Impianti di cogenerazione, come funzionano ed a cosa servono.
Sempre più spesso si parla di impianti di cogenerazione e di utilizzo di energie alternative, ma come viene effettivamente utilizzata l’energia che proviene da un gruppo di cogenerazione?
Parliamo di impianti di cogenerazione con motori endotermici (il concetto rimane poi invariato con le turbine, semplicemente i valori cambiano di grandezza e si inizia a parlare di MW…megawatt).Come tutti sappiamo i motori endotermici servono per generare una forza motrice, che si esprime in cavalli o meglio in kilowatt. Questa “potenza”, a tutti gli effetti serve a far muovere un mezzo di locomozione, oppure nel caso di generatori elettrici, a far girare un alternatore e produrre quindi energia elettrica.
Perché si chiama cogenerazione:si chiama cogenerazione perchè si utilizzano dei motori per produrre energia eletrica e calore, infatti i motori endotermici non hanno dei rendimenti eccezionali, tutt’altro e per poter generare potenza, scaldano parecchio. Gli impianti di cogenerazione sfruttano proprio questo calore prodotto, che solitamente viene smaltito tramite il radiatore e disperso nell’ambiente. In pratica, tramite un modulo termico adeguatamente progettato, si produce acqua calda (oltre all’energia elettrica che citavamo sopra), sfruttando il calore dissipato dal motore nelle camicie e nei fumi dello scarico.L’utilizzo più frequente che si può ricavare è legato alla produzione di acqua calda per uso tecnologico (riscaldamento o sanitario o di processo) ed in funzione della tipologia di motore che abbiamo a disposizione, si divide in differenti livelli di recupero:
- -aftercooler: nei motori più grandi ha valori di potenzialità elevata (parliamo di parecchi KW), ma è ad un livello piuttosto basso. Infatti l’aftercooler lavora generalmente attorno ai 50°C, quindi permette un recupero importante a livello di potenza, ma decisamente contenuto a livello di temperature (ricordiamo che per i recuperi è sempre meglio avere poca acuqa caldissima che tantissima tiepida).
- -acqua motore (Jacket): tramite uno scambiatore di calore (solitamente a piastre), si produce acqua calda ad un primo livello, solitamente le camicie del motore arrivano a 90°C circa, quindi sul secondario possiamo pensare di arrivare a scaldare l’acqua già ad una discreta temperatura
- -fumi: con uno scambiatore di calore tipicamente a fascio tubiero, progettato appositamente, si può recuperare una potenza importante in termini di KW, ma soprattutto a livello di temperatura. I fumi infatti solitamente arrivano a temperature nell’intorno dei 500°C. Il recupero di questa sezione è però delicato, infatti è sconsigliabile spingere tali recuperi in maniera spinta, in quanto un eccessivo raffreddamento dei fumi, provocherebbe una condensazione degli stessi. Le condense di uno scarico di motore diesel ad esempio, comporta la formazione di H2SO4, estremamente corrosivo, quindi con costi di investimento per lo scambiatore antieconomici.
- -altro: sui motori di grosse potenzialità, piccole porzioni di recupero, possono essere ricavate dall’olio motore, ma stiamo parlando di valori assoluti che vanno valutati di volta in volta, per capirne l’effettiva economicità di recupero.
L’insieme di tutte queste potenzialità, porta ad un recupero importante, che rende questo tipo di impianto particolarmente interessante per aziende che hanno un utilizzo di energia elettrica costante e sensibile.
L’impianto complessivo richiede poi una serie di apparecchiature accessorie, quali radiatori di dissipazione di emergenza, valvola di bypass fumi, plc per controllo del sistema. Infatti in caso non ci sia carico sul recupero energetico (ovvero in un certo momento non c’è richiesta di acqua calda ad esempio), il motore per poter funzionare regolarmente e continuare a produrre energia elettrica, deve mantenere le temperature di esercizio entro i propri limiti, quindi un sistema automatico, deve permettere l’entrata in funzione dei radiatori per la dissipazione del calore in eccesso non recuperato, contemporaneamente alla deviazione dei fumi alla marmitta, evitando di passare nello scambiatore di recupero fumi (appunto) evitando rischi di sovratemperature e conseguenti rotture degli apparecchi.
