COGENERAZIONE
(Ing. Pietro Innocenzi
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Per cogenerazione di energia si intende la generazione di energia elettrica ed energia termica nella stesso processo di
generazione: si recupera il calore a valle del processo di produzione di energia elettrica.
I sistemi di cogenerazione sono ottimi mezzi di recupero e risparmio energetico: dal 60% al 100% di risparmio di
combustibili fossili a seconda delle tipologie di impianto e necessità energetiche.
I sistemi di cogenerazione, con motori endotermici o a turbine, consentono la autoproduzione di energia elettrica
utilizzando differenti fonti primarie di energia termica quali metano, gpl, biogas, biomasse ecc. e contemporaneamente
permette di disporre di energia termica recuperata dal processo di trasformazione.
Nella produzione convenzionale di energia elettrica soltanto il 35% dell'energia primaria fornita al sistema viene
trasformata in energia elettrica mentre il 65% viene dissipata nell'ambiente con gravi conseguenze di carattere
economico ed ambientale.
Invece, nella produzione di energia elettrica mediante cogenerazione, soltanto il 10% dell'energia primaria viene
sprecata, mediamente il 37% viene convertito in energia elettrica ed il 53 % recuperato e trasformato in energia
termica come acqua calda, acqua surriscaldata o vapore. Con soluzioni tecniche di nuova generazione si raggiungono
rendimenti elettrici nell'ordine del 42 % pari a 2,33 kW di energia primaria per ottenere 1 kW di energia elettrica
Attualmente la cogenerazione è diventata indubbiamente una buona opportunità, conveniente anche per utenze
medio-piccole:
Motori a combustione interna
Le esigenze di cogenerazione di energia per le utenze piccole e medie, caso specifico gli ospedali, sono coperte da
sistemi che utilizzano motori a combustione interna. Infatti è possibile ottenere con motori a combustione interna di
derivazione automobilistica di serie, una potenza elettrica di 15 kW e termica contemporanea di 30 kW termici, mentre
moduli costituiti da motori Diesel pesanti con velocità di rotazione non superiori a 400 g/min. presentano potenze
elettriche unitarie fino a 10 MW. Le versioni derivate da Diesel sovralimentati consentono un aumento medio della
potenza specifica dell'ordine del 40% e soprattutto una riduzione dell'inquinamento dovuto alla minor presenza allo
scarico di NOx, CO e particolato. Il calore viene prodotto recuperando l'energia termica resa disponibile dai gas di
scarico a temperatura elevata a dal sistema di refrigerazione dell'olio e delle camicie dei cilindri a temperatura più
bassa. I sistemi di recupero impiegano scambiatori compatti, in genere montati sulla macchina direttamente nelle
officine del fabbricante.
Le caratteristiche principali di questi impianti sono:
• recupero del calore che non modifica il funzionamento del motore, considerato come puro generatore dei
energia elettrica
• elevato rendimento elettrico (pari anche al 42% nei motori Diesel), che si mantiene anche a carichi parziali
• possibilità di variare rapidamente il carico elettrico
• possibilità di convertire all'impiego del gas naturale, con modifiche non rilevanti, macchine progettate per
l'uso di distillati leggeri e con modifiche costruttive più impegnative macchine progettate per l'uso di gasolio o
di combustibile denso
• frequente esigenza di attenuare la rumorosità (specie in prossimità di abitazioni)
• estrema facilità nell'installare impianti di tipo modulare potenziabili nel tempo e con ridotti tempi di consegna
delle macchine di taglia medio-piccola perché prodotte in serie
TRIGENERAZIONE
Un particolare campo di sistema di cogenerazione è quello della trigenerazione che, oltre a produrre energia elettrica ,
consente di utilizzare l’energia termica recuperata dalla trasformazione anche per produrre energia frigorifera , ovvero
acqua refrigerata per il condizionamento o per processi industriali.
La trasformazione di energia termica in energia frigorifera è resa possibile dall’impiego del ciclo frigorifero ad
assorbimento il cui funzionamento si basa su trasformazioni di stato del fluido refrigerante (acqua) in combinazione
con la sostanza (bromuro di litio) utilizzata quale assorbente.
Lo schema di massima è:
Il bilancio energetico tipico può essere così definito:
I refrigeratori ad assorbimento impiegano , come fluido di processo , una soluzione di acqua e bromuro di litio.
L’operazione , propria dei sistemi di refrigerazione , di sfruttare il calore latente di alcuni fluidi nelle loro fasi di
cambiamento di stato per sottrarre calore da una sorgente fredda e trasferirlo in una a più elevata temperatura, nel
processo ad assorbimento si compie lasciando evaporare alternativamente e condensare il fluido refrigerante (acqua)
contenuto in una soluzione con fluido solvente (bromuro di litio) dal quale viene assorbito.
La soluzione di acqua/bromuro di litio viene riscaldato nel generatore alimentato ad acqua calda; qui l’acqua contenuta
nella soluzione evapora ed il vapore viene immesso nel condensatore dove ritorna liquido mediante lo scambio termico
con l’acqua di raffreddamento proveniente da una torre evaporativi
Il liquido ottenuto composto soltanto da acqua (refrigerante) viene immesso nell’evaporatore nel quale evapora a
spese del calore sottratto all’acqua che si vuole refrigerare.
Il vapore passa poi nell’assorbitore dove viene riassorbito dal bromuro di litio per riformare la soluzione iniziale da
immettere nel generatore. Il ciclo continua all’infinito.
I principali componenti sono : il generatore, il condensatore, l’evaporatore e l’assorbitore
E’ una macchina statica non avendo organi in movimento all’infuori di due pompe esterne: pompa per la soluzione e
pompa per il refrigerante.
L’assorbitore ed il generatore sostituiscono il compressore elettrico presente nei normali gruppi frigoriferi a
compressione di vapore.
L’apporto energetico dell’elettricità richiesto nella macchine con compressore è sostituito , nel ciclo ad assorbimento da
energia termica con temperatura a partire da 85 °C.
L’assorbimento elettrico di un refrigeratore ad assorbimento può essere considerato pari allo 0,045 % di quello di un
refrigeratore a compressori elettrici di pari potenza frigorifera.
