Gruppi cogenerativi

Viene definito cogenerativo un impianto che, utilizzando un combustibile di origine fossile,

permette di produrre potenza elettrica e termica per diversi tipi di utenza. Generalmente gli

impianti cogenerativi sono installati in industrie che, necessitando di un elevato fabbisogno

di potenza termica per i propri processi interni di produzione, combinano tale produzione con

quella di energia elettrica che in parte può essere utilizzata per usi interni e in parte venduta

alla rete elettrica nazionale.

Un altro importante settore di utilizzo dei sistemi di produzione cogenerativi è rappresentato

dagli impianti per uso civile: l’energia termica prodotta viene venduta a privati e/o a enti

esterni per il riscaldamento di locali e come acqua calda per uso sanitario.

La produzione combinata di calore e lavoro meccanico può essere realizzata con diverse

tipologie di impianti. I più diffusi, sono:

- Impianti cogenerativi con turbina a gas

- impianti cogenerativi con turbina a vapore

- impianti cogenerativi a ciclo combinato

- impianti cogenerativi con motori a combustione interna.

-

I campi di impiego delle diverse tipologie si differenziano in base alla taglia.

La figura riporta per sei diverse taglie di impianti la

ripartizione della produzione nazionale italiana alla fine

del ‘98.

Si può notare che i motori a combustione interna

rappresentano una soluzione di largo impiego per le

basse potenze, grazie ai minori costi di investimento

rispetto a soluzioni più complesse.

I sistemi impiegati turbine a vapore in contropressione e

a derivazione hanno rappresentato le soluzioni

universalmente più utilizzate per le medie e alte potenze

(fino all’introduzione degli impianti turbogas e dei cicli

combinati), mentre negli ultimi anni sono stati sempre più spesso “trasformati” in impianti a

ciclo combinato affiancandovi gruppi turbogas.

L’impianto cogenerativo produce in genere vapore surriscaldato o acqua calda che può

venire utilizzata direttamente dall’utenza termica oppure inviata in scambiatori di calore

intermedi per riscaldare il fluido da utilizzare nell’utenza termica finale.

Per talune applicazioni si può utilizzare come fluido vettore l’aria che presenta come

principale svantaggio i bassi coefficienti di scambio termico che impongono dimensioni

elevate agli scambiatori di calore.

Un altro fluido spesso utilizzato sono gli oli diatermici, derivati del petrolio, che hanno come

caratteristica principale quella di mantenersi liquidi alla pressione atmosferica fino ad una

temperatura di 300℃. Gli oli diatermici presentano una temperatura di solidificazione

decisamente più bassa di quella dell’acqua, allontanando così il pericolo di gelo nelle

condotte.

Indici caratteristici

Poiché negli impianti a cogenerazione l’effetto utile non si limita alla produzione di potenza

elettrica ma anche alla cessione di potenza termica per usi civili ed industriali, per

valutare l’efficienza di un impianto si fa ricorso a due diversi parametri: rendimento elettrico

(o indice di utilizzazione elettrica) e rendimento termico (o indice di utilizzazione termica)

η

. Tengono conto separatamente dei due effetti utili prodotti dal sistema cogenerativo e

η

ℎ

così definiti:

η = η =

· ·

ℎ

dove rappresenta la potenza termica introdotta nell’impianto attraverso il combustibile.

Si preferisce far ricorso al coefficiente di utilizzo (somma dei due effetti utili diviso la

η

spesa totale in termini di combustibile) e all’indice elettrico (o rapporto di cogenerazione)

(rapporto fra la potenza elettrica e quella termica prodotta:

+

η = = η + η =

·

ℎ

Sommare e , benché sia corretto dal punto di vista dimensionale, non lo è dal punto di

vista energetico dove le due potenze sono di “qualità” nettamente diverse. Infatti la

conversione di energia termica in elettrica non può avvenire con i limiti del rendimento di

Carnot. Tali motivazioni rendono poco diffuso (e corretto) l’utilizzo di mentre spesso si fa

η

ricorso all’indice elettrico che indica se l’impianto è destinato alla copertura del fabbisogno

elettrico o di quello termico.

Per valutare le prestazioni di un impianto si utilizzano due diversi indici, presenta difficoltà

specialmente se si vogliono confrontare impianti diversi. Per evitare questo, si fa spesso

ricorso a “indici di confronto”; permettono di valutare la maggior o minor “bontà” di un

impianto cogenerat