I sistemi combinati di calore ed elettricità (CHP), noti anche come sistemi di cogenerazione, sono sistemi energetici altamente efficienti che generano contemporaneamente elettricità e calore utile da un'unica fonte di combustibile. Uno dei principali vantaggi dei sistemi di cogenerazione è la loro capacità di recuperare e utilizzare il calore di scarto, che altrimenti verrebbe sprecato nella produzione di energia convenzionale. In qualità di fornitore di cogenerazione, sono esperto in vari metodi di recupero del calore nei sistemi di cogenerazione e in questo blog approfondirò questi metodi per aiutarti a capire come massimizzare l'efficienza del tuo impianto di cogenerazione.
1. Recupero del calore dei gas di scarico
I gas di scarico del motore primo in un sistema CHP, come una turbina a gas o un motore a combustione interna, trasportano una quantità significativa di calore. Il recupero di questo calore è uno dei modi più comuni ed efficaci per migliorare l’efficienza complessiva del sistema di cogenerazione.
1.1 Scambiatori di calore
Gli scambiatori di calore sono l'apparecchiatura principale utilizzata per il recupero del calore dei gas di scarico. Trasferiscono il calore dai gas di scarico caldi a un fluido di lavoro, come acqua o vapore. Esistono diversi tipi di scambiatori di calore, inclusi scambiatori di calore a fascio tubiero e scambiatori di calore a piastre.
Gli scambiatori di calore a fascio tubiero sono costituiti da un guscio (un grande recipiente cilindrico) e da un fascio di tubi. I gas di scarico fluiscono attraverso i tubi, mentre il fluido di lavoro scorre attraverso il mantello. Il calore viene trasferito dai gas di scarico al fluido di lavoro attraverso le pareti del tubo. Gli scambiatori di calore a piastre, invece, sono costituiti da una serie di piastre sottili impilate insieme. I gas di scarico e il fluido di lavoro scorrono attraverso canali alternati tra le piastre e il trasferimento di calore avviene attraverso le piastre.
Il calore recuperato può essere utilizzato per vari scopi, come il riscaldamento degli ambienti, il riscaldamento dell'acqua o processi industriali. Ad esempio, in un edificio commerciale, l'acqua calda prodotta dallo scambiatore di calore può essere utilizzata dai radiatori per riscaldare l'ambiente interno. In un ambiente industriale, il vapore generato può essere utilizzato nei processi produttivi, come in un impianto di lavorazione alimentare per la cottura o la sterilizzazione.
1.2 Caldaie a recupero di calore
Le caldaie a recupero di calore sono progettate specificamente per generare vapore dal calore presente nei gas di scarico. Sono spesso utilizzati nei sistemi di cogenerazione più grandi, in particolare quelli con turbine a gas. I gas di scarico entrano nella caldaia a recupero di calore, dove riscaldano l'acqua nei tubi della caldaia. Quando l'acqua viene riscaldata, si trasforma in vapore, che può essere utilizzato per la produzione di energia in una turbina a vapore (in un sistema CHP a ciclo combinato) o per altre applicazioni industriali.
2. Recupero del calore dell'acqua di raffreddamento
L’acqua di raffreddamento utilizzata nei sistemi di cogenerazione contiene oltre al calore dei gas di scarico anche una notevole quantità di calore. Il motore principale di un sistema CHP, come un motore a combustione interna, genera una grande quantità di calore durante il funzionamento e l'acqua di raffreddamento viene utilizzata per rimuovere questo calore e mantenere il motore a una temperatura operativa ottimale.
2.1 refrigeratori ad assorbimento
I refrigeratori ad assorbimento possono utilizzare il calore dell'acqua di raffreddamento per produrre acqua refrigerata per scopi di condizionamento dell'aria. Un refrigeratore ad assorbimento funziona secondo un principio diverso rispetto a un refrigeratore a compressione di vapore convenzionale. Utilizza una fonte di calore (in questo caso, l'acqua calda di raffreddamento) per azionare il ciclo di refrigerazione.
I componenti di base di un refrigeratore ad assorbimento includono un assorbitore, un generatore, un condensatore ed un evaporatore. L'acqua calda di raffreddamento viene utilizzata per riscaldare una soluzione nel generatore, che rilascia vapore refrigerante. Il vapore refrigerante passa quindi attraverso il condensatore, dove viene condensato in un liquido. Il refrigerante liquido entra quindi nell'evaporatore, dove evapora e assorbe calore dall'acqua da raffreddare. L'acqua raffreddata può quindi essere fatta circolare attraverso il sistema di condizionamento dell'aria di un edificio.
2.2 Teleriscaldamento
Il calore dell'acqua di raffreddamento può essere utilizzato anche per sistemi di teleriscaldamento. Il teleriscaldamento è un sistema in cui il calore viene generato in una posizione centrale e distribuito a più edifici in un distretto attraverso una rete di tubi. L'acqua calda di raffreddamento proveniente dal sistema di cogenerazione può essere utilizzata direttamente nella rete di teleriscaldamento oppure può essere utilizzata per riscaldare un fluido secondario che viene poi fatto circolare nella rete.
3. Recupero del calore dell'olio lubrificante
L'olio lubrificante viene utilizzato nel motore principale di un sistema di cogenerazione per ridurre l'attrito e l'usura tra le parti mobili. Durante il funzionamento l'olio lubrificante si riscalda. Il recupero del calore dall'olio lubrificante può migliorare ulteriormente l'efficienza complessiva del sistema CHP.
