L'Energia

Gran parte dell’energia elettrica generata in Italia e nel mondo proviene da impianti con motori termici, nei quali calore ad alta temperatura viene prima convertito in energia meccanica e quindi in energia elettrica per mezzo di generatori elettrici. Il calore proviene, nel caso delle centrali nucleari da reazioni di fissione (si parla in questo caso di impianti termonucleari) e nel caso delle centrali termoelettriche dalla combustione del combustibile immesso (carbone, gas naturale, frazioni del petrolio, biomasse etc). La conversione da calore ad energia meccanica, che è la trasformazione più complessa, avviene sfruttando un ciclo termodinamico.

 

In generale, indipendentemente dal ciclo termodinamico sfruttato, il secondo principio della termodinamica stabilisce che non tutto il calore fornito può essere trasformato in lavoro; il limite massimo teorico della quota di calore effettivamente convertibile in lavoro è fissato dal rendimento del ciclo di Carnot.

 

Un valore indicativo di ηg è 0.35: ciò significa che solo il 35% dell’energia introdotta nell’impianto a motore termico è effettivamente convertito in energia elettrica, mentre il restante 65% dell’energia viene di fatto perduta. La maggior parte di questa quota di energia non sfruttata viene persa sotto forma del calore Q2 scaricato dal ciclo termodinamico; a titolo indicativo si può dire che il calore Q2 ceduto dall’impianto vale circa il 55% dell’energia introdotta mentre il restante 10% rappresenta altre perdite di vario genere (EP). Nella fi gura una torre di raffreddamento di una centrale termodinamica. (1)

Impianto termoelettrico a combustibile

La cogenerazione nasce dunque dal tentativo di recuperare in maniera utile tutto o parte di questo calore Q2 che deve necessariamente essere scaricato da un impianto motore termico. Tale calore in certi casi può essere utilizzato utilmente nell’industria, ad esempio sotto forma di vapore, oppure può essere destinato ad usi civili, come il per riscaldamento degli edifi ci. Qualora l’impianto abbia tali caratteristiche si parla di produzione combinata di energia elettrica e calore (o,semplicemente, produzione combinata). Gli impianti di produzione combinata, dunque, convertono energia primaria, di una qualsiasi fonte (solitamente l’energia primaria è quella di un combustibile), in energia elettrica ed in energia termica (calore), prodotte congiuntamente ed entrambe considerate utili. 

La produzione combinata di energia elettrica e calore in uno stesso impianto prende solitamente il nome di cogenerazione ed è spesso indicata con l’acronimo inglese CHP (Combined Heat and Power) (1)

Impianto di cogenerazione

La Fig. 3 mostra come, a parità di utilizzazione fi nale (34 “unità” di energia elettrica e 56 “unità” di energia termica), la cogenerazione consente un significativo risparmio di energia primaria rispetto alla produzione separata di energia elettrica e calore. Mentre in un impianto CHP l’energia primaria richiesta sotto forma di combustibile è pari a 100 “unità”, con un sistema di produzione separata (SHP, Separated Heat and Power) tale richiesta è assai superiore. 

In questo caso è infatti necessario fare funzionare una centrale termoelettrica per produrre l’elettricità, dissipando il calore da questa prodotto, ed è inoltre necessario ricorrere ad una

caldaia per soddisfare la richiesta termica dell’utenza. Nel caso dunque di sistema SHP l’energia primaria richiesta è pari a 162 “unità”, evidentemente superiore a quella necessaria per soddisfare lo stesso fabbisogno di energia elettrica e termica con un impianto cogenerativo. (1)
Confronto fra produzione separata di energia elettrica e termica (SHP) e cogenerazione

 

Fig. 3 – Confronto fra produzione separata di energia elettrica e termica (SHP) e cogenerazione (CHP) – Le grandezze sono
espresse in termini di “unità” di energia primaria – (Fonte: G.R.T.N.). (1) Altre fonti : Ministero delle attività produttive –
Ministero dell’Ambiente e Tutele del Territorio – RENAEL ( Rete Nazionale delle Agenzie Locali per l’Energia )