Impianti di cogenerazione: cosa sono e come funzionano

Gli impianti di cogenerazione sono dei sistemi molto moderni e innovativi che consentono di produrre simultaneamente due tipi diversi di energia. Oggi vengono sfruttati soprattutto per la produzione e distribuzione di energia elettrica e termica. Utilizzare un sistema di cogenerazione significa andare a incontro a numerosi vantaggi, non solo economici ma anche ambientali. Infatti, si parla di meccanismi che riducono lo spreco e la dispersione di energia termica, garantendo una migliore resa energetica ed efficienza.

Che cos’è un impianto di cogenerazione?

Gli impianti di cogenerazione sono dei sistemi in grado di originare simultaneamente sia energia elettrica che energia termica. Infatti, si parla di meccanismi che nascono dal tentativo di sfruttare il calore normalmente disperso dalle centrali termoelettriche mediante un ciclo termodinamico che lo converte prima in energia meccanica e poi in elettrica. È bene sapere che seppure non tutto il calore possa essere convertito e sfruttato, si ottiene sempre un grande risparmio energetico.

La cogenerazione implica la conversione di una forma di energia ad alto valore termodinamico in energia termica di ridotto valore. Ne derivano dei vantaggi indiscussi, tra i quali si ricordano i seguenti:

• ridurre il consumo del combustibile: sfruttando il calore disperso si riduce di gran lunga il consumo dell’energia primaria, dato che questa viene utilizzata per generare elettricità e calore;
• ridurre le perdite di trasmissione per la distribuzione di energia: l’impianto di cogenerazione è localizzato vicino all’utenza e questo permette di ridurre eventuali sprechi durante il trasporto e la distribuzione dell’energia;
• ridurre i costi: il vantaggio economico è notevole, grazie alla riduzione dei consumi e agli incentivi di cui si può usufruire investendo in questo sistema di cogenerazione.

I vantaggi di cogenerazione sono numerosi e in generale si parla di impianti in grado di migliorare l’efficienza complessiva dell’utilizzo dell’energia. Scegliendo di installare un sistema di questo tipo si riducono gli sprechi economici ed ambientali, producendo calore ed elettricità.

Cogenerazione: significato

Quando si parla di cogenerazione si fa riferimento alla produzione combinata di energia elettrica e di calore. Infatti, in tali sistemi queste due forme di energia vengono prodotte secondo un modello waterfall in uno stesso impianto. Gli impianti di cogenerazione vengono anche chiamati CHP, che significa Combined Heat and Power.

Normalmente l’energia termica e quella elettrica vengono generate in due impianti diversi. Infatti, si parla proprio di due processi diversi svolti all’interno di meccanismi separati. Per dare origine all’energia elettrica si sfruttano le centrali termoelettriche, grazie alla dispersione nell’ambiente di energia termica a bassa temperatura. Invece, per generare quella termica ci si avvale delle caldaie, in grado di convertire l’energia primaria rappresentata dal combustibile in termica a ridotto in valore termodinamico.

Gli impianti di cogenerazione entrano in gioco proprio in questo contesto, con l’obiettivo di unire e snellire i due processi di produzione e di soddisfare la domanda di chi richiede energia elettrica e termica simultaneamente. Tali meccanismi portano a un risparmio energetico determinato dal consumo ridotto del combustibile.

Il funzionamento di un impianto di cogenerazione 

Per comprendere il funzionamento di un impianto di cogenerazione è necessario conoscere come avviene normalmente la produzione di energia elettrica. Questa energia viene prodotta all’interno delle centrali termoelettriche. Durante il processo si brucia un combustibile in una fornace per produrre calore e per mettere in moto la turbina. Solo a questo punto si aziona il generatore che produce elettricità. Durante l’intero processo è inevitabile che gran parte dell’energia termica prodotta inizialmente si disperda e venga persa. Il sistema di cogenerazione serve proprio a colmare questo gap e ad evitare la dispersione.

