L’energia non si crea né si distrugge, ma si trasforma: è una delle leggi fondamentali della fisica. La generazione di elettricità consiste appunto nel trasformare diverse forme di energia in energia elettrica. In questo processo si cerca di ottimizzare l’efficienza, cioè di massimizzare la quantità di energia trasformata in modo proficuo, riducendo la quota che viene invece dispersa. È a questo proposito che la cogenerazione si presenta come una soluzione di grande efficacia. Cosa significa cogenerazione La cogenerazione è il processo che consente la produzione simultanea e l’utilizzo a scopi pratici di energia elettrica ed energia termica (cioè calore). In un impianto termoelettrico, per mezzo della combustione, l’energia chimica di un combustibile viene trasformata in calore. Questo calore viene usato per scaldare dell’acqua e produrre vapore, che aziona una turbina. L’energia termica si è trasformata così in energia cinetica, cioè movimento, che a sua volta, tramite un generatore, produce energia elettrica. Solo una parte del calore prodotto dalla combustione viene però trasformato in elettricità, mentre un’altra parte si disperde nell’ambiente: in media, la percentuale di energia termica che viene effettivamente convertita in energia elettrica è solo fra il 30% e il 55%. La cogenerazione consiste nel recuperare questo calore e utilizzarlo per il riscaldamento degli ambienti o dell’acqua: in questo modo, la resa energetica complessiva arriva a percentuali comprese fra il 65% e il 90%. In quali settori può essere applicata la cogenerazione Gli impianti per la cogenerazione possono essere applicati alle centrali termoelettriche, ma spesso vengono installati direttamente nelle strutture dotate di un generatore di elettricità autonomo: rientrano cioè nella generazione distribuita, che consiste nella possibilità da parte del consumatore di ricavare energia senza attingerla dalla rete elettrica. Le strutture possono essere di tipo residenziale o, più spesso, commerciale o industriale, come alberghi, fabbriche e centri commerciali. La cogenerazione è molto conveniente soprattutto nei contesti caratterizzati da un elevato fabbisogno di elettricità o calore: per esempio nell’industria alimentare, della carta e della ceramica. In questi casi si può ricorrere a società specializzate (come Enel X, la società del Gruppo Enel che si occupa di soluzioni tecnologiche ad alto valore aggiunto), che offrono ai clienti consulenze specialistiche sia dal punto di vista tecnico sia da quello dell’iter autorizzativo, proponendo contratti vantaggiosi e accompagnandoli in tutti i passaggi, dalla valutazione iniziale fino alla messa in operazione e alla manutenzione dell’impianto. I vantaggi della cogenerazione La cogenerazione comporta numerosi vantaggi: maggiore efficienza energetica: grazie all’utilizzo del calore il processo di combustione spreca meno energia ed è quindi più efficiente; risparmio economico: grazie alla maggiore efficienza si riduce la quantità di combustibile necessario al riscaldamento. Il risparmio sui costi può arrivare al 30%; minore impatto ambientale: usando meno combustibili si riducono anche le emissioni di gas serra e altre sostanze inquinanti; generazione distribuita: un impianto di cogenerazione in prossimità del luogo di consumo di elettricità e calore, nell’ottica della generazione distribuita, consente al consumatore di affrancarsi (in tutto o in parte) dalla rete elettrica. Questo evita anche le pur lievi perdite di elettricità che si verificano lungo le reti di trasmissione e distribuzione, con un ulteriore vantaggio in termini di efficienza; incentivi economici: in diversi Paesi gli impianti di cogenerazione, per il loro apporto all’efficienza energetica e alla sostenibilità ambientale, sono oggetto di incentivi. Come funzionano gli impianti Un sistema di cogenerazione è un impianto termoelettrico in cui il calore della turbina viene recuperato per mezzo di uno scambiatore di calore, cioè un apparecchio usato per produrre acqua calda o vapore. In alcuni sistemi di cogenerazione la turbina può essere sostituita da macchine diverse ma con lo stesso scopo: per esempio turbogeneratori ORC (Organic Rankine Cycle), che usano un fluido più denso al posto del vapore, o motori a combustione interna, simili a quelli delle automobili, usati specialmente negli impianti di cogenerazione di dimensioni ridotte installati direttamente presso i consumatori. Il principio generale del funzionamento resta comunque invariato. Gli impianti si catalogano a seconda del loro rendimento, cioè del risparmio di energia che permettono: è questo il parametro di riferimento in base al quale si definiscono gli aspetti normativi e in particolare si valutano gli incentivi. Non esiste una soglia univoca per definire la cogenerazione ad alto rendimento: il valore dipende dalle regole vigenti nei singoli Paesi. Nell’Unione Europea la direttiva 2004/8/EC dell’11 febbraio 2004 