Il calore dell'olio lubrificante può essere recuperato utilizzando uno scambiatore di calore. Similmente allo scambiatore di calore dei gas di scarico, l'olio lubrificante caldo scorre attraverso un lato dello scambiatore di calore e un fluido di lavoro (come l'acqua) scorre attraverso l'altro lato. Il calore viene trasferito dall'olio lubrificante al fluido di lavoro.
Il calore recuperato può essere utilizzato per preriscaldare il combustibile o l'aria di combustione nel motore primo. Il preriscaldamento del carburante può migliorare l'efficienza della combustione, mentre il preriscaldamento dell'aria di combustione può aumentare l'efficienza termica complessiva del motore.
4. Vantaggi del recupero di calore nei sistemi di cogenerazione
L’implementazione di metodi di recupero del calore nei sistemi di cogenerazione offre numerosi vantaggi.
4.1 Efficienza energetica
Recuperando e utilizzando il calore di scarto, i sistemi CHP possono raggiungere efficienze energetiche complessive molto più elevate rispetto ai sistemi di generazione di energia convenzionali. In una centrale elettrica convenzionale, gran parte dell’energia contenuta nel combustibile viene sprecata sotto forma di calore. In un sistema CHP con recupero di calore efficace, il calore di scarto viene utilizzato al meglio, riducendo la quantità di combustibile aggiuntivo necessario per soddisfare le richieste di calore ed energia.
4.2 Risparmio sui costi
Una maggiore efficienza energetica si traduce in un risparmio sui costi. Poiché è necessaria una quantità inferiore di combustibile per generare la stessa quantità di calore ed energia, i costi operativi del sistema CHP sono ridotti. Inoltre, in alcune regioni, potrebbero esserci incentivi o sussidi per l’utilizzo di sistemi di cogenerazione ad alta efficienza energetica, riducendo ulteriormente l’onere finanziario per l’utente.
4.3 Benefici ambientali
I sistemi di cogenerazione con recupero di calore possono ridurre significativamente le emissioni di gas serra. Utilizzando meno carburante per generare la stessa quantità di energia, si riduce la quantità di anidride carbonica e altri inquinanti rilasciati nell’atmosfera. Ciò rende i sistemi di cogenerazione un’opzione rispettosa dell’ambiente per soddisfare il fabbisogno energetico.
5. Applicazioni del recupero di calore in diversi settori
Il recupero del calore nei sistemi di cogenerazione può essere applicato in vari settori.
5.1 Produzione
Nell’industria manifatturiera, i sistemi CHP con recupero di calore possono fornire sia elettricità che calore per i processi produttivi. Nell’industria tessile, ad esempio, il vapore generato dal recupero del calore dei gas di scarico può essere utilizzato per processi di tintura e finissaggio. Nell'industria chimica il calore può essere utilizzato per processi di distillazione e reazione. Alcuni dei prodotti chimici utilizzati nell'industria chimica, come ad esempioBIBP | CAS25155-25-3 | Bis(terz-butildiossiisopropil)benzene,DTAP | CAS 10508-09-5| Di-tert-perossido di amile, EPerossido di dibenzoile, richiedono condizioni di temperatura specifiche durante la loro produzione e il calore recuperato può essere utilizzato per mantenere queste condizioni.
5.2 Edifici commerciali
Gli edifici commerciali, come uffici, hotel e ospedali, possono trarre vantaggio dai sistemi di cogenerazione con recupero di calore. Il calore recuperato può essere utilizzato per il riscaldamento degli ambienti, il riscaldamento dell'acqua e l'aria condizionata. Ad esempio, in un albergo, l'acqua calda prodotta dal recupero di calore può essere utilizzata per le camere degli ospiti, mentre l'acqua refrigerata proveniente dai gruppi frigoriferi ad assorbimento può essere utilizzata per climatizzare le aree comuni.
5.3 Sistemi energetici distrettuali
I sistemi energetici distrettuali possono integrare sistemi di cogenerazione con recupero di calore per fornire una fonte affidabile ed efficiente di calore ed elettricità a più edifici in un distretto. Il calore recuperato dal sistema di cogenerazione può essere distribuito attraverso una rete di teleriscaldamento, mentre l'elettricità può essere utilizzata localmente o immessa in rete.
Conclusione
In qualità di fornitore di cogenerazione, comprendo l'importanza del recupero di calore nel massimizzare l'efficienza e le prestazioni dei sistemi di cogenerazione. I vari metodi di recupero del calore, compreso il recupero del calore dei gas di scarico, il recupero del calore dell’acqua di raffreddamento e il recupero del calore dell’olio lubrificante, offrono vantaggi significativi in termini di efficienza energetica, risparmio sui costi e protezione ambientale.
Se sei interessato a implementare un sistema di cogenerazione con efficace recupero di calore nella tua struttura, sia essa un edificio commerciale, uno stabilimento industriale o un sistema energetico distrettuale, ti invito a contattarci per una consulenza dettagliata. Possiamo fornirvi soluzioni personalizzate in base alle vostre specifiche esigenze di calore ed energia. Lavoriamo insieme per realizzare un futuro energetico più sostenibile ed economicamente vantaggioso.
Riferimenti
- Cullinane, K. e Shah, N. (2012). Progettazione ottimale di sistemi di trigenerazione per siti industriali. Energia Applicata, 98, 266 - 277.
- Lund, H. (2006). Cogenerazione di calore ed elettricità (CHP): una revisione degli aspetti ambientali, prestazionali ed economici. Energia, 31(14), 2873 - 2890.
- Mancarella, P. (2014). Calore ed elettricità combinati: una revisione di tecnologie, funzionamento e ottimizzazione. Recensioni sull'energia rinnovabile e sostenibile, 39, 53 - 72.