La Cogenerazione

1. La Cogenerazione

2. Unità di misura • unità di misura dell’energia del Sistema Internazionale: il Joule • ancora molto usate sono: kilocaloria (kcal), British Thermal Unit (BTU), kilowattora (kWh) ed i loro multipli. La caloria, definita come la quantità di energia necessaria per innalzare di un grado centigrado 1 grammo di acqua distillata, è uguale a 4,186 J (altre equivalenze: 1 BTU = 1.055 Joule; 1 kWh = 3.600.000 J = 860 kcal) • per fare, poi, dei bilanci energetici che tengano conto dell’apporto di diverse fonti, ognuna di esse, a partire dai diversi poteri calorifici inferiori (p.c.i.), viene convertita in una unità di misura, commerciale, di uso generale: la tonnellata equivalente petrolio (tep) o il suo multiplo milioni di tep (Mtep). A volte si fa riferimento ad un’altra unità: il barile di petrolio (bep); dove 1 barile = 159 lt = 0,137 ton) I numeri dell’energia • 1 tep - (toe-tonn of oil equivalent) corrisponde all’energia termica sviluppata da una tonnellata di petrolio, che è di circa 10 milioni di kcal • 1 tep = 10 * 106 kcal = 11.628 kWh termici, ovvero 4.545 kWh elettrici • 1 Mtep = 11,628 miliardi di kWh termici, ovvero 4,55 miliardi di kWh elettrici

3. Definizione • Si definisce cogenerazione la generazione combinata di energia termica e di energia elettrica o meccanica. • La produzione avviene contemporaneamente e in un sistema integrato. • Si ottengono consistenti valori di risparmio di energia primaria rispetto alla produzione separata. La Cogenerazione - Principi

4. La Cogenerazione - Principi

5. Gli impianti CG utilizzano i seguenti motori primi: • motori endotermici • turbine a gas • turbine a vapore • celle a combustibile e FER • cicli combinati La Cogenerazione - Principi

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7. I combustibili utilizzabili sono: • gas naturale • biomasse • biogas • bioetanolo • residui solidi urbani • carbone • olio diatermico La Cogenerazione - Principi

8. La Cogenerazione - Principi

9. Per ottenere la stessa quantità di energia elettrica e calore • necessita circa il 30 % in meno di energia primaria • migliora il rendimento complessivo (forte diminuzione delle perdite) • diminuisce l’emissione di agenti inquinanti in atmosfera La Cogenerazione - Principi

10. La Cogenerazione - Principi

11. La Cogenerazione - Principi

12. La Cogenerazione - Principi

13. Per essere assimilato a FER un impianto CG deve avere l’indice Ien=Ee/Ec + (1/0,9 * Et/Ec) – a => 0,51. • Ee = energia elettrica utile prodotta – energia ausiliari • Et = energia termica utile prodotta • Ec = energia utile introdotta con il combustibile • a = (1/0,51-1) * (0,51 – Ee/Ec) La Cogenerazione - Principi

14. Sino al 31 dicembre 2010 i criteri per il riconoscimento della “cogenerazione ad alto rendimento” sono quelli indicati nella delibera AEEG 42/02 (e successivi aggiornamenti), e fanno riferimento al calcolo dell’IRE (indice di risparmio energetico) e del LT (limite termico), definiti come : La Cogenerazione - Principi

15. Dove: • Es=Ees+Ets è l’energia primaria da combustibile fossile per la generazione separata (“s”) di elettricità e di calore per mezzo di due impianti distinti; • Ee è l’energia elettrica netta generata dall’impianto di cogenerazione mentre Et (Etciv+Etind) è l’energia termica netta utile generata dall’impianto di cogenerazione; • Ec rappresenta l’energia primaria riferita al potere calorifico inferiore del combustibile consumato dall’impianto di cogenerazione; • esè il rendimento elettrico di riferimento per la generazione elettrica separata, mentre ts è il rendimento termico di riferimento per la generazione termica separata; • p è un coefficiente correttivo che tiene conto delle minori perdite sulla rete di trasmissione solitamente associate agli impianti di cogenerazione; La Cogenerazione - Principi

