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Le tre energie del Centro comune di ricerca di Ispra

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Gli impianti di tri-generazione costituiscono da qualche tempo un’importante evoluzione dei più noti sistemi di cogenerazione. La tri-generazione viene così definita perché, nella pratica, oltre a produrre energia elettrica e termica, utilizza parte di quest’ultima per produrre anche energia frigorifera, che può essere usata sia per condizionare gli edifici in periodo estivo, sia per eventuali esigenze legate ai cicli produttivi di un’azienda. Questo sistema si basa sull’utilizzo di uno o più motori che possono essere alimentati con diverse fonti primarie di calore: gas naturale, anche compresso (turbogas), metano, biomasse, solare termico, geotermico, o anche con sistemi di alimentazione ibridi fra queste. Questi motori mettono in funzione un alternatore che produce energia elettrica, mentre l’energia termica viene generata dalle calorie generate dagli scarichi della combustione delle fonti primarie utilizzate, qualsiasi esse siano. Quindi il ciclo termodinamico si completa con il riutilizzo del calore in più derivato dell’energia termica, che viene sottoposto ad un processo di refrigerazione ad assorbimento che permette appunto di generare acqua fredda. Quest’ultimo processo è basato su una serie di trasformazioni di stato del liquido refrigerante utilizzato, che può essere ammoniaca o semplice acqua combinate con la sostanza assorbente (acqua o bromuro di litio).

 

In pratica il riutilizzo di energia, altrimenti dispersa con un impianto convenzionale, fa si che aumenti in modo significativo l’efficienza dell’impianto e diminuisca in modo drastico la quantità di fonte primaria utilizzata. L’efficienza del ciclo termodinamico (COP, acronimo inglese per Coefficiente di Prestazione) viene misurata come il rapporto fra l’energia frigorifera in uscita e l’energia termica in entrata e varia usualmente tra 0,7 e 1,3 a seconda di alcuni parametri legati in particolare alla temperatura della soluzione con cui viene alimentato il ciclo termodinamico. Il vantaggio enorme di una centrale a tri-generazione rispetto ad un impianto termoelettrico standard è legato proprio al rendimento globale. Se in un impianto tradizionale circa il 30% dell’energia da fonte primaria viene convertito in energia elettrica, in quelli basati su sistemi a tri-generazione il rendimento può superare l’80%, grazie proprio alla riduzione drastica della perdita di calore garantita sia dalla co-generazione di energia termica, sia dal fatto di utilizzarne una parte importante, nello step successivo, quale fonte del ciclo frigorifero.

Ovviamente non mancano le polemiche anche su questo tipo di impianto e sulle immissioni nell’aria di anidride carbonica, PM10, polveri sottili e altre sostanze che variano a seconda della fonte primaria utilizzata per alimentare la centrale. Ma va precisato che, nonostante le emissioni degli scarichi siano innegabili, la valutazione complessiva non può non tenere conto che grazie a questo tipo di centrali è possibile fornire calore ad un numero importante di edifici pubblici e privati, eliminando i sistemi di riscaldamento precedenti che difficilmente nel loro complesso inquinerebbero meno della sola centrale di tri-generazione. Lo stesso dicasi per il sistema di raffreddamento che è in grado di fornire acqua fredda i condizionatori con un impatto inquinante decisamente inferiore. Leggeremmo in questo senso la scelta operata tempo fa dal Joint Research Centre, Il Centro Comune di Ricerca Europeo, di Ispra sul Lago Maggiore in provincia di Varese.

 

Il JRC di Ispra si è dotato da circa 10 anni di un proprio impianto di tri-generazione e ha provveduto recentemente ad emettere un bando di gara per ammodernarlo ed ampliarlo, e fin qui nulla di strano, perché cominciano ad essere molte le società private e gli enti pubblici che si stanno dotando di questo tipo di centrale che copre il fabbisogno energetico loro e delle utenze limitrofe mediante il teleriscaldamento. Il punto per noi particolarmente interessante è che il JRC nella sua struttura italiana, ospita tre istituti in particolare: IPSC (Istituto per la Protezione e Sicurezza dei Cittadina), IES (Istituto Ambiente e Sostenibilità) e IHCP (Istituto Salute e Protezione dei Consumatori). Quindi ci pare non del tutto trascurabile il fatto che una centrale di ricerca che si occupa in particolare di salute, ambiente  e protezione dei consumatori europei si sia dotata fin dal 2004 di una centrale di tri-generazione e oggi incrementi, si può dire a consuntivo, questo tipo di impianto che rende la struttura totalmente autonoma dal punto di vista elettrico e termico e permette di usare l’energia frigorifera per le proprie strutture di ricerca.

Per concludere qualche dettaglio sull’impianto di tri-generazione del JRC di Ispra. La centrale è a turbogas, dotata, almeno fino alla riqualificazione in corso d’opera, di motori Cummins QSV 91G i quali, grazie ai cicli termodinamici già descritti, hanno permesso di produrre in totale 34 GWh di energia elettrica, 49 GWh di energia termica e 12 GWh di energia frigorifera. A corredo del bando di gara per l’ampliamento del sistema, i tecnici del centro di ricerca hanno pubblicato un report a consuntivo dei primi 10 anni di funzionamento dell’impianto. Innanzitutto si sono azzerati i rischi di black-out elettrico per il centro e poi si è avuto un “significativo” risparmio di fonte primaria di alimentazione, per un impianto che poteva produrre in contemporanea 6,2 MW di energia elettrica, 21,5 MW di energia termica e 5,8 MW di energia frigorifera, raggiungendo un efficienza media, rilevata a livello statistico su un periodo di funzionamento decennale, pari all’80,5%. Il risparmio di combustibile è stimato intorno al 30,5% se paragonato ai tre sistemi alimentati singolarmente in modo tradizionale e analogamente il dato complessivo sulla riduzione di anidride carbonica, PM10 e polveri sottili è risultato altrettanto efficace. Il JRC sta provvedendo ora all’ampliamento dell’impianto che sarà reso ancora più efficiente grazie all’aggiunta di due nuove turbine a gas che saranno allacciate a quelle già esistenti, con lo scopo principale di aumentare in particolare la produzione dell’energia termica. Il risultato atteso è quello di portare il rendimento effettivo della centrale alla percentuale dell’84%. Il che equivale, lo sottolineiamo per gli scettici, a ridurre ulteriormente le emissioni di inquinanti nell’aria.

 

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