La cogenerazione rappresenta un sistema efficiente per la produzione simultanea di energia elettrica e calore attraverso il processo di combustione di gas in un motore.
L’utilizzo del gas per la produzione combinata di energia elettrica e calore consente di ridurre sensibilmente i costi complessivi di approvvigionamento energetico.
In applicazioni di piccola e media potenza nominale, l’adozione di motori a regime di giri costante e di motori con inverter offre diversi approcci nella gestione della produzione di energia e del calore. Di seguito, si elencano le principali differenze tra queste due configurazioni, con focus sull’accumulo di calore e sulle implicazioni operative.
DIFFERENZE TECNOLOGICHE
COGENERATORE CON MOTORE FUNZIONANTE A NUMERO DI GIRI COSTANTE
- Funzionamento: I cogeneratori a regime di giri costante operano a una velocità fissa. Questa configurazione è tipicamente progettata per generare una quantità costante di elettricità e calore, indipendentemente dalle variazioni nella domanda.
- Accumulo Termico: Per gestire le fluttuazioni nella domanda di calore, questi sistemi utilizzano accumulatori termici che immagazzinano l’energia termica prodotta in eccesso. Questo approccio consente di sfruttare la produzione continua, accumulando il calore per utilizzi successivi.
- Limitazioni: Una delle principali limitazioni di questa configurazione è che, quando l’accumulo termico raggiunge la sua capacità massima, il sistema si trova in uno stato di blocco. Se non è possibile sfruttare ulteriore calore prodotto, il motore non può dissipare il calore esuberante generato dalla combustione, portando a un surriscaldamento critico. Questo può innescare un arresto del motore per ragioni di sicurezza.
COGENERATORE DOTATO DI MOTORE INVERTERATO
- Funzionamento: I cogeneratori dotati di inverter possono variare la velocità del motore in base alla domanda di energia elettrica e termica in tempo reale. Questo conferisce al sistema una maggiore flessibilità operativa.
- Regolazione della Produzione: L’inverter consente un’ottimizzazione della produzione di energia e calore: il motore può aumentare o diminuire i giri al fine di conformarsi alla domanda effettiva. In caso di un incremento della richiesta di calore, il sistema può aumentare il proprio output; viceversa, in caso di diminuzione della richiesta, il sistema può ridurre la produzione.
- Vantaggi: Grazie a questa modulabilità, i cogeneratori a inverter non subiscono il problema del blocco per eccesso di accumulo. Qualora l’accumulo termico sia pieno, è possibile ridurre immediatamente la produzione di calore, evitando surriscaldamenti e garantendo il mantenimento di condizioni operative sicure.
CONSIDERAZIONI PER IL CORRETTO DIMENSIONAMENTO DEL COGENERATORE
COGENERATORE CON MOTORE A REGIME DI GIRI COSTANTE
In questo caso, la gestione delle operazioni si traduce in un rigido controllo delle condizioni operative. Quando si verifica un’inattesa diminuzione della domanda di calore, il sistema non è in grado di adeguarsi rapidamente, causando inefficienti cicli di produzione e potenziali danni ai componenti meccanici a causa del calore in eccesso. In questo caso, il dimensionamento della potenza di impianto e degli accumuli termici – onde assicurare il continuo funzionamento del motore – dovrà considerare attentamente le esigenze di raffreddamento del motore cui consegue la produzione della parte termica. Gli accumuli dovranno essere dimensionati al fine di assicurare un funzionamento costante e continuo del cogeneratore.
COGENERATORE CON MOTORE INVERTERATO
Al contrario, i cogeneratori dotati di inverter sono più adatti per ambienti dinamici e variabili, riuscendo a mantenere una performance più efficiente e in sicurezza. Questo non solo promuove un uso più sostenibile delle risorse energetiche, ma contribuisce anche a costi operativi potenzialmente inferiori grazie a minori usure e manutenzioni.
Il dimensionamento dell’impianto terrà presente esclusivamente delle richieste della parte termica poiché la produzione elettrica è direttamente da queste determinata.
DALLA COGENERAZIONE ALLA TRIGENERAZIONE
In molte applicazioni industriali e civili, il calore prodotto dai cogeneratori può essere utilizzato per alimentare processi di raffreddamento. La trasformazione dell’acqua calda in freddo avviene principalmente tramite la tecnologia dei frigoriferi ad assorbimento o sistemi di refrigerazione. Di seguito, i componenti tecnici e il processo di trasformazione dell’acqua calda in freddo.
TRASFORMAZIONE DEL CALORE IN FREDDO
La trasformazione dell’acqua calda in freddo può avvenire attraverso diversi metodi, tra cui i sistemi di refrigerazione ad assorbimento. Questi impianti utilizzano una sorgente di calore, come quella fornita da un cogeneratore, per generare freddo. Di seguito sono descritti i componenti tecnici principali.
Sistema di Refrigerazione ad Assorbimento
- Assorbitore: Questo è il componente dove avviene l’assorbimento della coppia refrigerante. In generale, l’ammoniaca è utilizzata come refrigerante, mentre un assorbitore comune è una soluzione di acqua e ammoniaca, dove l’ammoniaca gassosa viene assorbita nell’acqua, generando calore.
- Generatore: Qui la soluzione ricca di ammoniaca viene riscaldata utilizzando l’acqua calda proveniente dal cogeneratore. Il calore causa l’evaporazione dell’ammoniaca, che si trasforma in vapore.
- Condensatore: Il vapore di ammoniaca passa quindi al condensatore, dove viene raffreddato, generalmente mediante un sistema di scambio termico. Questo processo porta alla condensazione dell’ammoniaca in forma liquida.
- Evaporatore: Infine, l’ammoniaca liquida va nell’evaporatore. Qui, essa si espande e assorbe calore dall’ambiente circostante, producendo freddo. L’aria o l’acqua da refrigerare vengono riscaldate, mentre l’ammoniaca liquida si trasforma nuovamente in vapore.
Sistema di Circolazione dell’Acqua
L’acqua calda proveniente dal cogeneratore deve essere pompata attraverso il sistema di refrigerazione:
- Pompe di Circolazione: queste pompe servono a trasportare l’acqua calda dal cogeneratore all’assorbitore e, successivamente, a fornire l’acqua necessaria per il raffreddamento.
- Scambiatori di Calore: in alcuni casi, possono essere utilizzati scambiatori di calore per ottimizzare l’efficienza del trasferimento di calore tra l’acqua calda e il fluido refrigerante.
Vantaggi del Sistema
I sistemi di refrigerazione ad assorbimento alimentati da cogeneratori presentano diversi vantaggi:
- Efficienza energetica: L’uso del calore residuo migliora l’efficienza globale del sistema.
- Sostenibilità: L’uso di fonti di calore rinnovabili e la riduzione del consumo elettrico contribuiscono a una maggiore sostenibilità ambientale.
- Flessibilità: Questi sistemi possono adattarsi a diverse esigenze di raffreddamento, rendendoli adatti a una vasta gamma di applicazioni.