16. La Cogenerazione - Definizione

17. L’indice IRE rappresenta il rapporto tra il risparmio di energia primaria conseguito dall’impianto di cogenerazione (rispetto alla produzione separata delle stesse quantità di energia elettrica e calore) e l’energia primaria richiesta dalla produzione separata. • La Delibera AEEG 42/02stabilisce le condizioni per il riconoscimento della produzione combinata di energia elettrica e calore come cogenerazione ai sensi dell’articolo 2, comma 8, del decreto legislativo 16 marzo 1999, n. 79. Stabilisce anche dei valori minimi per IRE e LT che sono: IRE => IREmin che per le sezioni di nuova realizzazione è pari a 0.1(10%) LT => LTmin che per le sezioni alimentate a gas naturale, GPL o gasolio, dal 1 gennaio 2006 al 31 dicembre 2007, è pari a 0.330(33%) fino a 10 Mwe di taglia. La Cogenerazione - Definizione

18. La Cogenerazione - Utilità

19. Avere disponibilità simultanea di energia termica ed elettrica o meccanica. • Utilizzo ottimale dell'energia termica disponibile, anche per i piccoli impianti. • Utilizzo dell’energia termica anche nel periodo estivo per avere energia frigorifera. La Cogenerazione – Corretto utilizzo

20. Parametri per un corretto dimensionamento tecnico - economico: • andamento dei carichi termici ed elettrici • tariffe dell’elettricità e del combustibile • ore di utilizzo annue • costi di investimento e di gestione La Cogenerazione - Utilità

21. Punto di partenza: costo energia autoprodotta (consumo specifico netto combustibile e costo combustibile stesso) • Ricavo: differenza tra costo energia acquistata (elementi tariffari: corrispettivi fissi per potenza impegnata e fasce orarie) e costo energia prodotta (consumi e costi accessori), numero delle ore previste e quelle effettivamente realizzate • Confronto con i costi di investimento (macchinari, opere civili-differenza con impianto tradizionale) La Cogenerazione - Utilità

22. Acqua preriscaldata Acqua Caldaia Combustibile Vapore Vapore alla utenza TV Generatore La Cogenerazione – Ciclo con turbina a vapore

23. Acqua di alimento vapore C a R Gas Combustibile CC C TG TV Generatori EE Aria Vapore La Cogenerazione – Ciclo combinato

24. La Cogenerazione – Motori

25. 1000kWe 330 kWe La Cogenerazione – Motori

26. Turbina centrifuga La Cogenerazione – Macchine centrifughe

27. Turbocompressore assiale La Cogenerazione – Turbogas assiali

28. La Microcogenerazione La Microcogenerazione

29. Impianti cogenerativi aventi potenze elettriche nominali < 1 MWe • Più specificatamente sono quegli impianti di piccola e piccolissima taglia aventi potenze elettriche fino a 200 - 300 kWe • Soddisfano esigenze di tipo locale • Sono progettati prioritariamente per produrre calore La Microcogenerazione - Definizione

30. L’intero autoconsumo dell’energia termica e di quella elettrica rende conveniente questa tecnologia • Eventuali sovrarichieste possono essere prodotte con caldaie da integrazione o con l’allacciamento alla rete elettrica • Utilizzo minimo di 3000 – 4000 ore anno • Ritorno dell’investimento in circa 4-5 anni La Microcogenerazione - Definizione

31. Mancanza di perdite significative nella distribuzione del calore e dell’energia elettrica (consumo in loco) • Non è necessario realizzare edifici centrale • La sua diffusione contribuisce alla nascita di piccole e piccolissime aziende dedicate alla progettazione – realizzazione - gestione e manutenzione di questi impianti La Microcogenerazione - Definizione

