La Cogenerazione ad Alto
Rendimento (CAR)
Tipologia degli impianti di cogenerazione
A
B
Turbine a vapore a contropressione
Turbine a gas a ciclo combinato con
recupero di calore
Turbina a gas con recupero di calore
Turbine a condensazione con
estrazione di vapore
Motore a combustione interna
Microturbine
Motori stirling
Pile a combustibile
Condizione necessaria ma non sufficiente
perché un impianto sia qualificato CAR
TIPO A
ηglobale ≥ 75%
Dove
ηglobale = E/(F- FnonchpH)
TIPO B
ηglobale ≥ 80%
Dove
ηglobale = (E+β*Hchp)/(F- FnonchpH)
La condizione di sufficienza per ottenere la
qualifica di CAR si raggiunge quando
l’impianto supera il PES (Primary Energy
Saving)
Il PES, e quindi l’accesso alla qualifica di CAR,
presenta diversi valori di soglia in funzione della taglia
dell’impianto e precisamente :
Se un impianto di cogenerazione non raggiunge il
valore di soglia (ηglobale ≥75% o ηglobale ≥ 80% a
seconda del tipo di impianto)
l’impianto è
suddiviso in due parti virtuali: una cogenerativa e
l’altra non cogenerativa.
In questo caso l’energia elettrica riconosciuta
cogenerativa è data dalla relazione:
Echp = Ceff*Hchp
Il coefficiente Ceff
Il coefficiente Ceff è un parametro che si ottiene
dalla conoscenza dei dati del processo secondo le
seguenti relazioni
ηglobale < 75%
Rapporto tra energia
prodotta e calore (Ceff)
Rendimento elettrico in
assetto non cogenerativo
ηglobale < 80%
Il parametro β
Il parametro β è appannaggio degli impianti dove è presente una turbina a vapore con
estrazione di vapore e condensazione, in sostanza interessa gli impianti appartenenti al
tipo B con rendimento di soglia dell’80%
Cosa rappresenta β ?
β è un coefficiente che, moltiplicato per l’energia termica estratta sotto forma di
vapore dalla turbina, determina l’energia elettrica che quella stessa turbina
fornirebbe in assenza di estrazione (cioè se tutta l’energia termica venisse avviata al
condensatore). In formule:
E piena condensazione = E con estrazione +β*Hchp
Come si calcola β ?
β si calcola conoscendo l’entalpia della corrente di estrazione (determinata dal
valore della pressione e della temperatura del vapore estratto) e l’entalpia della
corrente al condensatore secondo la formula:
L’entalpia della corrente al condensatore si ottiene dal bilancio termodinamico
della turbina
Alcune precisazioni
Il β calcolato come illustrato nelle precedenti diapositive rappresenta il β tipico della
turbina ed è correlato con l’energia termica estratta dalla turbina. Nella realtà
l’energia termica estratta dalla turbina è diversa dall’energia termica inviata al
processo (che è la grandezza da prendere a riferimento per il calcolo del PES).
Come procedere?
In questo caso l’energia termica inviata al processo (sezione A-A della
figura) è data dalla somma di due correnti (1 e 2) una delle quali è data
dall’estrazione della turbina (corrente 2) mentre l’altra (corrente 1) proviene
dal GVR.
Il β risultante dell’impianto (indicato come βmix) è dato dalla media
ponderata delle due correnti una delle quali (la corrente 2) ha un valore di β
che rappresenta la perdita di potenza della turbina per effetto della
estrazione, mentre l’altra (la corrente 1), non transitando nella turbina, non
comporta alcuna perdita di potenza e ad essa si assegna quindi un β = 0. Si
ha quindi:
Il metodo semplificato per la determinazione del
Ceff
In alternativa al metodo del bilancio termodinamico si può calcolare il
valore del Ceff evitando il passaggio attraverso il coefficiente β mediante la
formula:
Dove ηc rappresenta il rendimento elettrico a piena condensazione quale
riportato nel certificato di collaudo dell’impianto.
Il valore di Ceff così calcolato è inferiore al Ceff calcolato con il
bilancio termodinamico in quanto il rendimento di collaudo è
inevitabilmente superiore al rendimento dell’impianto nel corso
dell’esercizio.
Il significato del Ceff per immagini