Cos'è la cogenerazione? Guida alla tecnologia

06/02/2024 - La cogenerazione è la produzione combinata di energia elettrica e calore a partire da un’unica fonte di energia primaria. In quanto tale, un impianto di cogenerazione garantisce un significativo risparmio di energia rispetto alle produzioni separate di calore ed elettricità e abbatte le emissioni di CO2.
 

Come funziona un impianto di cogenerazione

Un impianto termoelettrico tradizionale produce energia elettrica attraverso la combustione.
 
La combustione porta a ebollizione dell’acqua e produce così vapore. Il vapore mette in moto una turbina, che a sua volta aziona un generatore, il quale produce elettricità. Purtroppo, nel corso di questo processo, gran parte dell’energia termica prodotta dalla combustione va perduta.
 
In un impianto di cogenerazione, invece, la maggior parte del calore viene recuperato e utilizzato per altri scopi come il riscaldamento o la produzione di acqua calda sanitaria. Il risultato finale è una resa energetica complessiva nettamente superiore.
 

Quando un impianto si definisce di cogenerazione

Per definire un impianto di cogenerazione bisogna fare riferimento all’IRE (indice di risparmio di energia). Secondo la definizione dell’ARERA (Autorità di regolazione per energia reti e ambiente) l’IRE rappresenta il rapporto tra il risparmio di energia primaria conseguito dalla sezione o dall’impianto di cogenerazione rispetto alla produzione separata delle stesse quantità di energia elettrica e termica e l’energia primaria richiesta dalla produzione separata.
 
L’IRE_minimo, affinchè un impianto di nuova installazione possa definirsi di cogenerazione, deve essere maggiore o uguale del 10%.
 

La normativa sulla cogenerazione

La prima direttiva Europea che ha promosso l'uso e lo sviluppo della cogenerazione è stata la direttiva n°2004/8/CE che ha definito il concetto di cogenerazione ad alto rendimento (CAR) e la quantificazione dell'energia elettrica cogenerativa. La direttiva è stata poi abrogata dalla normativa n°2012/27/UE sull'efficienza energetica.
 
In Italia, i principi della direttiva sono stati recepiti con il D.M. 4 agosto 2011, promosso dal Ministero dello Sviluppo Economico e da quello dell'Ambiente.
 

Come è fatto un impianto di cogenerazione

Un impianto di cogenerazione è composto da tre parti:
 

• un "motore primo" o "motore primario";
• un generatore elettrico;
• degli scambiatori di calore, che svolgono la funzione di recupero del calore.

 
I “motori primi” più utilizzati possono essere:
 

• turbina a gas a ciclo combinato con recupero di calore;
• turbina a vapore a contropressione;
• turbina a vapore a condensazione;
• turbina a gasa con recupero di calore;
• motore a combustione interna;
• microturbine;
• motori stirling;
• pile a combustibile;
• motori a vapore.

 
A seconda della tipologia, il “motore primo” può essere alimentato da fonti energetiche diverse:
 

• combustibili fossili, come gas naturale, carbone, gasolio e altri oli combustibili;
• rifiuti solidi o biogas originato da depuratori e discariche;
• fonti energetiche rinnovabili come le biomasse, quali gli scarti agricoli e forestali o il cippato di legno.

 

Ambiti di applicazione degli impianti di cogenerazione

La cogenerazione è una soluzione idonea a quelle realtà che hanno un elevato fabbisogno di elettricità e/o calore.
 
Più un’impresa consuma energia a lungo termine, più la cogenerazione risulta la scelta migliore per ottimizzare il consumo energetico e risparmiare in modo significativo ed avere, contemporaneamente, un tempo di rientro dell'investimento abbastanza breve.
 
Gli utenti che possono trarre maggiori vantaggi da questo metodo di produzione dell’energia sono ad esempio:
 

• hotel;
• condomini;
• piscine;
• palestre;
• RSA;
• centri termali;
• ospedali e cliniche;
• agriturismi;
• centri commerciali;
• centri sportivi;
• industrie alimentari, chimiche e farmaceutiche.

 
Questi sono impianti con potenza elettrica superiore a 1 MW.
 
