Trigenerazione: i vantaggi della produzione combinata di elettricità, calore e energia frigorifera

Indice della guida

1. Trigenerazione: cos’è

La Trigenerazione può essere definita sinteticamente come un’estensione della Cogenerazione. Quest’ultima è la produzione combinata di elettricità e calore a partire dalla stessa energia primaria, solitamente un combustibile (che può essere di origine fossile ma anche provenire da biomasse e rifiuti).

Nella Trigenerazione, alla produzione di elettricità e calore si aggiunge la produzione di aria o acqua fredda. Più tecnicamente, l’energia termica utile viene in parte impiegata per produrre acqua refrigerata per condizionamento o processi industriali, attraverso frigoriferi ad assorbimento.

La Trigenerazione estende le possibilità della Cogenerazione, che sono intrinsecamente limitate dalla necessità, perché il sistema sia efficiente, della contemporaneità dell’utenza elettrica e termica. Questo fattore infatti rappresenta un limite laddove, come nel caso dell’utenza domestica e civile in genere, l’esigenza di riscaldamento è limitata al periodo invernale, mentre nel periodo estivo l’impianto di cogenerazione deve essere tenuto fermo o deve funzionare lasciando dissipare il calore prodotto.

Impianto di trigenerazione

Foto impianto trigenerazione Intergen

Abbinando invece un cogeneratore ad appositi frigoriferi ad assorbimento, che sono in grado di generare energia frigorifera utilizzando calore come sorgente, anziché elettricità, è possibile sfruttare gli impianti di cogenerazione anche nei mesi caldi in cui invece è altissima la richiesta di aria condizionata, o nei settori industriali in cui si ha necessità di sistemi di raffreddamento.

La trigenerazione viene anche indicata con la sigla inglese CCHP (Combined Cooling, Heating and Power).

2. Come funziona un impianto di Trigenerazione

Un impianto di trigenerazione, in maniera analoga ad un impianto di cogenerazione, è costituito dalle seguenti componenti principali:

  • un “motore primo” alimentato da un combustibile
  • un generatore elettrico che trasforma l’energia meccanica del “motore primo” in elettricità
  • degli scambiatori di calore, per recuperare il calore disperso dal processo di generazione dell’energia elettrica e metterlo a disposizione dell’utenza sottoforma di calore
  • dei frigoriferi ad assorbimento che, utilizzando una parte del calore recuperato, generano energia frigorifera.
schema-trigenerazione

Funzionamento impianto di trigenerazione

La produzione di energia frigorifera attraverso una fonte di calore si basa sull’evaporazione a bassa temperatura e pressione di un fluido refrigerante, che assorbe calore dall’acqua da refrigerare; il vapore prodotto viene asportato facendolo assorbire da una soluzione, dalla quale lo si separa nuovamente per riscaldamento.

Le coppie di refrigerante/assorbente usate nella trigenerazione sono:

  • acqua/bromuro di litio per temperature fino a 4 °C
  • ammoniaca/acqua per temperature fino a -60 °C.

3. Tipologie di impianti di Trigenerazione per applicazioni industriali e civili

In base al tipo di combustibile utilizzato come “energia primaria” possiamo distinguere:

  • Trigenerazione a gas, se l’energia primaria è il gas metano
  • Trigenerazione a diesel, se si utilizza il tradizionale derivato dal petrolio
  • Trigenerazione a biomasse, laddove il combustibile sia rappresento da legname, scarti legnosi della lavorazione agricola o forestale, scaglie di cippato, rifiuti biodegradabili
  • Trigenerazione a biogas, se si utilizzano i gas depurati derivanti da allevamenti, produzione agricola o discariche
  • Trigenerazione a biodiesel, ottenuto da fonti rinnovabili quali oli vegetali e grassi animali

Foto impianti trigenerazione Intergen

4. Efficienza, alto rendimento, vantaggi

Rispetto ai comuni impianti di cogenerazione di energia elettrica, in un sistema di trigenerazione il rendimento globale aumenta grazie ad un miglior sfruttamento del potere calorifico del combustibile.

Mentre le centrali termoelettriche convenzionali convertono circa il 30% dell’energia del combustibile in elettricità e il restante 70% viene perso in calore, con un trigeneratore più del 80% del combustibile viene sfruttato, sia come fonte di riscaldamento sia come energia per alimentare un ciclo ad assorbimento per la refrigerazione di ambienti o fluidi.

