Trigenerazione: Produrre Calore, Freddo ed Elettricità Contemporaneamente

La cogenerazione è un sistema di produzione energetico oramai assodato. Esso permette di generare calore ed elettricità contemporaneamente, aumentando, così, notevolmente il rendimento generale del processo di produzione dell’energia (energia generata fratto energia primaria spesa). In sostanza, tramite una qualsiasi fonte primaria (fossile o no) viene prodotto vapore (o acqua surriscaldata) in una centrale termica (o caldaia). Il vettore energetico (acqua o vapore, appunto) può essere utilizzato per produrre acqua calda per riscaldamento, per processi industriali ad alta temperatura oppure può essere mandato in una turbina, la quale, collegata a un alternatore, produce energia meccanica, e quindi elettricità.

Con l’invenzione (e soprattutto la commercializzazione industriale) dei frigoriferi ad assorbimento è stato possibile generare “freddo” tramite il calore. Il che potrebbe sembrare ossimorico, ma il principio di funzionamento è abbastanza semplice: essi sfruttano il calore di dissoluzione di un soluto in un solvente che viene ciclicamente concentrato e diluito, e, dunque, attraverso l’apporto di calore in una parte della macchina è possibile esportare calore in una parte differente della stessa. Esso è, quindi, molto utilizzato in caso di recuperi termici (sia industriali che terziari).

A questo punto si è ben pensato di sviluppare la cosiddetta trigenerazione, ossia la contemporanea produzione di elettricità, energia termica e “energia frigorifera” tramite l’utilizzo di una sola tecnologia. Viene bruciato un generico combustibile (di solito metano) in un motore a combustione interna, il quale produce prima di tutto energia elettrica attraverso il funzionamento base. I fumi di quest’ultimo, però, invece di essere rilasciati in atmosfera ad alta temperatura, vengono mandati in una caldaia a recupero con la quale si produce acqua surriscaldata per l’utenza termica ad alta temperatura e per il funzionamento dei frigoriferi ad assorbimento (produzione di acqua refrigerata). Nel motore, inoltre, è prodotta acqua calda, la quale, come nel caso dell’acqua surriscaldata, può essere mandata alle utenze termiche a medie temperature oppure può essere utilizzata per la produzione di “freddo” come sopra. Nello schema in figura vi è un impianto simile ma più semplice.

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Supponiamo che io sia una grande utenza e che utilizzo 1.000.000 di Sm³ all’anno di gas naturale per produzione in assetto cogenerativo (calore e energia elettrica) e 20.000.000 di kWh all’anno per la restante elettricità di cui ho bisogno (macchine frigorifere, illuminazione, pompe, etc.). Nel caso l’energia elettrica abbia un impatto importante sul mio consumo, soprattutto per quel che riguarda il “freddo”, posso pensare di installare un impianto trigenerativo. Quest’ultimo, indicativamente, brucerà circa 5.000.000 di Sm³ di gas naturale all’anno per garantire la stessa produzione di energia termica, acqua refrigerata e elettricità del caso precedente. In generale, la potenza elettrica di produzione è di 2.500 kW, la potenza termica di produzione è di 2.500 kW – divisi come 1.400 kW_th in caldaia di recupero del calore dei fumi del motore e 1.100 kW_th in scambiatore di calore acqua/acqua – e la potenza frigorifera è di 2.000 kW – divisi come 1.100 kW_f all’assorbitore connesso all’acqua surriscaldata e 900 kW_f all’assorbitore connesso all’acqua calda. Se ipotizziamo una spesa media di 0,12 euro/kWh per l’elettricità e di 0,33 euro/Sm³ per il gas, allora il risparmio annuale sarà di circa 1.000.000 di euro a fronte di una spesa di investimento iniziale di circa 3.000.000 di euro per l’impianto completo (con conseguente periodo di pay-back di circa 3 anni): non male!