Gli impianti di cogenerazione hanno ormai preso un a parte discreta di mercato, con applicazioni insostituibili in certe applicazioni. L’evoluzione di questi impianti prende il nome di “impianti di trigenerazione“, dove oltre alla produzione di energia elettrica e di calore, si sfrutta l’imsieme per la produzione di freddo, tramite impianti ad assorbimento. Non va inoltre trascurata una nuova frontiera legata alla cogenerazione, che coinvolge anche il tipo di alimentazione, ovvero lo sfruttamento del Biodiesel.
E’ bene ricordarsi che progetti di questo livello, richiedono un attento studio preliminare, per valutare bene la validità e la redditività effettiva di applicazione.
Commenti
27 risposte a “Impianti di cogenerazione, come funzionano ed a cosa servono.”
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Sono un laureando in ingegneria elettrica, la mia tesi è di fatto lo studio di fattibilità per l’installazione di un trigeneratore in un grande immobile adibito ad uso uffici (circa 10000 kWhe e 7000 kWth).
Premessa: l’edificio è al momento collegato ad una rete di teleriscaldamento, che penso di utilizzare per l’energia termica che non riesco a produrre con l’impianto di cogenerazione. La modalità di funzionamento è quella dell’inseguimento del carico termico. Che ora come ora nel periodo estivo sembra annullarsi perchè il fresco è prodotto da condizionatori elettrici.
Vengo alle domande: la taglia della macchina mi conviene farla in base alla potenza base? (in pratica quella sempre presente, anche nei giorni festivi)
In secondo luogo, il rendimento della macchina varia in funzione del carico, ma sui data sheet in genere c’è solo quello a pieno carico (potrei fare l’ipotesi di rendimenti costanti) volendo complicare il sistema esiste un modello per la variazione del rendimento?
La prima domanda è correlata alla disponibilità all’investimento ed ai tempi di “payback” risultanti ed accettabili dal cliente. In ogni caso, a mio modesto parere conviene dimensionare sulla potenza base.
Per la seconda, è un problema anche per noi, solitamente si fanno dei modelli su excel ipotizzando le variazioni di carico in base alle condizioni climatiche. L’ideale sarebbe poter utilizzare sempre l’energia termica prodotta. Altrimenti bisogna rassegnarsi a dissiparla, ma è estremamente importante che ci sia carico quasi sempre, altrimenti addio convenienza.
ps.: capisco di non essere molto esaustivo, ma la realtà rispecchia i problemi che lei si pone, in moltissimi casi. In pratica la cogenerazione/trigenerazione è conveniente dove c’è necessità di sfruttamento dei vari recuperi “sempre” o quasi sempre.
La ringrazio per la risposta, soprattutto per il post scriptum.
Il rendimento che varia in funzione del carico per una tesi che ha come scopo quello di sviluppare uno studio di fattibilità e non quello di indagare sull’andamento del rendimento alla variazione del carico è forse una finezza della quale posso anche fare a meno in questo momento.
Mi piace il sito, è molto ben fatto e soprattutto di facile lettura (che non è cosa da poco).
Gent.mo Giovanni,
grazie per i complimenti e buon lavoro.
domanda: siamo una lavanderia industriale che consuma all’anno c.a 260.000 kw di energia elettrica e c.a 300.000 mc di gas per produrre vapore a 180° a 11 bar. per produrre vapore abbiamo una caldaia a gas metano che produce 3000 kg di vapore. a senso per noi fare un impianto di microcogenerazioene?. con quale combustibile? gas, olio vegetale o quant’alto? soluzioni alternative?Quanto costano tali impianti. Vi saremmo grati di una risposta. saluti. ro.bonici
Gent.mo Sig. Bonici,
impianti di cogenerazione hanno senso se si trova il bilancio nell’utilizzare la corrente elettrica generata ed il relativo calore.
nel vostro caso si dovrebbe fare uan analisi più attenta, ma mi pare che ce ne siano gli estremi.
