Impianti di cogenerazione, come funzionano ed a cosa servono.

Sempre più spesso si parla di impianti di cogenerazione e di utilizzo di energie alternative, ma come viene effettivamente utilizzata l’energia che proviene da un gruppo di cogenerazione?

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Parliamo di impianti di cogenerazione con motori endotermici (il concetto rimane poi invariato con le turbine, semplicemente i valori cambiano di grandezza e si inizia a parlare di MW…megawatt).Come tutti sappiamo i motori endotermici servono per generare una forza motrice, che si esprime in cavalli o meglio in kilowatt. Questa “potenza”, a tutti gli effetti serve a far muovere un mezzo di locomozione, oppure nel caso di generatori elettrici, a far girare un alternatore e produrre quindi energia elettrica.cogenerazione_2.jpg 

Perché si chiama cogenerazione:si chiama cogenerazione perchè si utilizzano dei motori per produrre energia eletrica e calore, infatti i motori endotermici non hanno dei rendimenti eccezionali, tutt’altro e per poter generare potenza, scaldano parecchio. Gli impianti di cogenerazione sfruttano proprio questo calore prodotto, che solitamente viene smaltito tramite il radiatore e disperso nell’ambiente. In pratica, tramite un modulo termico adeguatamente progettato, si produce acqua calda (oltre all’energia elettrica che citavamo sopra), sfruttando il calore dissipato dal motore nelle camicie e nei fumi dello scarico.L’utilizzo più frequente che si può ricavare è legato alla produzione di acqua calda per uso tecnologico (riscaldamento o sanitario o di processo) ed in funzione della tipologia di motore che abbiamo a disposizione, si divide in differenti livelli di recupero:cogenerazione_6.jpg

  • aftercooler: nei motori più grandi ha valori di potenzialità elevata (parliamo di parecchi KW), ma è ad un livello piuttosto basso. Infatti l’aftercooler lavora generalmente attorno ai 50°C, quindi permette un recupero importante a livello di potenza, ma decisamente contenuto a livello di temperature (ricordiamo che per i recuperi è sempre meglio avere poca acuqa caldissima che tantissima tiepida).
  • acqua motore (Jacket): tramite uno scambiatore di calore (solitamente a piastre), si produce acqua calda ad un primo livello, solitamente le camicie del motore arrivano a 90°C circa, quindi sul secondario possiamo pensare di arrivare a scaldare l’acqua già ad una discreta temperatura
  • fumi: con uno scambiatore di calore tipicamente a fascio tubiero, progettato appositamente, si può recuperare una potenza importante in termini di KW, ma soprattutto a livello di temperatura. I fumi infatti solitamente arrivano a temperature nell’intorno dei 500°C. Il recupero di questa sezione è però delicato, infatti è sconsigliabile spingere tali recuperi in maniera spinta, in quanto un eccessivo raffreddamento dei fumi, provocherebbe una condensazione degli stessi. Le condense di uno scarico di motore diesel ad esempio, comporta la formazione di H2SO4, estremamente corrosivo, quindi con costi di investimento per lo scambiatore antieconomici.
  • altro: sui motori di grosse potenzialità, piccole porzioni di recupero, possono essere ricavate dall’olio motore, ma stiamo parlando di valori assoluti che vanno valutati di volta in volta, per capirne l’effettiva economicità di recupero.
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L’insieme di tutte queste potenzialità, porta ad un recupero importante, che rende questo tipo di impianto particolarmente interessante per aziende che hanno un utilizzo di energia elettrica costante e sensibile.

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L’impianto complessivo richiede poi una serie di apparecchiature accessorie, quali radiatori di dissipazione di emergenza, valvola di bypass fumi, plc per controllo del sistema. Infatti in caso non ci sia carico sul recupero energetico (ovvero in un certo momento non c’è richiesta di acqua calda ad esempio), il motore per poter funzionare regolarmente e continuare a produrre energia elettrica, deve mantenere le temperature di esercizio entro i propri limiti, quindi un sistema automatico, deve permettere l’entrata in funzione dei radiatori per la dissipazione del calore in eccesso non recuperato, contemporaneamente alla deviazione dei fumi alla marmitta, evitando di passare nello scambiatore di recupero fumi (appunto) evitando rischi di sovratemperature e conseguenti rotture degli apparecchi.