32. La microcogenerazione risulta idonea nelle seguenti applicazioni: • centri residenziali, • centri commerciali, • piccole industrie, imprese artigiane • ospedali, • hotel, • piscine, • scuole e collegi, • edifici pubblici. La Microcogenerazione - Applicazioni

33. Per impianti di piccola e piccolissima taglia le macchine più utilizzate sono: • Motori di piccola taglia • Microturbine a gas • Celle a combustibile • Altre tecnologie (solare termodinamico?) La Microcogenerazione – Tecnologie

34. La Microcogenerazione – Turbogas

35. La Microcogenerazione – Caratteristiche

36. Motore Stirling • Si tratta essenzialmente di una camera piena di gas con due pistoni. • Un lato della camera è costantemente riscaldata, mentre l'altro è costantemente tenuto freddo. • L'espansione del gas determinata dal calore è tale da spingere il primo dei due pistoni che muove un albero a gomiti che a sua volta mette in azione un generatore che produce elettricità. • Il gas caldo, poi, viene mosso dal movimento del pistone nella zona fredda della camera, dove si comprime e viene spostato nuovamente nella zona calda dal movimento del secondo pistone. La Microcogenerazione – Il motore Stirling

37. Questo tipo di motore, a ciclo chiuso e a combustione esterna, raggiunge efficienze del cinquanta per cento e oltre. • È molto più silenzioso, perché non c'è nessun tipo di esplosione e di facile manutenzione. • Si può usare il calore del sole al posto dei combustibili tradizionali per riscaldare la camera, cosa che eliminerebbe anche ogni emissione inquinante. La Microcogenerazione – Il motore Stirling

38. La Microcogenerazione – Il motore Stirling

39. La Microcogenerazione – Il motore Stirling

40. La Microcogenerazione – Il motore Stirling

41. La Microcogenerazione – Il motore Stirling

42. CELLE A COMBUSTIBILE • Celle a combustibile (FC): generatori elettrochimici dotati di alta efficienza di conversione elettrica; • Basse emissioni inquinanti (CO2, NOx, …): infatti H2 + 1/2 O2 ↔ H2O ; • Adattabilità di taglia (grazie alla modularità); • Continuità dell’erogazione di corrente (a differenza delle normali batterie); • Varie tecnologie in fase di sviluppo più o meno avanzato, per impianti fissi, mobili, veicoli; La Microcogenerazione – Celle a Combustibile

43. Schema di una cella ad elettrolita polimerico H2 + ½ O2 H2O + elettricità + calore La Microcogenerazione – Celle a Combustibile

44. Si possono distinguere quattro tipi fondamentali di cella adattabili alla cogenerazione: • ad elettrolita polimerico (PEFC); • ad acido fosforico (PAFC); • a carbonati fusi (MCFC); • ad ossidi solidi (SOFC). La Microcogenerazione – Celle a Combustibile

45. Il grande vantaggio delle celle a combustibile risiede nell’essere dispositivi statici, offrendo così un’affidabilità maggiore ed oneri di manutenzione minori rispetto alle altre soluzioni. • Esse presentano inoltre un rendimento elettrico molto elevato, silenziosità ed assenza di vibrazioni. • I problemi fondamentali da superare sono i costi di produzione, ancora troppo elevati, e alcuni problemi di resistenza alla corrosione e/o agli stress termici per le celle ad alta temperatura. La Microcogenerazione – Celle a Combustibile

46. La Microcogenerazione - Esempi

47. La Microcogenerazione - Esempi

48. La Microcogenerazione - Esempi

49. Microcogeneratore a ciclo Otto: 5 kWel, 10.3 kW termici Alimentazione: Metano, GPL, gasolio e biodiesel; Possibilità di funzionamento in parallelo fino a sei moduli. Microcogeneratore a ciclo Stirling: 1.0 kWel, 7.5  13 kW termici La Microcogenerazione - Esempi

50. La Trigenerazione La Trigenerazione