Cogenerazione | Produzione Combinata di Calore e Potenza

Cogenarazione è anche conosciuta come produzione combinata di calore e potenza o produzione combinata di calore e potenza. Come suggerisce il nome, la cogenarazione si basa sul concetto di produrre due forme diverse di energia utilizzando una singola fonte di combustibile. Di queste due forme, una deve essere calore o energia termica, mentre l'altra può essere energia elettrica o meccanica.

La cogenarazione è il modo più ottimale, affidabile, pulito ed efficiente per utilizzare il combustibile. Il combustibile utilizzato può essere gas naturale, olio, diesel, propano, legno, bagasse, carbone, ecc. Funziona su un principio molto semplice, ovvero il combustibile viene utilizzato per generare elettricità e questa elettricità produce calore, che a sua volta viene utilizzato per bollire l'acqua e produrre vapore, per il riscaldamento degli spazi e persino per il raffreddamento degli edifici.

In una centrale elettrica convenzionale, il combustibile viene bruciato in un caldaia, che a sua volta produce vapore ad alta pressione. Questo vapore ad alta pressione viene utilizzato per azionare una turbina, che a sua volta è collegata a un alternatore e quindi genera energia elettrica.

Il vapore di scarico viene poi inviato al condensatore, dove si raffredda e si converte in acqua, tornando quindi alla caldaia per produrre ulteriore energia elettrica. L'efficienza di questa centrale elettrica convenzionale è solo del 35%. In una centrale di cogenarazione, il vapore a bassa pressione proveniente dalla turbina non viene condensato per formare acqua, ma invece viene utilizzato per il riscaldamento o il raffreddamento negli edifici e nelle fabbriche, poiché questo vapore a bassa pressione ha un'alta energia termica.

La centrale di cogenarazione ha un'efficienza elevata, intorno all'80-90%. In India, il potenziale di generazione di energia da centrali di cogenarazione è superiore ai 20.000 MW. La prima centrale di cogenarazione commerciale fu costruita e progettata da Thomas Edison a New York nel 1882.

Come mostrato nello schema sopra, in una centrale elettrica tradizionale, quando forniamo combustibile come input, otteniamo energia elettrica e perdite come output, ma nel caso della cogenarazione, con il combustibile come input, l'output è energia elettrica, calore o energia termica e perdite.

In una centrale elettrica convenzionale, con il 100% di energia in ingresso, solo il 45% dell'energia viene utilizzato e il restante 55% viene disperso, ma con la cogenarazione, l'energia totale utilizzata è dell'80% e l'energia dispersa è solo del 20%. Ciò significa che con la cogenarazione, l'utilizzo del combustibile è più efficiente e ottimizzato, e quindi più economico.

Necessità della Cogenarazione

• La cogenarazione aiuta a migliorare l'efficienza della centrale.

• La cogenarazione riduce le emissioni atmosferiche di particolato, ossidi di azoto, biossido di zolfo, mercurio e anidride carbonica, che altrimenti porterebbero all'effetto serra.

• Riduce i costi di produzione e migliora la produttività.

• Il sistema di cogenarazione aiuta a risparmiare il consumo d'acqua e i costi idrici.

• Il sistema di cogenarazione è più economico rispetto a una centrale elettrica convenzionale.

Tipi di Centrali Elettriche a Cogenarazione

In un tipico sistema di produzione combinata di calore e potenza, c'è una turbina a vapore o a gas che utilizza il vapore per azionare un alternatore. Nelle centrali di cogenarazione è installato anche uno scambiatore di calore, che recupera il calore in eccesso o i gas di scarico dal generatore elettrico per produrre vapore o acqua calda. Esistono fondamentalmente due tipi di centrali elettriche a cogenarazione, come segue:

• Centrale a ciclo superiore

• Centrale a ciclo inferiore

Centrale a Ciclo Superiore

In questo tipo di centrale di produzione combinata di calore e potenza, l'elettricità viene generata per prima e poi il vapore di scarico o esaurito viene utilizzato per il riscaldamento dell'acqua o degli edifici. Esistono fondamentalmente quattro tipi di cicli superiori.

1. Centrale a ciclo combinato superiore - In questo tipo di centrale, il combustibile viene prima bruciato in una caldaia a vapore. Il vapore prodotto nella caldaia viene utilizzato per azionare una turbina e quindi un alternatore sincrono, che a sua volta produce energia elettrica. L'esaurimento da questa turbina può essere utilizzato per fornire calore utilizzabile, oppure può essere inviato a un sistema di recupero di calore per generare vapore, che può essere ulteriormente utilizzato per azionare una turbina a vapore secondaria.

2. Centrale a ciclo superiore a turbina a vapore - In questo caso, il combustibile viene bruciato per produrre vapore, che genera energia. Il vapore di scarico viene poi utilizzato come vapore a bassa pressione per il processo di riscaldamento dell'acqua per vari scopi.

3. Centrale a ciclo superiore a turbina idrica - In questo tipo di centrale, una giacca di acqua di raffreddamento viene fatta passare attraverso un sistema di recupero di calore per generare vapore o acqua calda per il riscaldamento degli spazi.

4. Centrale a ciclo superiore a turbina a gas - In questa centrale, una turbina a gas alimentata a gas naturale viene utilizzata per azionare un alternatore sincrono per produrre elettricità. I gas di scarico vengono inviati a una caldaia di recupero di calore, dove vengono utilizzati per convertire l'acqua in vapore, o per produrre calore utilizzabile per scopi di riscaldamento.

Centrale a Ciclo Inferiore

Come indica il nome, il ciclo inferiore è esattamente l'opposto del ciclo superiore. In questo tipo di centrale, il calore in eccesso da un processo di produzione viene utilizzato per generare vapore, e questo vapore viene utilizzato per generare energia elettrica. In questo tipo di ciclo, non è necessario alcun combustibile aggiuntivo per produrre elettricità, poiché il combustibile è già stato bruciato nel processo di produzione.

Configurazione della Centrale di Cogenarazione

• Centrali elettriche a ciclo combinato a gas che utilizzano il calore residuo nei gas di scarico delle turbine a gas.

• Centrali elettriche a ciclo combinato a vapore che utilizzano il sistema di riscaldamento come condensatore a getto di vapore.

• Cellule a combustibile a carbonato fuso che hanno un gas di scarico caldo, molto adatto per il riscaldamento.

• Centrali elettriche a ciclo combinato adattate per la Produzione Combinata di Calore e Potenza.

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