Il funzionamento di un impianto di cogenerazione si caratterizza per i seguenti elementi:

• recupero del calore: il sistema di cogenerazione è in grado di recuperare l’energia termica che viene dispersa producendo energia elettrica. Se prima la percentuale di conversione era solo del 30%, con questi sistemi diventa del 80% circa. Il calore recuperato viene utilizzato per il riscaldamento, per la produzione di acqua calda o come forza meccanica;
• motore a combustione interna: negli impianti di cogenerazione, la tradizionale turbina viene sostituita da un motore a combustione interna, mantenendo sempre lo stesso schema di funzionamento;
• uso di combustibili fossili o organici: per generare calore si prediligono i combustibili fossili, come il gas naturale, il GPL o il gasolio, ma anche naturali come il biogas e il biometano. L’obiettivo è adottare sempre più un’ottica sostenibile e riuscire a sviluppare sistemi che usano celle a combustibile sfruttando le reazioni dell’idrogeno con l’ossigeno.

Alla base del corretto funzionamento della cogenerazione ci sono un motore primo da alimentare, un generatore elettrico che converte l’energia meccanica in elettrica e uno scambiatore di calore che recupera il calore disperso. Grazie al lavoro sinergico di tali componenti si ottiene la massima efficienza.

Cogenerazione industriale: tutto ciò che c’è da sapere

I processi di cogenerazione possono essere utilizzati anche a supporto di interi impianti industriali. Conviene intraprendere tale strada quando si ha un elevato fabbisogno di elettricità e calore per svolgere i processi nell’industria. Questo di solito avviene nell’ambito alimentare, cartario e della ceramica. In tal caso la cogenerazione industriale risulta utile a massimizzare l’efficienza e a ridurre gli sprechi, a parità di prestazione.

Adottare i sistemi di cogenerazione nelle industrie apporta numerosi vantaggi quando si deve rispondere a una grande domanda energetica. In generale, si riesce ad ottenere un risparmio fino al 30% sul costo dell’energia e a tagliare le emissioni di CO₂. Inoltre, il grande vantaggio di un sistema di cogenerazione industriale è la sua localizzazione. Trattandosi di impianti on site, si riesce a mantenere stabile la produzione di energia necessaria a rispondere alla domanda di elettricità e riscaldamento. Al tempo stesso, la produzione in eccesso non è uno spreco, ma viene ceduta alla rete elettrica per monetizzare il surplus.

Grazie all’evoluzione tecnologia e alla crescita dei costi dell’energia primaria, gli impianti di cogenerazione si sono rivelati efficaci anche nelle piccole e medie imprese. La condizione necessaria è che la domanda sia stabile nel tempo. Ad esempio, luoghi adatti a supportare questi sistemi sono l’industria tessile, di raffinazione del petrolio, alimentare e per la produzione di materiali plastici.

Cogenerazione in Italia e Normativa

A livello normativo la cogenerazione è disciplinata dalla direttiva che ha promosso per prima l’utilizzo di tale modalità: Direttiva n°2004/8/CE. Qui viene definito il concetto di CAR (cogenerazione ad alto rendimento) e di calore utile. Si parla di unità in cui il valore del risparmio di energia primaria è almeno pari al 10% oppure di unità di micro-cogenerazione o piccola cogenerazione.

I parametri che qualificano un impianto come CAR sono molto importanti, perché si parla della condizione necessaria per accedere all’incentivo Certificati Bianchi. Ulteriori agevolazioni riguardano la possibilità di una parziale defiscalizzazione dell’accisa sul combustibile utilizzato: se si utilizza il gas naturale si deve considerare un’accisa forfettaria su 0,25 m³ per ogni kWh prodotto, quindi per i restanti 0,75 m³ si applica l’accisa relativa all’utenza considerata. Infine, anche nel caso di impianti di micro-cogenerazione è prevista un’incentivazione. Si parla dei sistemi utilizzati principalmente in ambito domestico e residenziale. In questo caso i lavori svolti per sostituire i tradizionali impianti termici con quelli di micro-cogenerazione rientrano nelle attività detraibili secondo l’ecobonus del 65% sull’efficienza energetica. L’agevolazione copre un massimo di 100 mila euro.