La micro generazione e la micro co-generazione.
La cogenerazione è la produzione combinata di elettricità e calore. Nella cogenerazione queste due forme di energia, cioè l’elettricità e il calore, vengono prodotte in cascata, con un unico sistema.
In un impianto convenzionale per la produzione di energia elettrica, l’energia chimica del combustibile, trasformata in energia termica tramite combustione, viene utilizzata in un ciclo di potenza che la trasforma in elettricità. Il calore di scarto del ciclo viene disperso nell’ambiente ottenendo così rendimenti di primo principio del 40-50%.
Con un impianto di cogenerazione, invece, il calore di scarto non viene disperso, ma recuperato per essere poi utilizzato in vario modo. In questo modo la cogenerazione raggiunge un’efficienza superiore anche al 85%.
La micro-cogenerazione è la cogenerazione su piccola scala; le potenze elettriche vanno dal kilowatt al centinaio di kilowatt. La micro-cogenerazione è stata per lungo tempo poco praticata, se non a livello di ricerca, principalmente per due motivi: le vantaggiose economie di scala sfruttate dalle grandi turbine da centrale e dai sistemi di trasmissione in alta tensione, i bassi rendimenti elettrici e termici offerti dalle macchine di piccola taglia.
La possibilità di accoppiare un frigorifero ad assorbimento ad un impianto di micro-cogenerazione mostra le ulteriori potenzialità di questi sistemi; il frigo ad assorbimento è una macchina, senza entrare troppo nel dettaglio, capace di compiere un ciclo frigorifero non sfruttando il lavoro del compressore ma utilizzando il calore fornito da una sorgente calda, quale il calore di scarto di un motore, di una micro-turbina o di un altro generatore di potenza.
Quindi un sistema che comprende un motore, un generatore elettrico, un sistema di recupero del calore di scarto e un frigorifero ad assorbimento, costituisce un impianto di trigenerazione, in grado di effettuare una produzione combinata di energia elettrica, termica e frigorifera. Un micro-trigeneratore può facilmente soddisfare le esigenze di condizionamento di un condominio o quelle di refrigerazione in attività industriali e artigianali. Se si considera quindi che si possono estendere facilmente i vantaggi già citati per la produzione combinata di calore e elettricità alla produzione del freddo sarà più evidente il risparmio energetico ottenibile dall’ adozione di queste tecnologie.
La ricerca e i progressi che essa ha portato alle tecnologie produttive, permettono ora di ottenere macchine e impianti cogenerativi con rendimenti superiori al 90%, basso impatto ambientale, bassa rumorosità e grazie all’elettronica grande facilità di gestione e utilizzo. Caratteristiche che permettono l’installazione di questi impianti direttamente nei centri urbani. Grazie alla micro-cogenerazione la logica convenzionale di distribuzione può venire stravolta: non più pochi grandi siti produttivi, giganti centrali elettriche dall’enorme impatto ambientale, ma molti piccoli siti di generazione dislocati nel territorio vicino all’utente finale, interconnessi, di dimensioni ridotte ed ecologicamente compatibili.
I sistemi di micro-co-trigenerazione comportano una lunga serie di vantaggi soprattutto in un sistema energetico come quello italiano grosso importatore di energia, con un parco centrali carente, una rete di trasmissione non più giovane.
Si elencano in estrema sintesi i principali benefici:
- risparmio di energia primaria con diminuzione dei costi energetici,
- miglioramento dell’impatto ambientale e riduzione delle emissioni (si emettono in atmosfera centinaia di migliaia di tonnellate di anidride carbonica in meno),
- nessuna perdita di distribuzione calore,
- nessuna perdita di distribuzione e trasmissione dell’elettricità (riversata direttamente nelle linee a bassa tensione),
- limitazione delle cadute di tensione sulle linee finali di utenza ed aumento della affidabilità della rete elettrica,
- esposizioni finanziarie minori grazie a taglie ridotte ed a tempi di installazione rapidi,
- possibilità di penetrazione in zone isolate e difficilmente accessibili.
Accanto alla micro co-generazione esistono anche tecnologie di micro generazione, che producono solamente elettricità o solamente calore da fonti rinnovabili (es. solare termico).
Tecnologie.
Diverse sono le tecnologie disponibili di micro generazione domestica;
- Piccole turbine eoliche (microgenerazione elettrica): Turbine eoliche di bassa potenza (qualche kWe). Possono essere usate on grid od off grid. Potenza intermittente (dipende dalle condizioni di vento). Adatte solo ad alcune locazioni con visibilità ed assenza di copertura. Non adatte ad ambiente urbano. Prezzi di commercializzazione 2500 €/kWp. Nessuna emissione GHG.
- Solare fotovoltaico (microgenerazione elettrica): Mercato sussidiato (in Italia conto enegia). Prezzi 5000 - 6000 €/kWp. Limiti tecnologici (basso rendimento) limitano il potenziale di decrescita del costo (il costo del silicio pesa solo il 33% del costo al kWp). Possibile on-grid ed off-grid. Potenza intermittente con le condizioni metereologiche. Adatto a case e siti esposti a sud. Difficile adattamento all'ambiente urbano (condominio). Nessuna emissione GHG
- Solare termico (microgenerazione termica): abbastanza diffuso (si tratta dei pannelli di riscaldamento per acqua sanitaria domestica). Presenta gli stessi problemi del solare fotovoltaico relativamente all’istallazione in ambiente urbano.
- Micro co-generazione con fuel cells (micro cogenerazione): Potenza continua. Adattabile a tutti gli ambienti. Possibilità di connessione sia on-grid che off-grid. Ancora problemi di affidabilità e costo. 5000 €/kWe. Rendimento 25%. Rendimento atteso totale 68% (30% elettrico + 38% termico). Emissioni GHG (il combustibile utilizzato è gas naturale, con processo di reforming). Il sistema è ad inseguimento di potenza (l'uso primario è la produzione di elettricità ed il calore residuo viene recuperato).
- Micro co-generazione con motori Stirling (micro cogenerazione): è la tecnologia più promettente. E’ installabile in ambienti urbani, può utilizzare qualunque fonte di calore (sia il metano, sia l’idrogeno, sia le biomasse come pure il calore solare). Presenta una prospettiva di pareggio molto vicina nel tempo anche in assenza di sussidi da parte pubblica. Risulta conveniente solo attorno alle 2000 ore di funzionamento annue. Per cogenerazione è adatta ai climi più freddi. Se utilizzata in configurazione trigenerazione (caldo – freddo –elettricità ) può essere indicata anche per i climi caldi.