Gli impianti di cogenerazione hanno ormai preso un a parte discreta di mercato, con applicazioni insostituibili in certe applicazioni. L’evoluzione di questi impianti prende il nome di “impianti di trigenerazione“, dove oltre alla produzione di energia elettrica e di calore, si sfrutta l’imsieme per la produzione di freddo, tramite impianti ad assorbimento. Non va inoltre trascurata una nuova frontiera legata alla cogenerazione, che coinvolge anche il tipo di alimentazione, ovvero lo sfruttamento del Biodiesel.

E’ bene ricordarsi che progetti di questo livello, richiedono un attento studio preliminare, per valutare bene la validità e la redditività effettiva di applicazione.

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Pubblicato in Cogenerazione, Energia Termica, Risparmio energetico

39 commenti su a “Impianti di cogenerazione, come funzionano ed a cosa servono.

  1. Buongiorno Daniele,
    non sono in grado di darle una valutazione di questo tipo.
    Le invio una email con alcuni riferimenti dove può avere maggiori info.

    cordiali saluti,
    valter

  2. Salve Valter,
    un’azienda ( prosciuttificio ) consuma circa 1.350.000 Kwhel e circa 100.000 mc di metano. consumi abbastanza regolari e costanti. Quali altri dati occorrono per dimensionare correttamente un impianto di co-generazione a metano ? Mi dice che gli hanno proposto un impianto da 70 Kw; può essere ? Grazie.

  3. Buongiorno Davide,

    dipende dalla taglia del cogeneratore.
    Impianti di grossa taglia genericamente vengono avviati e spenti per lunghe soste o manutenzioni programmate.
    Per i motori di piccola taglia, non è necessario rispettare queste prescrizioni.
    Interpellando un costruttore di gruppi di cogenerazione le può dare maggiori delucidazioni.

    Spero di essere stato di aiuto, cordialmente
    valter biolchi

  4. Buon giorno,
    stò facendo uno studio di fattibilità, per l’inserimento di un cogeneratore all’interno di un calzaturificio.
    L’azienda è aperta 8 ore al giorno per 5 giorni a settimana.
    Volevo chiedere se il cogeneratore che deve essere istallato deve rimanere in funzione per 24 ore giornaliere, o se può essere acceso e spento ogni giorna, naturalmente dopo aver incaricato una figura che la mattina lo accenda.
    Questo anche per allungare la vita utile del cogeneratore stesso e il payback.

    Grazie

    Davide

  5. Buongiorno Marco,

    ritengo che se tutte le utenze di riscaldamento siano alimentate (direttamente o indirettamente) da metano, il consumo annuo sia il giusto metro.
    Per scegliere la taglia del motore, ritengo che la sua idea sia corretta, ma onestamente non ho l’esperienza per poterla consigliare al riguardo.
    Se qualche frequentatore del blog ha esperienza in merito, sicuramente potrà darle dei suggerimenti adeguati.

    Cordiali saluti,
    valter

  6. Buongiorno a Lei,
    sono un tecnico che deve valutare la fattibilità di installazione di un impianto di cogenerazione in un azienda che consuma in media 3 MW di Pel ma dovrei anche valutare (penso tramite il consumo di m3 di gas)la Pt consumata annualmente dall’azienda.
    Mi chiedo:
    -per stimare la potenza termica, basta avere il consumo di m3 di gas annuali?
    -in funzione delle potenze elettriche e termiche consumate annualmente, come faccio a scegliere la taglia del motore da installare?

  7. Gent.mo Pietro, grazie per averci contattati.
    dalle conoscenze in nostro possesso, degli scambiatori saldobrasati rame acciaio inox, sono più che adeguati per l’applicazione.
    come può vedere dalle tabelle a questo link, la compatibilità è ottima.
    Se ci contatta, possiamo valutare e progettare l’evaporatore.

