Con il termine “cogenerazione” (dall’inglese Combined Heat and Power – CHP), ci si riferisce alla produzione combinata di energia termica (calore) ed energia elettrica.
Tale calore (detto anche calore sprecato o di scarto) è derivante dal secondo principio della termodinamica, il quale prevede che un ciclo termodinamico che converte in lavoro utile il calore prelevato da una sorgente a una data temperatura, deve necessariamente cedere una parte di quel calore ad un’altra sorgente a temperatura inferiore della prima.
La cogenerazione, oltre che fornire energia elettrica autoprodotta, e presumibilmente auto-consumata, auspica il miglior recupero del calore di scarto possibile, al fine da aumentare il rendimento totale del sistema cogenerativo stesso (rendimento elettrico + rendimento termico).
LA TAGLIA DELL’IMPIANTO COGENERATIVO
Solitamente il calore di scarto prodotto è maggiormente recuperabile, tanto più l’utenza cui viene reindirizzato, richiede calore a bassa temperatura (< 200°C). In generale, in base alla tipologia e alla taglia elettrica/termica dei cogeneratori, si dispone di diverse quantità di calore (tipicamente in ACS e/o in vapore saturo) a diversa entalpia, sfruttabili in svariati scenari energivori.
Il principio di convenienza dei sistemi cogenerativi, per qualunque taglia di impianto considerata, si basa sempre sulla più alta valorizzazione dell’energia termica prodotta possibile.
Ciò significa che il fabbisogno termico dell’utenza, e le rispettive concentrazioni entalpiche, devono sovrapporsi il più possibile con il calore di scarto prodotto dal cogeneratore.
Esistono casi in cui il termico prodotto in eccesso può essere convertito in energia frigorifera a mezzo di gruppi frigoriferi ad assorbimento atti al trasferimento di energia termica da una sorgente a temperatura maggiore ad una inferiore.
In tal caso si parla di “tri-generazione”, che grazie alla sua quota di energia frigorifera, permette di sopperire ad utenze che richiedono anche il freddo.
Inoltre, maggiore è la quantità di energia elettrica che viene auto-consumata, ancor più sale il rendimento globale del sistema cogenerativo e quindi la rispettiva convenienza dell’investimento sostenuto.
Tali linee guida, fondamentali nella scelta di soluzioni cogenerative di qualunque tipologia e dimensione, valgono ancor più per cogeneratori di piccola taglia come i micro-cogeneratori (micro-CHP), nei quali si tende a dimensionare l’impianto sul fabbisogno termico dell’utenza, invece che sul carico elettrico come solitamente nei grandi impianti di cogenerazione.
Occorre precisare che in riferimento all’art. 2 del D. Lgs. 20/2007 vengono definiti precisamente:
– Unità di piccola generazione: unità di cogenerazione installata inferiore ad 1MWe;
– Unità di micro-cogenerazione: unità di cogenerazione installata inferiore a 50kWe;
I primi sono indicati per realtà energivore più importanti che tipicamente si trovano in ambito industriale di taglia contenuta o grandi strutture energivore commerciali, mentre gli ultimi con potenze nominali elettriche a partire dai 50kWe, trovano applicazioni per strutture alberghiere, centri SPA, impianti sportivi fino a coprire le applicazioni in ambito residenziale domestico (potenze nominali elettriche inferiori ai 5kWe) .
TECNOLOGIE DISPONIBILI SUL MERCATO
Visti i suddetti scenari di convenienza, perché si parla quindi di micro-cogenerazione solo da pochi anni?
La risposta consta nel miglioramento dei rendimenti elettrici di questi sistemi, conseguiti solo recentemente a seguito di progressi tecnologici ottenuti in ambito micro-cogenerativo.
Le tecnologie tipicamente impiegate per la micro-cogenerazione sono le seguenti:
- Motori a Combustione Interna (MCI) alimentati a gas (naturale o in alcuni casi a GPL)
- Motori Stirling a combustione esterna
- Microturbine a gas (ciclo Rankyne)
- Micro-cogeneratori – celle a combustibile di diversa tecnologia dell’idrogeno
Il passo successivo alla scelta dell’apposita taglia di impianto (proporzionata all’utenza termica cui il micro-cogeneratore andrà a sopperire quota parte o nella totalità dell’energia termica richiesta), consiste nell’individuare la giusta tecnologia ai fini di un buon rendimento elettrico in relazione alla potenza elettrica/termica nominale selezionata, il tutto a beneficio del rendimento totale dell’impianto cogenerativo.