Buongiorno,
sto facendo uno studio sugli impianti di cogenerazione, ma non mi è molto chiara la parte di recupero termico. Ho visto che vengono utilizzate delle caldaie, però non capisco come faccia a funzionare una caldaia avendo il calore in ingresso. O meglio, parlando di una caldaia a premiscelazione, il calore in ingresso non basta per far andare la caldaia che deve cmq essere alimentata con aria e combustibile, allora per cosa viene utilizzato a livello concreto il calore in ingresso all’unità termica? Penso sia per riscaldare l’aria in ingresso al bruciatore, ma che vantaggi ho dal tutto?
grazie mille,
Francesca
Buongiorno Francesca,
molto spesso si utilizzano caldaie a “tubi di fumo”, ovvero i fumi caldi scaldano il fluido secondario producendo acqua calda/surriscaldata, vapore o olio diatermico, dedicato poi ad altri usi.
In pratica una caldaia a tubi di fumo, è un grosso scambiatore di calore fumi/acqua, fumi/olio, o un generatore di vapore a fumi.
Dipende poi dal livello di temperatura dei fumi.
Nel caso i fumi fossero “caldi ma non caldissimi”, a quel punto con un recuperatore si può preriscaldare l’aria di ammissione al bruciatore di una caldaia tradizionale, ma in quel caso il recupero è decisamente meno interessante.
spero di essere stato chiaro.
Gentil Sig. Biolchi,
sono uno studente universitario e mi trovo a dover affrontare un esame in cui mi viene richiesto l’utilizzo di un cogeneratore.
Avrei necessità di Pot elettrica: circa700 kW, e di Pot termica 400/500 kW.
conscio che i motori da cogenerazione producono maggior Pth rispetto Pel, sono alla ricerca di eventuali motori adatti. Mi saprebbe indicare dove posso reperire informazioni anche sui consumi e costi d’istallazione?
Grazie ancora
Gigi
Salve, avrei un dubbio per ciò che riguarda l’impianto di cogenerazione. Precisamente vorrei sapere se questo può essere installato nello stesso locale all’interno del quale è presente una caldaia per la produzione di acqua calda, alimetata a metano.
La ringrazio.
Arrivederci.
Buongiorno Francesco,
mi dispiace ma non ho la competenza per darle una risposta attendibile. Dovrebbe sentire un consulente che si occupa di pratiche PED.
Buongiorno Gigi,
produttori di motori per cogenerazione ce ne sono diversi come anche lei può immaginare, le mando qualche riferimento via email.
In bocca al lupo per i suoi studi.
Buongiorno Sig. Biolchi,
sono un laureando di ingegneria energetica. la mia tesi verte su un impianto di cogenerazione alimentato da olio vegetale. Il MCI installato nell’impianto ha una potenza di 1930 kWe, ho tutti dati relativi al motore ma mi manca il consumo di energia da parte del motore stesso. Mi saprebbe consigliare o direttamente dare la risposta per quanto riguarda la determinazione del carico elettrico richiesto?
Buonasera, chiedevo dato che siamo un azienda che si occupa del recupero anche del legno, se in zona di Trento ci fosse qualche lavanderia industriale interessata all’utilizzo dell’energia termica in quanto siamo intenzionati ad avviare un impianto di cogenerazione. Tra l’altro ho visto che il 23 febbraio il sign.Bonici proprietario di una lavanderia ind. era interessato a quanto sopra. Grazie e saluti.
Buongiorno,
non riesco a capire il dato che le serve.
vivo in una casa di 100mq vorrei utilizzare la cogenerazione per illuminare e scaldare l’abitazione:
1)mi conviene?
2)vorrei un motore che produca intorno ai 10kw:
quanto costa e con quale tipo di carburante sarebbe meglio fosse alimentato in base al prezzo e risparmio di quest’ultimo? grazie
Buongiorno Davide,
non sono in grado di dirle se conviene.
Consideri che solitamente una caldaia per una abitazione fornisce una potenzialità di circa 30 KW…parlo mediamente.
