Cogenerazione, tipologie e tecnologie

Effettuare il processo di cogenerazione permette di ottenere almeno due forme differenti di energia, a partire da un’unica fonte. I differenti impianti esistenti oggigiorno prevedono l’approvvigionamento da sorgenti diverse, molte in fase di studio.

Di base la fonte può essere di tipo fossile o rinnovabile e viene adottata come elemento di partenza per il funzionamento del cogeneratore, un particolare dispositivo in grado di recuperare parte dell’energia secondaria generata dal processo primario.
Tra gli esempi principali di sistemi di cogenerazione ci sono gli impianti di teleriscaldamento, struttura che prevede l’utilizzo del calore prodotto da una centrale elettrica per il riscaldamento di una data zona o città, il tutto tramite un vettore liquido, solitamente acqua.

Un esempio che abbiamo sott’occhio tutti i giorni deriva dal funzionamento di un convenzionale motore a combustione, come quello installato sotto il cofano della nostra auto. La potenza generata e prelevata dall’albero motore consente di far muovere il veicolo e, al tempo stesso, di produrre elettricità per i dispositivi di bordo. In aggiunta, il calore sviluppato dal processo di combustione può essere convogliato all’interno dell’abitacolo, per riscaldare gli occupanti. In alcuni casi l’utilizzo dei gas di scarico permette di alimentare la turbina di sovralimentazione, il tutto senza aumento dei consumi. Di fatto, il calore prodotto e i gas emessi, nel caso dell’automobile, sono gli scarti del processo di conversione che si compie all’interno del motore. L’utilizzo di questi “scarti” permette dunque di ottenere ulteriori vantaggi senza aumentare i consumi, ottimizzando la resa generale del sistema.

L’esempio del motore termico ci permette di capire come, un sistema opportunamente tarato e ingegnerizzato, possa produrre più fonti di energia, auto-alimentando alcuni comparti, riducendo gli sprechi.
Ad oggi, sfruttando motori specifici, pensati per il funzionamento a gas o biogas, gpl e metano, è possibile mettere in funzione alternatori su misura, capaci di generare energia elettrica. Con il calore prodotto dalla combustione, invece, si riscalda l’aria o l’acqua per la climatizzazione degli ambienti e la produzione di ACS. Attualmente, basandosi su sistemi a motore si possono facilmente realizzare apparati da 2 kW a 100 kW, adatti per alimentare fabbriche, condominii e appartamenti.
Tra i sistemi a cogenerazione più comuni troviamo quelli turbogas e le caldaie a recupero. In una simile struttura, i fumi in uscita dalla turbina a gas sono dirottati nella caldaia a recupero, per la produzione di acqua calda, oppure vapore saturo per le utenze industriali e vapore surriscaldato per turbine. Il vantaggio è evidente, tramite un alternatore, le utenze collegate possono beneficiare di corrente elettrica mentre, sfruttando il vapore è possibile ottenere un ciclo combinato con minima dispersione.
Per gli ambienti dove è richiesta una maggiore produzione di energia termica, rispetto a quella elettrica, come per esempio nei comparti residenziali, esistono specifiche microturbine preassemblate. Si tratta di apparati di ridotte dimensioni, che possono operare anche in ambienti esterni e capaci di raggiungere un rendimento complessivo dell’84% (a fronte di un rendimento elettrico del 25%).

Gli sviluppi più recenti hanno permesso lo sviluppo di soluzioni per la cogenerazione costruiti ad hoc per integrarsi nei contesti più specifici. Per quanto riguarda il mondo agricolo e per gli allevamenti, sono disponibili sistemi capaci di “digerire” gli scarti di produzione e le deiezioni animali. Si tratta di evoluti sistemi per il trattamento anaerobico per il settore agro zootecnico e industriale. Questo tipo di piattaforme sfruttano un processo di digestione anaerobica, tramite il quale è possibile generare energia. Oltre a produrre calore ed elettricità, il sistema permette di recuperare sostanze nutritive sotto forma di fertilizzanti, assicurando una serie di vantaggi economico/ambientali. Gli scarti vengono trattati per generare biogas che vengono immessi in un sistema di cogenerazione per la trasformazione dell’energia.

Una seconda tipologia specifica per quanto riguarda la generazione congiunta di energia prevede l’utilizzo di celle a combustibile. In alcuni casi la produzione di energia elettrica avviene grazie alla reazione chimica che si ottiene miscelando l’ossigeno presente nell’aria e l’idrogeno, opportunamente estratto dal gas cittadino. Durante il processo viene inoltre prodotto calore, impiegato per scaldare l’acqua. Si tratta di dispositivi indipendenti con boiler di riserva, capaci di trattenere l’acqua calda prodotta per un utilizzo successivo.