MICROCOGENERAZIONE – TREND TECNOLOGICI
Come evidenziato dalla Fig.1, l’intera gamma di cogeneratori che coprono potenze elettriche nominali dai 1000kWe fino a valori inferiori al kWe, è dominata proprio dai motori a combustione interna (MCI), i quali, oltre ad essere quelli a tecnologia ormai più consolidata e con costi più bassi, sono anche quelli che in ambito europeo risultano in più unità installate (Fig.2). Nella stessa figura, si nota un incremento dei micro-cogenerazione a motori Stirling, adatti soprattutto allo scenario residenziale domestico in forte crescita specie alle latitudini europee caratterizzati da climi freddi.
Le altre tecnologie in ambito micro-cogenerativo come le microturbine a gas, sono indirizzate ad utenze termiche con specifici fabbisogni entalpici (ad esempio prevalenza di vapore saturo su ACS).
Risultano interessanti infine, i sistemi micro-cogenerativi con utilizzo di celle a combustibile.
Tali sistemi, allo stato presente oggetto di forti attività di ricerca e sviluppo, promettono nello stesso range di potenze elettriche nominali dei MCI, rendimenti elettrici decisamente superiori a quest’ultimi. Non stupisce quindi che nei prossimi anni, possano aumentare le percentuali di impianti cogenerativi e micro-cogenerativi installati con tecnologia a cella a combustibili in scenari residenziali domestici e condominiali.
MICRO-COGENERAZIONE PER CHI?
Allo stato della tecnologia micro-cogenerativa corrente, si conferma dunque che per alberghi e centri SPA, strutture sanitarie, impianti sportivi che abbiamo un giustificato fabbisogno termico (principalmente in ACS), e di conseguenza elettrico, i micro-cogeneratori con tecnologia MCI sono quelli maggiormente indicati.
CAR – BENEFICI DELLA NORMATIVA VIGENTE
Si ricorda che così come i sistemi cogenerativi di larga taglia (CHP), anche per i sistemi microCHP, vale il concetto di Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR), stabilito dal D. Lgs. 8 febbraio 2007, n. 20 (attuazione della Direttiva Europea 2004/8/CE). I criteri per riconoscimento CAR, si basano sul parametro in percentuale chiamato PES (Primary Energy Saving, o spesso in italiano indicato anche con REP), il quale ai fini del riconoscimenti CAR, deve essere PES > 0, come descritto nel DM 4 agosto 2011, che integra appunto il D.Lgs. 8 febbraio 2007, n. 20.
Agli impianti cogenerativi riconosciuti come CAR, vengono riconosciuti i principali benefici riportati di seguito in ordine di importanza per gli scenari applicativi sopra indicati:
– Accesso al meccanismo incentivi dei Titoli di Efficienza Energetica (TEE – Certificati Bianchi) ai sensi dell’art. 6 del Decreto Legislativo 8 febbraio 2007, n. 20, e secondo le modalità indicate dal DM 5 settembre 2011.
– Accesso al meccanismo di scambio sul posto con la rete elettrica nazionale per impianti riconosciuti CAR con potenza nominale elettrica fino a 200 kWe (deliberazione dell’AEEG del 3 giugno 2008 – ARG/elt 74/08 e s.m.i.).
– Beneficio di agevolazioni fiscali sull’accisa del gas metano impiegato nel sistema CAR (D.Lgs. 26 ottobre 1995, n. 504 aggiornato dal D.Lgs. 2 febbraio 2007, n. 26);
-Precedenza del dispacciamento dell’energia elettrica prodotta con sistemi riconosciuti CAR rispetto a quella prodotta da fonti convenzionali (art. 11, comma 4 del D.Lgs. 16 marzo 1999, n.79);
LA SOLUZIONE ZECCA ENERGIA
Forte delle competenze acquisite nel corso degli anni di attività in ambito energetico sia fossile che delle fonti energetiche rinnovabili, il Gruppo Zecca, offre ai propri Clienti, la possibilità di procedere all’implementazione di soluzioni micro-cogenerative personalizzate ed ottimizzate per un ampio spettro di utenze termo-elettriche valutabili. I Clienti di Zecca- vengono seguiti lungo tutto l’iter progettuale dell’impianto di micro-cogenerazione che parte da un attento audit energetico strumentale, progettazione preliminare ed esecutiva, installazione e messa in servizio degli impianti considerati.
Zecca Energia segue infine tutto l’iter autorizzativo dell’impianto realizzato, fornendo ai suoi Clienti servizi di manutenzione dedicati del tipo O&M.