E per le realtà più piccole cosa accade?
 
In questo caso si parla di piccola cogenerazione o micro-cogenerazione, che vedremo meglio nel paragrafo successivo.
 

Piccola cogenerazione e micro - cogenerazione  

La piccola cogenerazione è una cogenerazione con potenza elettrica inferiore ad 1 MW, mentre la micro-cogenerazione è una cogenerazione con potenza elettrica inferiore a 50 kW.
 
Gli impianti di piccola cogenerazione e micro-cogenerazione sono generalmente destinati all'uso domestico/residenziale (si parla anche di cogenerazione domestica) e alle piccole/medie imprese.
 
Un cogeneratore di piccola taglia è una sistema costituito da un motore endotermico che produce energia meccanica che a sua volta viene trasformata in energia elettrica e da un recuperatore di calore prodotto dalla combustione che avviene nel motore endotermico. La produzione di energia elettrica e di energia termica è quindi contemporanea.
 
L’energia termica prodotta da un cogeneratore di piccola taglia può essere impiegata per produrre acqua calda sanitaria o per esigenze di riscaldamento.
 

Quando conviene un impianto di cogenerazione?

La realizzazione di un impianto di cogenerazione rappresenta un progetto complesso, pertanto, la convenienza economica è fortemente dipendente dal profilo energetico dell'utenza finale.
 
In generale, si può affermare che, per trarre un vantaggio economico installando un impianto di cogenerazione, è necessario che l’utenza sia caratterizzata da un fabbisogno contemporaneo e possibilmente costante di elettricità e calore.
 
Infatti, se l'elettricità non utilizzata può essere reinserita nella rete pubblica attraverso il meccanismo dello Scambio sul Posto, il calore generato e non utilizzato è invece uno spreco effettivo; il rischio è quello di vanificare i benefici della tecnologia.
 
Tuttavia, tale limite potrebbe essere superato con la trigenerazione oppure abbinando all’impianto dei serbatoi opportunamente termoisolati per accumulare l’energia termica in eccesso che potrà poi essere ripartita anche non simultaneamente alla sua produzione.
 

La trigenerazione

La trigenerazione rappresenta un avanzamento significativo degli impianti di cogenerazione.
 
In questo sistema alla produzione simultanea di energia elettrica e termica si aggiunge quella frigorifera, il tutto sempre da una singola fonte di energia primaria.
 
La trigenerazione sfrutta, durante i mesi caldi, il calore non utilizzato per il riscaldamento. Al cogeneratore sono abbinati dei frigoriferi ad assorbimento che producono energia frigorifera da destinare al raffrescamento degli ambienti.
 

CAR: cogenerazione ad alto rendimento e incentivi correlati

Secondo la definizione data dal GSE (gestore servizi energetici) un'unità di cogenerazione è definita ad alto rendimento se il valore del risparmio di energia primaria (PES) che ne consegue è almeno del 10% oppure, nel caso di unità di micro-cogenerazione o piccola cogenerazione, se assume un qualunque valore positivo.
 
Con il D.M. 5 settembre 2011 si sono poste, anche in Italia, le basi per l’incentivazione della CAR, attraverso regimi di sostegno dedicati.
 
Il più importante è quello dei Certificati Bianchi, ovvero i Titoli di Efficienza Energetica (TEE).
 
I certificati bianchi sono titoli negoziabili che certificano il conseguimento di risparmi negli usi finali di energia attraverso interventi e progetti di incremento dell'efficienza energetica. Chi realizza un intervento di efficienza energetica che garantisce un risparmio energetico sostanziale, può ottenere titoli trasformabili in denaro.
 
L’ente regolatore in questo campo è il Gestore Servizi Energetici (GSE) che provvede ogni anno al riconoscimento del funzionamento CAR e al successivo riconoscimento del numero di Certificati Bianchi cui un soggetto ha diritto (se ne fa richiesta).
 
Inoltre, l’acquisto e la posa in opera di micro-cogeneratori CAR in sostituzione di impianti esistenti (a condizione che producano un risparmio di energia primaria come definito dal DM 4 agosto 2011 pari almeno al 20%) sono incentivati con l’Ecobonus.