Cos'é un impianto di cogenerazione? quali vantaggi e come funziona

La cogenerazione è un sistema efficiente e sostenibile per produrre contemporaneamente due forme di energia, elettricità e calore. 

Questo processo è possibile grazie all’utilizzo di un impianto chiamato cogeneratore, progettato per sfruttare al massimo l’energia contenuta nel combustibile, riducendo al minimo gli sprechi.

La cogenerazione, inoltre, può notevolmente incrementare l’efficienza nell’utilizzo dei combustibili fossili consentendo da un lato di ridurre i costi della bolletta energetica e dall’altro di determinare minori emissioni di sostanze inquinanti e di gas ad effetto serra.

La cogenerazione è un processo che consente di produrre contemporaneamente energia termica (calore) ed energia elettrica utilizzando una singola fonte di energia. Questo approccio consente di massimizzare l’efficienza energetica, sfruttando al meglio il calore residuo che altrimenti sarebbe disperso in altre forme di produzione di energia.

Cos’è un impianto di cogenerazione
L’impianto di cogenerazione, detto anche CHP dall’acronimo inglese Combined Heat and Power, è un sistema che sfrutta al massimo il potenziale energetico di una singola fonte, riducendo gli sprechi e contribuendo all’ottimizzazione dei costi. Questo impianto nasce nel tentativo di sfruttare il calore disperso da un impianto di produzione di energia elettrica.

In una centrale elettrica, il calore, attraverso un ciclo termodinamico, viene convertito prima in energia meccanica e poi successivamente in energia elettrica. Durante questo processo, una significativa fetta di calore (30-45%), viene disperso nell’ambiente.

Con un impianto di cogenerazione, invece, il calore residuo prodotto viene recuperato e impiegato per scopi di riscaldamento o di alimentazione.

Vale la pena ricordare che non tutto il calore disperso può essere recuperato efficacemente. Una parte rimane inevitabilmente dispersa anche nel contesto del ciclo di cogenerazione.

Come funziona un impianto di cogenerazione
Per comprendere il funzionamento di un impianto di cogenerazione è necessario conoscere prima come avviene tradizionalmente la produzione di energia elettrica. Il funzionamento di un impianto termoelettrico convenzionale prevede 4 fasi:

• approvvigionamento di un combustibile;
• utilizzo all’interno dell’impianto;
• generazione di energia elettrica;
• smaltimento del calore disperso.

Il calore dissipato viene rilasciato nell’atmosfera, causando un danno ambientale considerevole quando si impiegano fonti fossili come il petrolio o il gas, contribuendo all’aumento dell’effetto serra. Nella cogenerazione, invece, il calore dissipato viene recuperato.

Il funzionamento di un impianto di cogenerazione si basa sui seguenti elementi:

• motore primo che può essere alimentato in diverse modalità;
• generatore elettrico che, azionato dal motore, è in grado di produrre elettricità;
• scambiatori di calore che consentono il recupero del calore prodotto.

Impianto di cogenerazione: come viene alimentato
Nei sistemi di cogenerazione è possibile impiegare una varietà di tipologie di combustibile, note come energia primaria. 

Questi impianti possono essere alimentati sia da combustibili tradizionali di origine fossile, come carbone, gas naturale, gasolio e olio combustibile, sia da fonti rinnovabili come le biomasse:

cogenerazione a gas naturale: è la tipologia più comune di impianto di cogenerazione. Utilizza gas naturale come fonte di energia primaria per alimentare un motore a combustione interna o una turbina a gas che genera energia elettrica. Il calore residuo prodotto viene catturato e utilizzato per il riscaldamento degli edifici, la produzione di acqua calda o altri scopi termici;
cogenerazione a biomassa: in questo caso, la biomassa, come legna, scarti agricoli o rifiuti organici, viene bruciata per generare calore, che viene più utilizzato per alimentare una turbina a vapore o un motore a combustione interna per la produzione di energia elettrica;
cogenerazione ad alto rendimento: questo tipo di impianto di cogenerazione sfrutta tecnologie avanzate, come celle a combustibile o motori a ciclo combinato, per raggiungere livelli di efficienza elevati. Questi impianti sono in grado di utilizzare in modo più efficiente l’energia primaria e generare sia calore che energia elettrica con sprechi limitati.

Cogenerazione, micro cogenerazione, cogenerazione domestica
Gli impianti di cogenerazione di distinguono sia per la taglia (potenza) sia per le caratteristiche del motore primario a combustione.

Per quanto riguarda la taglia, si parla di:

micro cogenerazione: potenza elettrica < 50 kW;
piccola cogenerazione: potenza elettrica < 1 MW;
cogenerazione: potenza elettrica > 1 MW.

Il concetto di micro cogenerazione (o piccola cogenerazione) si riferisce a sistemi in cui le potenze elettriche variano da kilowatt a megawatt, con impianti progettati per l’utilizzo domestico/residenziale (noti anche come cogenerazione domestica) e per le piccole/medie imprese.

La distinzione principale, quindi, tra cogenerazione e micro cogenerazione risiede proprio nella destinazione d’uso: nella cogenerazione domestica, l’obiettivo principale è la produzione di calore, mentre la componente elettrica tende ad essere in eccesso rispetto alle necessità immediate e può essere ceduta all’azienda elettrica.