    Cordialmente la saluto ed auguro buon lavoro, valter biolchi

  8. buongiorno sig. Biolchi,
    sto facendo uno studio per un impianto di cogenerazione ORC a Toluene ma non trovo informazioni sulla tipologia di scambiatore di calore.
    Infatti vorrei utilizzare il calore proveniente dall’impianto (680 kWt) per vaporizzare il Toluene.
    può aiutarmi?
    Cordiali Saluti

  9. buon giorno ,io lavoro su un impianto di cogenerazione da 4000 mhw. Mi sono sempre chiesto se i vapori olio dei motori sono ammessi ad espulsione in atmosfera…non sono inquinanti? Non c,e una normativa? Grazie

  10. Buongiorno Sara,
    interessante quesito il suo.
    Solitamente ci occupiamo della parte di recupero energetico negli impianti di cogenerazione, senza affrontare la sua questione, che viene determinata a monte del nostro intervento.
    Una risposta mi interessa personalmente, mi auguro che qualche nostro lettore possa accontentare entrambi, la mia curiosità e la sua necessità.

    Buon lavoro,

    valter

  11. Buonasera, non mi è chiaro il punto da cui partire per il dimensionamento di un impianto a cogenerazione; il fabbisogno termico o l’elettrico? Nello specifico ho un edificio di 18000mq di superficie da riscaldare/climatizzare; il fabbisogno termico stimato è pari a 2.5MW. Scelte le macchine di cogenerazione a combustibile gas metano, copro 1.8MW di fabbisogno termico producendone circa altrettanti elettrici.il resto del fabbisogno termico lo copro con caldaie.Per l’estivo abbino assorbitore e gruppi frigo. Di contro le stime fornite di fabbisogno elettrico per i consumi sono di 500kW, per gli assorbimenti di gruppi frigo e altre apparecchiature di circa altri 800kW. I dati di richiesta termica ed elettrica sono assai differenti; progettando a partire dal fabbisogno elettrico la cogenerazione sarebbe un palliativo alla copertura del fabbisogno termico. Vorrei sapere quale strada adottare. Ringrazio.

  12. Buongiorno,
    vorrei sapere dove posso trovare dati aggiornati sulla diffusione della cogenerazione (in particolare in Italia). I dati più aggiornati che ho trovato risalgono al 2008.
    Grazie

  13. Buongiorno Domenico,
    ritengo che il primo passo sia capire se possono funzionare ad olio vegetale, sentendo il costruttore.
    Quindi schede tecniche alla mano capire quanta energia termica/elettrica riesce a recuperare.

    Da qui in poi le alternative sono parecchie.

  14. salve, sono in possesso di due motori marini di 180 cv cadauno e visto che non saprei cosa farmene vorrei trasformarli in cogeneratori ad olio vegetale e quindi installandoli in rete distribuire “vedere” la corrente prodotta al GSE.
    La domanda… cosa mi serve, dove posso trovarli ed i costi, dei pezzi mancanti per trasformare il tutto in maniera da ottenere il benestare da parte del GSE?

  15. sono titolare di una lavanderia ad acqua e a secco, i nostri consumi sono circa € 10000,00 per l’energia elettrica ed € 3000,00 per il gpl, annuo. Pensa che con un impianto di cogenerazione potremmo risparmiare?

  16. Buongiorno Paolo,
    se ho capito bene il problema, le confermo che certi dati sono di difficile reperibilità.
    Comunque consideri che a potenza costante fornita, la potenza dissipata al sistema di raffreddamento dal motore è praticamente costante.
    Anche a livello di temperatura, consideri che se non va in dissipazione, il valore della temperatura ambiente è poco influente sul motore.

    Spero di aver chiarito qualche dubbio.

  17. Buongiorno dott.Biolchi,
    sono uno studente di ingegneria che sta cercando di fare una tesi su un’ottimizzazione tecnico economica di un impianto di trigenerazione per un’utenza singola: per farlo, date le potenze in gioco molto ridotte (si pensa di non andare oltre i 6 kW elettrici) avevo in mente di usare un tradizionale motore a combustione interna.
    Supponendo costante la potenza fornita, avrei bisogno di conoscere l’andamento della potenza termica fornita dall’unità in funzione della temperatura dell’acqua calda e di quella dell’ambiente (che influisce sulle prestazioni): ha per caso qualche dato in merito? Sui siti dei produttori più importanti in questo campo come Senertech e Aisin Seiki non vengono menzionate queste caratteristiche.
    Grazie in anticipo e arrivederci
    Paolo

  18. Buonasera,
    sono titolare di una lavanderia per alberghi e ristoranti, vorrei sapere se vi è la possibilità di risparmiare sul metano utilizzando un’impianto di cogenerazione e se tale alternativa è compatibile con la mia attività. Si consideri che mensilmente la spesa destinata al metano è abbastanza alta circa 18.000 Euro.Quali possono essere gli impianti da utilizzare?
    Aspettando gentilmente risposta porgo i miei più cordiali saluti.

