Sistemi a Gas Naturale

La Micro-Cogenerazione a Gas Naturale

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%.

Il risparmio che si ottiene con la cogenerazione è molto significativo, e si traduce non solo in risparmi economici, ma anche ecologico-ambientali: si consuma circa il 20% di combustibile in meno con la conseguente riduzione delle emissioni inquinanti.
Utilizzando nuovamente i rendimenti prima ipotizzati si potrà infatti dire che un impianto di cogenerazione alimentato a metano permette per ogni KWh prodotto, una riduzione della CO2 immessa in atmosfera pari a 450 grammi, se confrontato con la produzione separata di energia elettrica (centrale termoelettrica) ed energia termica (caldaia convenzionale).
Finora la produzione cogenerativa è stata una prerogativa delle macchine di taglia medio grande su grandi impianti di potenza, ed in particolare di turbine a gas (ciclo semplice e combinato), turbine a vapore e più raramente grandi motori alternativi.
In una centrale di cogenerazione il calore di scarico delle macchine ha livelli termici elevati e di conseguenza può essere utilizzato in diversi modi:

  • produzione di acqua calda per usi civili o industriali,
  • produzione di vapore per teleriscaldamento o per processi industriali,
  • utilizzo diretto dei fumi depurati per essiccamento o riscaldamentto

La generazione distribuita (spesso indicata con l’abbreviazione anglosassone DG) consiste nell’installazione localizzata, vicino agli utilizzatori, di unità di generazione elettrica, le cui taglie di potenza variano, generalmente, da qualche chilowatt a qualche megawatt; essa offre dei vantaggi non marginali rispetto alla classica generazione elettrica:
  • produzione limitata al solo quantitativo di elettricità necessario all’utenza locale,
  • impatto ambientale distribuito e non concentrato attorno alla singola centrale,
  • assenza di perdite di trasporto sulle reti di distribuzione

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.

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.





La Tecnologia con i Motori a Combustione Interna

I motori a combustione interna (spesso MCI), studiati ed applicati fin dalla seconda metà del 1800, vantano ormai una storia secolare.
Dalle loro prime rare applicazioni, nelle miniere di carbone, ne hanno fatta di strada, incredibile il loro sviluppo nel campo automobilistico e non meno importanti sono gli altri impieghi.
Li ritroviamo infatti utilizzati, nel corso del secolo scorso, nella propulsione marina e ferroviaria e in molte applicazioni stazionarie: motopompe, compressori, gruppi elettrogeni, ec.

I motori a combustione interna per loro natura possono utilizzare una grande varietà di combustibili sia liquidi (gasoli, benzine, oli pesanti) sia gassosi (gas naturale, propano, gas da discarica, biogas).
Per applicazioni micro-cogenerative il combustibile principe è il gas naturale.
Questo viene infatti preferito agli altri per il basso costo, il ridotto impatto ambientale, i minori costi di manutenzione e una maggiore vita utile della macchina.

Controllo delle Emissioni ed Impatto Ambientale

I principali inquinanti immessi in atmosfera da un MCI sono NOx (ossidi di azoto), HC (molecole di combustibile non completamente ossidate), particolato, CO (monossido di carbonio).
Un MCI per cogenerazione è di solito alimentato a gas naturale, in questo caso le emissioni sono di per sé contenute: le emissioni del particolato scendono praticamente a zero, grazie alla maggiore “pulizia” del combustibile.
Le attuali normative ambientali riguardo le emissioni inquinanti sono però abbastanza limitanti e lo saranno sempre più in futuro; anche per un motore alimentato a gas naturale, è necessario quindi prevedere opportuni accorgimenti per la riduzione delle emissioni.