Cogenerazione e teleriscaldamento

Definizione di CHP, DH e CHPDH

La cogenerazione è indicata con l’acronimo CHP ovvero Combined Heat and Power e consiste nella produzione simultanea di elettricità e calore: entrambi questi prodotti devono però essere utilizzati, ad esempio l’elettricità può essere usata per alimentare macchinari elettrici mentre il calore per scaldare delle abitazioni oppure devono essere immagazzinati. In caso contrario, non si può parlare di cogenerazione ma si deve parlare di produzione elettrica o termica (in generale non cogenerativa) e si deve assumere che l’energia che non si recupera nel processo sia scarto e questo scarto riduce necessariamente l’efficienza energetica del sistema.

Uno schema di teleriscaldamento (indicato con l’acronimo DH ovvero District Heating) fornisce invece calore generato da un sistema termico o cogenerativo distante anche parecchi chilometri dal punto di consumo, contribuendo così a migliorare la qualità dell’aria ed il paesaggio della comunità.

Se il sistema che alimenta il teleriscaldamento è cogenerativo e se questo serve molteplici abitazioni o edifici allora si usa l’acronimo CHPDH ovvero Combined Heat and Power District Heating (CHPDH) che combina i due termini precedenti ed indica un sistema energetico estremamente efficiente in quanto il calore è recuperato da un sistema CHP (quindi ad altissima efficienza) e questo consente di ridurre l’inquinamento atmosferico, il consumo di energia ed in generale l’impronta di CO2.

Figura 1. Un sistema di teleriscaldamento (sinistra) e come questo sistema si collega in una casa (destra) (R.Wiltshire 2011).

Il cogeneratore e l’efficienza energetica

L’elemento principale di un sistema CHP è un macchinario che produce elettricità e calore simultaneamente chiamato talvolta cogeneratore. Questo macchinario è usualmente un motore endotermico o una turbina che può usare come combustible: gas naturale, biomassa, biogas, carbone, olio vegetale o qualche altro combustibile.

La massima elettricità prodotta e ceduta alla rete elettrica dal sistema CHP rispetto all’energia consumata sotto forma di combustile ed assorbita dagli ausiliari definisce l’efficienza elettrica del sistema CHP. Equivalentemente, il massimo calore prodotto e recuperato rispetto all’energia del combustile impiegato definisce l’efficienza termica del sistema CHP.

 

Poiché un sistema CHP è progettato per recuperare molto del calore prodotto durante il processo di combustione al fine di utilizzarlo, i sistemi CHP sono in grado di raggiungere un’efficienza energetica complessiva (elettrica e termica) di circa il 75% (Agency 2008), che è del 24% più alta dei sistemi convenzionali di generazione.

Figura 2. Un sistema convenzionale paragonato ad un sistema CHP: a parità di produzione il sistema convenzionale brucia 147 unità di combustibile contro le 100 unità di un sistema CHP (Agency 2008).

L’importanza di un sistema CHPDH

Considerando il fatto che l’elettricità non può oggi con le attuali tecnologie essere immagazzinata in grandi quantità in modo economico ed efficiente, si comprende perché c’è stato negli ultimi anni un duro e prolungato lavoro di ricerca e di sviluppo di sistemi capaci di accumulare e distribuire il calore in modo economico ed efficiente.

Il calore, tecnicamente chiamato energia termica, è tipicamente associato ad un fluido ed alla differenza di temperatura nel fluido.

Un sistema CHP è capace di scambiare la maggior parte del calore prodotto per mezzo di scambiatori di calore con altri fluidi (in particolare con l’acqua) e come segno tangibile di questo scambio si assiste ad un innalzamento della temperatura del fluido.

Questo significa che la possibilità di avere una rete di teleriscaldamento connessa ad un sistema CHP consente a quest’ultimo di recuperare il massimo del calore possibile e pertanto di raggiungere la più alta efficienza energetica.

Qui sotto una serie di sistemi CHP rapportati in termini di efficienza energetica, dall’alto si ha la turbina a vapore, il motore endotermico a gas naturale, il motore diesel, il motore a gas, le microturbine (turbine capaci di erogare potenza elettrica sotto i 200 kW) e le celle a combustibile (Agency 2008).

Il progetto Anaconda è un sistema CHPDH capace di raggiungere un’efficienza energetica del 92%. Il sistema di basa su un motore endotermico a gas naturale da 3 MW elettrici ed altrettanti termici ed una rete di teleriscaldamento lunga 13 km che serve oltre 65 edifici ed in funzione da 10 anni nella città di Borgaro Torinese (TO).

Fonti citate

  1. Agency, U.S. Environmental Protection. “Catalogue of CHP technologies.” Combined Heat and Power Partnership. 2008. 1-14.
  2. R.Wiltshire. “Low temperature district energy systems.” 16th, Building Services, Mechanical and Building Industry Days, International Conference, 14-15 October. Debrecen, Hungary: International Conference, 14-15 October, 2011.