  19. Gentilissimo Sig. Biolchi,
    sono uno studente universitario e mi trovo a dover affrontare un esame in cui mi viene richiesto l’utilizzo di un trigeneratore.
    Avrei necessità di Pot elettrica: circa 120 kW, e di Pot termica 70 kW( CHE EROGA LA CALDAIA A GAS ATTUALE) altrettanta quella frigorifera (CHE EROGA IL GRUPPO FRIGO ATTUALE).
    Dovrei fare un’analisi tecnico-economica, dunque valutare la convenienza di installare questo impianto. Mi può suggerire tramite e-mail qualche sito o sua conoscenza in materia?
    CORDIALI SALUTI
    Simone
    Simone

  20. buongiorno sig. Biolchi,
    sto facendo uno studio per un impianto di cogenerazione a biomasse ma non trovo informazioni sui costi di scambiatori di calore e sull’essiccatore per il combustibile.
    infatti vorrei utilizzare il calore proveniente dall’impianto (560 kWt) in parte per essiccare il combustibile in ingresso e in caldaia e in parte per fornire calore ad una utenza tramite uno scambiatore.
    può aiutarmi?
    Cordiali Saluti

  21. Buongiorno Davide,
    non sono in grado di dirle se conviene.
    Consideri che solitamente una caldaia per una abitazione fornisce una potenzialità di circa 30 KW…parlo mediamente.
    Dovrebbe provare a sentire che realizza gruppi tipo Totem.

  22. vivo in una casa di 100mq vorrei utilizzare la cogenerazione per illuminare e scaldare l’abitazione:

    1)mi conviene?
    2)vorrei un motore che produca intorno ai 10kw:
    quanto costa e con quale tipo di carburante sarebbe meglio fosse alimentato in base al prezzo e risparmio di quest’ultimo? grazie

  23. Buonasera, chiedevo dato che siamo un azienda che si occupa del recupero anche del legno, se in zona di Trento ci fosse qualche lavanderia industriale interessata all’utilizzo dell’energia termica in quanto siamo intenzionati ad avviare un impianto di cogenerazione. Tra l’altro ho visto che il 23 febbraio il sign.Bonici proprietario di una lavanderia ind. era interessato a quanto sopra. Grazie e saluti.

  24. Buongiorno Sig. Biolchi,
    sono un laureando di ingegneria energetica. la mia tesi verte su un impianto di cogenerazione alimentato da olio vegetale. Il MCI installato nell’impianto ha una potenza di 1930 kWe, ho tutti dati relativi al motore ma mi manca il consumo di energia da parte del motore stesso. Mi saprebbe consigliare o direttamente dare la risposta per quanto riguarda la determinazione del carico elettrico richiesto?

  25. Buongiorno Gigi,
    produttori di motori per cogenerazione ce ne sono diversi come anche lei può immaginare, le mando qualche riferimento via email.

    In bocca al lupo per i suoi studi.

  26. Salve, avrei un dubbio per ciò che riguarda l’impianto di cogenerazione. Precisamente vorrei sapere se questo può essere installato nello stesso locale all’interno del quale è presente una caldaia per la produzione di acqua calda, alimetata a metano.
    La ringrazio.
    Arrivederci.

  27. Gentil Sig. Biolchi,
    sono uno studente universitario e mi trovo a dover affrontare un esame in cui mi viene richiesto l’utilizzo di un cogeneratore.
    Avrei necessità di Pot elettrica: circa700 kW, e di Pot termica 400/500 kW.
    conscio che i motori da cogenerazione producono maggior Pth rispetto Pel, sono alla ricerca di eventuali motori adatti. Mi saprebbe indicare dove posso reperire informazioni anche sui consumi e costi d’istallazione?
    Grazie ancora
    Gigi

  28. Buongiorno Francesca,
    molto spesso si utilizzano caldaie a “tubi di fumo”, ovvero i fumi caldi scaldano il fluido secondario producendo acqua calda/surriscaldata, vapore o olio diatermico, dedicato poi ad altri usi.
    In pratica una caldaia a tubi di fumo, è un grosso scambiatore di calore fumi/acqua, fumi/olio, o un generatore di vapore a fumi.
    Dipende poi dal livello di temperatura dei fumi.
    Nel caso i fumi fossero “caldi ma non caldissimi”, a quel punto con un recuperatore si può preriscaldare l’aria di ammissione al bruciatore di una caldaia tradizionale, ma in quel caso il recupero è decisamente meno interessante.

    spero di essere stato chiaro.