Dovrebbe provare a sentire che realizza gruppi tipo Totem.
buongiorno sig. Biolchi,
sto facendo uno studio per un impianto di cogenerazione a biomasse ma non trovo informazioni sui costi di scambiatori di calore e sull’essiccatore per il combustibile.
infatti vorrei utilizzare il calore proveniente dall’impianto (560 kWt) in parte per essiccare il combustibile in ingresso e in caldaia e in parte per fornire calore ad una utenza tramite uno scambiatore.
può aiutarmi?
Cordiali Saluti
Gent.mo Davide,
La contatto via email, buona giornata
Gentilissimo Sig. Biolchi,
sono uno studente universitario e mi trovo a dover affrontare un esame in cui mi viene richiesto l’utilizzo di un trigeneratore.
Avrei necessità di Pot elettrica: circa 120 kW, e di Pot termica 70 kW( CHE EROGA LA CALDAIA A GAS ATTUALE) altrettanta quella frigorifera (CHE EROGA IL GRUPPO FRIGO ATTUALE).
Dovrei fare un’analisi tecnico-economica, dunque valutare la convenienza di installare questo impianto. Mi può suggerire tramite e-mail qualche sito o sua conoscenza in materia?
CORDIALI SALUTI
Simone
Simone
Buonasera,
sono titolare di una lavanderia per alberghi e ristoranti, vorrei sapere se vi è la possibilità di risparmiare sul metano utilizzando un’impianto di cogenerazione e se tale alternativa è compatibile con la mia attività. Si consideri che mensilmente la spesa destinata al metano è abbastanza alta circa 18.000 Euro.Quali possono essere gli impianti da utilizzare?
Aspettando gentilmente risposta porgo i miei più cordiali saluti.
Buongiorno dott.Biolchi,
sono uno studente di ingegneria che sta cercando di fare una tesi su un’ottimizzazione tecnico economica di un impianto di trigenerazione per un’utenza singola: per farlo, date le potenze in gioco molto ridotte (si pensa di non andare oltre i 6 kW elettrici) avevo in mente di usare un tradizionale motore a combustione interna.
Supponendo costante la potenza fornita, avrei bisogno di conoscere l’andamento della potenza termica fornita dall’unità in funzione della temperatura dell’acqua calda e di quella dell’ambiente (che influisce sulle prestazioni): ha per caso qualche dato in merito? Sui siti dei produttori più importanti in questo campo come Senertech e Aisin Seiki non vengono menzionate queste caratteristiche.
Grazie in anticipo e arrivederci
Paolo
Buongiorno Paolo,
se ho capito bene il problema, le confermo che certi dati sono di difficile reperibilità.
Comunque consideri che a potenza costante fornita, la potenza dissipata al sistema di raffreddamento dal motore è praticamente costante.
Anche a livello di temperatura, consideri che se non va in dissipazione, il valore della temperatura ambiente è poco influente sul motore.
Spero di aver chiarito qualche dubbio.
sono titolare di una lavanderia ad acqua e a secco, i nostri consumi sono circa € 10000,00 per l’energia elettrica ed € 3000,00 per il gpl, annuo. Pensa che con un impianto di cogenerazione potremmo risparmiare?
salve, sono in possesso di due motori marini di 180 cv cadauno e visto che non saprei cosa farmene vorrei trasformarli in cogeneratori ad olio vegetale e quindi installandoli in rete distribuire “vedere” la corrente prodotta al GSE.
La domanda… cosa mi serve, dove posso trovarli ed i costi, dei pezzi mancanti per trasformare il tutto in maniera da ottenere il benestare da parte del GSE?
Buongiorno Domenico,
ritengo che il primo passo sia capire se possono funzionare ad olio vegetale, sentendo il costruttore.
Quindi schede tecniche alla mano capire quanta energia termica/elettrica riesce a recuperare.
Da qui in poi le alternative sono parecchie.
Buongiorno,
vorrei sapere dove posso trovare dati aggiornati sulla diffusione della cogenerazione (in particolare in Italia). I dati più aggiornati che ho trovato risalgono al 2008.
Grazie