Cogenerazione Industriale con Impianti a Ciclo Combinato Gas-Vapore

Quantunque il concetto di cogenerazione non lasci spazio a dubbi o equivoci, non è altrettanto univoco il modo per metterlo in pratica; partendo dallo stessa definizione, sono state infatti proposte una miriade di soluzioni, di varianti, ciascuna con il proprio particolare lay-out. Il motivo di ciò va senza dubbio ricercato nel “codice genetico” degli impianti CHP “pionieri”, per esempio quelli americani dei primi decenni del novecento. In un'epoca per certi versi di transizione, in cui la Grande Finanza non aveva ancora posto mano a settori poi rivelatisi strategici, in cui l'energia elettrica, sebbene sempre più vitale per le sorti dell'economia, non era ancora entrata prepotentemente nelle vite delle persone comuni, ma era tuttalpiù un cruccio industriale da risolvere, e quindi ad uso e consumo di ingegneri, manager e aziende, in una tale epoca, dunque, sembrò più facile risolvere i problemi locali e territoriali che mano mano si presentavano, piuttosto che affrontare la questione energetica secondo un approccio organico.

Detto altrimenti, l'ingegnere non si occupò tanto di come predisporre le infrastrutture per il trasporto e la distribuzione dell'energia elettrica (per poi convertirla in lavoro), ma piuttosto di come generarla nell'azienda: con quali macchine, con quali metodi termodinamici, con quali modifiche a un ipotetico impianto preesistente. I primi CHP, comunemente di piccole dimensioni, nascevano, quindi, nel segno di un'utopia ancora oggi in voga: l'autosufficienza energetica dell'azienda (non sempre, soprattutto ai nostri tempi, produrre-per-consumare equivale a un risparmio!). 
Da allora, giova sottolinearlo, le cose sono molto cambiate; la soluzione cogenerativa risulta appetibile in ben due casi: 
1. sia come valido sistema di recupero del calore di cascame di particolari processi tecnologici, per generare energia elettrica mediante immissione in turbina (modalità nota come Bottoming cycle); 
2. sia, ed è il caso di nostro interesse, per aumentare l'efficienza termodinamica di centrali elettriche, tramite la cessione di una quota parte del calore di scarto ad utilizzatori civili o industriali (modalità nota come Topping cycle). 

Gli impianti Bottoming cycle, a cui il PURPA precipuamente si indirizza, sono oggi meno diffusi dei Topping cycle; essi esistono nell'industria pesante del vetro e dei metalli, dove vengono impiegati forni ad alta temperatura: una caldaia recupera il calore di scarto del processo manifatturiero e serve a produrre vapore surriscaldato che alimenta una turbina, la quale, a sua volta, genera lavoro utile disponibile all'albero di un alternatore. Poiché il combustibile è bruciato soltanto nel processo di produzione industriale, l'elettricità è generata praticamente a costo zero. 
Gli impianti di cogenerazione Topping cycle constano essenzialmente di tre componenti: un motore primo, un sistema di recupero di calore e un sistema di produzione di energia elettrica.
 
La scelta del motore primo più adatto al proprio caso dipende da molti fattori. I più importanti sono: 
A) l'entità delle potenze in gioco 
B) il rapporto tra potenza termica e potenza elettrica richieste dalle utenze 
C) le temperature di utilizzo ed il tipo di fluido caldo richiesti dalle utenze termiche [...]