  29. Buongiorno,
    sto facendo uno studio sugli impianti di cogenerazione, ma non mi è molto chiara la parte di recupero termico. Ho visto che vengono utilizzate delle caldaie, però non capisco come faccia a funzionare una caldaia avendo il calore in ingresso. O meglio, parlando di una caldaia a premiscelazione, il calore in ingresso non basta per far andare la caldaia che deve cmq essere alimentata con aria e combustibile, allora per cosa viene utilizzato a livello concreto il calore in ingresso all’unità termica? Penso sia per riscaldare l’aria in ingresso al bruciatore, ma che vantaggi ho dal tutto?
    grazie mille,
    Francesca

  30. Gent.mo Sig. Bonici,
    impianti di cogenerazione hanno senso se si trova il bilancio nell’utilizzare la corrente elettrica generata ed il relativo calore.
    nel vostro caso si dovrebbe fare uan analisi più attenta, ma mi pare che ce ne siano gli estremi.

  31. roberto bonici dice:

    domanda: siamo una lavanderia industriale che consuma all’anno c.a 260.000 kw di energia elettrica e c.a 300.000 mc di gas per produrre vapore a 180° a 11 bar. per produrre vapore abbiamo una caldaia a gas metano che produce 3000 kg di vapore. a senso per noi fare un impianto di microcogenerazioene?. con quale combustibile? gas, olio vegetale o quant’alto? soluzioni alternative?Quanto costano tali impianti. Vi saremmo grati di una risposta. saluti. ro.bonici

  32. La ringrazio per la risposta, soprattutto per il post scriptum.
    Il rendimento che varia in funzione del carico per una tesi che ha come scopo quello di sviluppare uno studio di fattibilità e non quello di indagare sull’andamento del rendimento alla variazione del carico è forse una finezza della quale posso anche fare a meno in questo momento.

    Mi piace il sito, è molto ben fatto e soprattutto di facile lettura (che non è cosa da poco).

  33. La prima domanda è correlata alla disponibilità all’investimento ed ai tempi di “payback” risultanti ed accettabili dal cliente. In ogni caso, a mio modesto parere conviene dimensionare sulla potenza base.

    Per la seconda, è un problema anche per noi, solitamente si fanno dei modelli su excel ipotizzando le variazioni di carico in base alle condizioni climatiche. L’ideale sarebbe poter utilizzare sempre l’energia termica prodotta. Altrimenti bisogna rassegnarsi a dissiparla, ma è estremamente importante che ci sia carico quasi sempre, altrimenti addio convenienza.

    ps.: capisco di non essere molto esaustivo, ma la realtà rispecchia i problemi che lei si pone, in moltissimi casi. In pratica la cogenerazione/trigenerazione è conveniente dove c’è necessità di sfruttamento dei vari recuperi “sempre” o quasi sempre.

  34. Sono un laureando in ingegneria elettrica, la mia tesi è di fatto lo studio di fattibilità per l’installazione di un trigeneratore in un grande immobile adibito ad uso uffici (circa 10000 kWhe e 7000 kWth).

    Premessa: l’edificio è al momento collegato ad una rete di teleriscaldamento, che penso di utilizzare per l’energia termica che non riesco a produrre con l’impianto di cogenerazione. La modalità di funzionamento è quella dell’inseguimento del carico termico. Che ora come ora nel periodo estivo sembra annullarsi perchè il fresco è prodotto da condizionatori elettrici.

    Vengo alle domande: la taglia della macchina mi conviene farla in base alla potenza base? (in pratica quella sempre presente, anche nei giorni festivi)
    In secondo luogo, il rendimento della macchina varia in funzione del carico, ma sui data sheet in genere c’è solo quello a pieno carico (potrei fare l’ipotesi di rendimenti costanti) volendo complicare il sistema esiste un modello per la variazione del rendimento?

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