Cogenerazione e trigenerazione: teoria, stato dell'arte e sviluppi tecnologici

1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PARMA – FACOLTÀ DI INGEGNERIA Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica A. A. 2004/2005 COGENERAZIONE E TRIGENERAZIONE Teoria, stato dell’arte e sviluppi tecnologici Relatore: Chiar. mo Prof. Agostino Gambarotta Correlatore: Ill. mo Dott. Ing. Marco Fiori Tesi di Laurea di Duccio Guarnieri La cogenerazione (così come la trigenerazione, che è la più recente evoluzione) è un metodo di produzione di energia elettrica e termica, alternativo alle centrali tradizionali, che presenta notevoli vantaggi dal punto di vista dell’efficienza, oltre a quelli ambientali e questi benefici si traducono facilmente in una forte riduzione dei costi energetici. I sistemi di cogenerazione permettono la produzione contemporanea di energia elettrica e termica nello stesso processo, a partire da una sola fonte energetica primaria, quindi da un solo combustibile. L’energia elettrica è ottenuta dalla conversione del lavoro meccanico (tramite un alternatore), con i metodi canonici come motori a combustione interna, impianti con turbine a vapore o a gas, impianti combinati, o celle a combustibile, anche se queste ultime sono ancora poco sviluppate e molto costose. Nel caso si utilizzi un motore endotermico, l’energia termica è ottenuta dal recupero sui gas di scarico (che alimentano una caldaia a recupero per generare vapore surriscaldato), e sull’acqua di raffreddamento e olio di lubrificazione (che generano semplicemente acqua calda, tramite scambiatori di calore); nel caso venga impiegato un altro metodo tra quelli sopra elencati, allo stesso modo si può recuperare il calore uscente dal processo di generazione, per ottenere energia termica utilizzabile. Mediamente, in questi sistemi il 35% circa dell’energia primaria del combustibile, viene convertito in energia elettrica, ed il 55% circa in energia termica, con un rendimento globale che è quindi nell’ordine del 90%. I principali tipi di combustibili impiegati sono il metano, gas naturale, GPL, più raramente gasolio, e recentemente si sta diffondendo il biogas. Si possono poi distinguere gli impianti “Topping Cycle” e “Bottoming Cycle” a seconda del loro ciclo termodinamico di funzionamento: nei primi il combustibile è usato direttamente per produrre l’energia elettrica (prodotto primario), e il calore uscente dal processo viene recuperato per ottenere energia termica utile (prodotto secondario), mentre negli altri il combustibile viene bruciato per ottenere il calore necessario (prodotto primario) e ciò che viene recuperato è il calore di scarto dei processi, che tramite una caldaia a recupero, genera vapore per il funzionamento di una turbina per la produzione di energia elettrica (prodotto secondario). I gruppi di cogenerazione così configurati si adattano a processi industriali che necessitano della contemporanea produzione di energia elettrica e termica, quindi a un insieme piuttosto numeroso di realtà industriali appartenenti ai settori più diversi. Nel caso fossero presenti anche esigenze di