La cogenerazione è il processo della produzione contemporanea di energia meccanica (solitamente trasformata in energia elettrica) e di calore. Il calore è utilizzabile per riscaldamento di edifici e/o per processi produttivi-industriali.

Lo spettro delle prestazioni di tipo elettrico e termico riguardanti gli impianti di cogenerazione variano da pochi a centinaia di kilowatt. Dall'anno 2000 circa sono a disposizione sempre di più sul mercato impianti delle dimensioni di una lavatrice, le cosiddette mini e micro centrali elettriche a cogenerazione per case unifamiliari, piccole imprese e hotel. Nel 2009 è partito un progetto da parte di VW che prevede l'installazione di 100.000 piccoli impianti di cogenerazione, con prestazioni complessive di circa 2 GW.

Settori di competenza

Un approccio di questo tipo permette di indirizzare al meglio la scelta dell’investimento e di offrire soluzioni cogenerative in molteplici settori industriali:

• processi agro-alimentari
• industria di trasformazione del legno
• industrie ceramiche
• industrie di manifattura meccanica
• industria chimica e farmaceutica
• industria di produzione materiali plastici

Solitamente un impianto a cogenerazione è composto da:

• Motore primo;
• Generatore elettrico;
• Impianto motore;
• Recuperatori di calore;

Se si dovessero suddividere per motori primi, potremmo distinguere:

• Impianti turbogas;
• Impianti turbovapore;
• Motori alternativi a combustione interna.

L'efficienza energetica della cogenerazione

La cogenerazione è una tecnologia che consente di incrementare l'efficienza energetica complessiva di un sistema di conversione di energia. Ma per spiegarne il motivo occorre analizzare i rendimenti.

Il coefficiente di rendimento è caratteristico per ogni tipo di motore e rappresenta il rapporto tra la resa energetica che ne deriva ed il combustibile introdotto. Nel motore di una automobile indica il rapporto tra i chilometri percorsi e la quantità di idrocarburi introdotti; nei grandi motori per la produzione di energia elettrica il coefficiente indica il rapporto tra chilowattora prodotti e il combustibile consumato.

Questi rapporti sono caratteristici per ogni tipo di motore. Ad esempio i motori di auto a benzina presentano rendimenti che oscillano tra il 20 e il 30 per cento; auto con motori diesel tra il 25 e il 35 per cento, il restante diventa calore disperso.

I grandi motori hanno un'efficienza maggiore e, pur generalizzando molto, si può affermare che per i motori termoelettrici, il coefficiente di rendimento è discretamente alto e può raggiungere un 55%. Ma il medesimo motore quando produce in cogenerazione presenta coefficienti che raggiungono l'85%, perché il potere calorifico del combustibile è utilizzato al meglio, con un'effettiva ottimizzazione dei processi.

Naturalmente gli investimenti per adattare i motori di una centrale termoelettrica alla cogenerazione sono notevoli, ma qualora sia possibile creare una rete di teleriscaldamento, i risultati sono sempre vantaggiosi. Va considerato infatti il periodo di utilizzo di queste macchine, che arriva anche a 30-40 anni.

Piccola cogenerazione (e microcogenerazione)

La cogenerazione con potenza elettrica inferiore ad 1 MW si definisce piccola cogenerazione,quella con potenza inferiore a 50 kW microcogenerazione, e viene effettuata tramite motori alternativi a combustione interna, microturbine a gas o motori a ciclo Stirling[3]. La differenza principale tra la piccola cogenerazione e la microcogenerazione consiste nel fatto che nella piccola cogenerazione l'energia termica è un prodotto secondario, mentre la microcogenerazione è diretta principalmente alla produzione di calore e secondariamente di energia elettrica.

I vantaggi della piccola cogenerazione

In estrema sintesi i vantaggi della piccola cogenerazione sono:

• Impiego di energia termica altrimenti inutilizzata, con un conseguente risparmio di combustibile
• Minore inquinamento atmosferico
• Filiera di distribuzione elettrica notevolmente più corta, con una netta riduzione delle perdite sulla linea
• Riduzione delle infrastrutture (centrali e linee elettriche)

La trigenerazione

La trigenerazione implica la produzione contemporanea di energia meccanica (elettricità), calore e freddo utilizzando un solo combustibile. Le tradizionali centrali termoelettriche convertono soltanto 1/3 dell'energia del combustibile in elettricità,mentre il resto viene perso sotto forma di calore. Ne consegue l'esigenza di incrementare l'efficienza della produzione elettrica. Un metodo che va in questa direzione è la produzione combinata di calore ed elettricità (nota anche con l'acronimo inglese CHP, da combined heat and power) dove più di 4/5 dell'energia del combustibile è convertita in energia utilizzabile, con benefici sia finanziari che economici.

I sistemi di trigenerazione

I sistemi di co-trigenerazione possono essere studiati e prodotti per funzionare con qualsiasi fonte primaria di calore. Questi sistemi oggi sono tecnicamente maturi ed economicamente convenienti per poter essere adottati diffusamente, tra le molteplici configurazioni possibili citiamo:

• sistemi di cogenerazione con combustibili fossili;
• sistemi di trigenerazione con combustibili fossili;
• co-trigenerazione con sistemi termosolari;
• co-trigenerazione con biogas;
• sistemi ibridi di cogenerazione e trigenerazione.