stabilisce che un’unità di cogenerazione di potenza superiore a 1 MW è definita ad alto rendimento se il risparmio di energia primaria rispetto alla somma della generazione separata di elettricità e riscaldamento è almeno del 10%; per gli impianti di taglia inferiore è richiesto solo che ci sia un risparmio. Fonti energetiche dei sistemi di cogenerazione Un impianto di cogenerazione può essere alimentato da diversi combustibili, che possono essere solidi, liquidi o gassosi, provenienti da fonti rinnovabili o non rinnovabili. I più frequenti sono: fonti fossili: gas naturale (metano), Gpl (gas di petrolio liquefatto), olio combustibile, carbone; biomasse: scarti agricoli e forestali, derivati del legno; olio vegetale (o vegoil), cioè olio combustibile ricavato appunto da residui vegetali; gas di sintesi (o syngas), cioè miscele artificiali di gas, principalmente monossido di carbonio e idrogeno; biogas (miscele di gas ricavate da residui organici vegetali o animali). Una nuova frontiera dell’innovazione – particolarmente indicata per gli impianti di dimensioni molto ridotte – è l’uso delle celle a combustibile: apparati che generano elettricità e calore a partire da reazioni chimiche in appositi contenitori (le “celle”). Il combustibile usato è principalmente l’idrogeno, che viene ricavato tramite elettrolisi dall’acqua. Per il futuro, si prevede che le celle a combustibile giocheranno un ruolo sempre più di primo piano nei sistemi di cogenerazione. In alternativa l’idrogeno può essere usato, in aggiunta ad altri gas, per alimentare direttamente un normale impianto di cogenerazione, e sono stati sviluppati anche sistemi a idrogeno puro. Per garantire un’autentica sostenibilità è necessario che la produzione di idrogeno avvenga con strumenti alimentati da elettricità generata da fonti rinnovabili (il cosiddetto idrogeno verde). In aggiunta a questi combustibili, si può abbinare un sistema di cogenerazione a un impianto solare. Si tratta in questi casi non di energia fotovoltaica (che genera l’elettricità direttamente dalla luce del sole), ma di energia solare termica, che consiste nell’uso del calore solare per generare vapore – come negli impianti termoelettrici – con il quale produrre elettricità per mezzo di un generatore. Un ambito molto particolare della cogenerazione è il teleriscaldamento geotermico: in questo caso il sistema non è installato presso un cliente privato ma in una centrale geotermica. Il calore proveniente dalle profondità della Terra viene usato per generare elettricità e la parte residua per riscaldare acqua che poi, tramite condutture, viene distribuita negli edifici delle aree limitrofe per alimentare il riscaldamento. Evidentemente quando la fonte di alimentazione di un sistema di cogenerazione è rinnovabile si riduce ulteriormente l’impatto ambientale complessivo, ma indipendentemente dal combustibile utilizzato la cogenerazione è comunque uno strumento utile per l’efficienza energetica e quindi per la sostenibilità. La trigenerazione Una variante della cogenerazione è la trigenerazione. In questo caso, si produce energia in tre forme diverse: a quella elettrica e quella termica si aggiunge l’energia frigorifera, con cui raffreddare l’acqua o rinfrescare gli ambienti. La trigenerazione, che può adoperare gli stessi combustibili della normale cogenerazione, è adatta ai consumatori privati e specialmente alle grandi strutture come le fabbriche. Anche in questo caso le società specializzate, come Enel X, prevedono contratti agevolati con pacchetti che comprendono tutti i passaggi tecnici e amministrativi (comprese le procedure per ottenere gli incentivi, laddove sono previsti). Tecnicamente, il funzionamento è analogo a quello della cogenerazione, con un’aggiunta: nel sistema è incluso anche un frigorifero ad assorbimento, cioè un apparato che utilizza parte del calore recuperato con gli scambiatori di calore per generare energia frigorifera. In realtà, quando si parla di energia frigorifera si usa per comodità un abuso di linguaggio: l’energia è una grandezza fisica equivalente al calore, e se viene fornita a un corpo non può di per sé raffreddarlo ma solo riscaldarlo. La tecnica che viene usata in questo caso è quella del ciclo frigorifero: uno speciale liquido refrigerante è mantenuto a bassa pressione, in modo che possa evaporare anche a basse temperature, assorbendo così calore dall’acqua da refrigerare e diminuendone dunque la temperatura. L’acqua fredda così ottenuta viene poi destinata, direttamente o indirettamente, al funzionamento dei climatizzatori. Per funzionare (come succede anche nei normali frigoriferi) un ciclo frigorifero ha bisogno di energia: nel caso della trigenerazione è proprio quella che viene dal calore residuo della combustione. La grande portata della trigenerazione sta proprio nell’usare le leggi della fisica per incanalare le trasformazioni dell’energia nel modo più proficuo ed efficiente possibile.