In termini di efficienza c’è da precisare che un sistema di trigenerazione, rispetto agli impianti a pompa di calore usati comunemente per il condizionamento, ha un coefficiente di efficienza COP (Coefficient of Performance) molto più basso; tuttavia questa minore efficienza viene ampiamente compensata dal fatto che la sorgente energetica utilizzata è calore “di scarto”.

La trigenerazione presenta notevoli vantaggi, tra i quali:

  • una riduzione del consumo di combustibile, grazie ad un miglioramento dell’efficienza complessiva dell’impianto, che con la stessa quantità di energia primaria è in grado di produrre energia elettrica, calore e refrigerante
  • una riduzione delle perdite di trasmissione di energia, grazie alla vicinanza degli impianti di produzione dell’energia elettrica, termica e frigorifera ai luoghi di consumo
  • una riduzione conseguente dell’impatto ambientale, dato che una minor consumo di combustibile contribuisce a diminuire le emissioni di CO2
  • un risparmio economico nel medio/lungo periodo, grazie alla minor quantità di combustibile consumata e alle agevolazioni fiscali che vengono attualmente applicate ai sistemi di energie alternative.

E’ però da tenere conto che:

  • i rendimenti ottimali si hanno quando la domanda di elettricità, calore e freddo da parte dell’utenza è pressoché contemporanea, dato che non sono facilmente accumulabili
  • non sempre c’è compatibilità tra la quantità di energia elettrica e termica necessarie
  • la vicinanza tra luogo di produzione e utenza dell’energia non è sempre realizzabile
  • gli impianti di trigenerazione sono una soluzione economicamente vantaggiosa solo se la potenza richiesta dall’utenza supera una certa soglia minima
  • è da valutare caso per caso la fattibilità e la convenienza di una determinata tipologia di impianto di trigenerazione, attraverso un’apposita analisi inizile.

Per trigenerazione (e cogenerazione) ad Alto Rendimento si intende un impianto che soddisfa i requisiti minimi definiti dal D.L. n. 20 del 2007 e dal D.M. 4 agosto 2011, e per questo riceve dal GSE il “riconoscimento del funzionamento in CAR”: il valore del risparmio di energia primaria (PES) che consegue deve essere almeno del 10% oppure, nel caso di piccola cogenerazione o microcogenerazione, deve essere almeno positivo.

5. Normativa e incentivi

Il quadro normativo nel campo della cogenerazione e della trigenerazione fa riferimento sostanzialmente:

  • al D. Lgs. 20/07 e al D.M. 4 agosto 2011, che stabiliscono il riconoscimento della Cogenerazione Alto Rendimento e i criteri per poter definire un impianto come CAR
  • al D.M. 5 settembre 2011, che pone le basi per l’incentivazione della CAR
  • alla Legge n. 44 del 2012 sulla “Defiscalizzazione” del gas naturale
  • al D.Lgs n. 102 del 2014 che attua la Dir. 2012/27/UE sull’Efficienza Energetica, che prevede una serie di misure atte a migliorare l’efficienza energetica in tutti i settori, allo scopo di ridurre del 20% il consumo di energia primaria entro il 2020.

Con l’uscita del Decreto 04 agosto 2011 (CAR) e del successivo Decreto 05 settembre 2011 (Regime di sostegno CAR), gli impianti in regime di cogenerazione e trigenerazione ad alto rendimento ricevono un incentivo annuo (per 10 o 15 anni) proporzionale al risparmio di energia generato, beneficio che permette di ridurre i tempi di recupero dell’investimento.

Altri riferimenti normativi riguardanti SEU ed oneri generali di sistema:

  • Delibera AEEG 578/2013/R/EEL
  • 116 11-8-2014 (art 24)
  • DL 30/12/2016 n. 244 (Milleproroghe)

Tra le agevolazioni, come già menzionato, possiamo considerare la riduzione delle accise che gravano sul consumo di gas naturale, dato che l’impiego del gas in un impianto di cogenerazione viene considerato uso industriale (con una tariffa minore), anche se di fatto rifornisce utenze civili.
Inoltre, grazie al parametro di defiscalizzazione, una parte del gas naturale utilizzato per la produzione combinata di energia elettrica e calore non è sottoposta ad accise.