha un'efficienza elettrica e
termica del 40%
ed un'efficienza globale
dell'80%.La cogenerazione è
una tecnologia che consente
di incrementare l'efficienza
energetica complessiva di
un sistema di
conversione di energia. Ma per
spiegarne il motivo occorre analizzare i rendimenti.
Il
coefficiente di rendimento è caratteristico per ogni tipo di motore e
rappresenta il rapporto tra la resa energetica che ne deriva ed il combustibile
introdotto. Nel motore di una automobile indica il rapporto tra
i chilometri percorsi
e la quantità
di idrocarburi introdotti;
nei grandi motori
per la produzione di
energia elettrica il
coefficiente indica il
rapporto tra chilowattora
prodotti e il combustibile consumato.
Questi rapporti
sono caratteristici per
ogni tipo di
motore. Ad esempio i
motori di auto
a benzina presentano rendimenti che oscillano tra il 20
e il 30 per cento; auto con motori diesel tra il 25 e il 35 per cento, il
restante diventa calore disperso.
I grandi
motori hanno un'efficienza maggiore e, pur generalizzando molto, si può
affermare che per i motori termoelettrici, il coefficiente di rendimento è
discretamente alto e può raggiungere un 55%. Ma
il medesimo motore
quando produce in
cogenerazione presenta coefficienti
che raggiungono
l'85%, perché
il potere calorifico
del combustibile è
utilizzato al meglio,
con un'effettiva ottimizzazione
dei processi.
Naturalmente gli
investimenti per adattare
i motori di
una centrale termoelettrica alla cogenerazione sono
notevoli, ma qualora
sia possibile creare
una rete di
teleriscaldamento, i
risultati sono sempre
vantaggiosi. Va considerato
infatti il periodo
di utilizzo di
queste macchine,che arriva anche
a 30-40 anni.
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