Trigenerazione realizzata con la tecnologia ad assorbimento
La cogenerazione e la trigenerazione sono argomenti di grande attualità. Recentemente sono stati varati provvedimenti normativi e legislativi atti a promuovere l'utilizzo esteso di queste proposte tecnologiche e se ne prevedono di conseguenza importanti sviluppi applicativi. Gli argomenti trattati nel presente lavoro riguardano impianti di piccola cogenerazione, ossia quelli che coprono potenze elettriche fino a 1 MW, che utilizzano allo scopo motori a combustione interna. In particolare verranno considerate le problematiche poste dall' adozione, in accoppiamento ai motori, di assorbitori, apparecchiature queste che permettono la conversione del calore recuperato dal sistema cogenerativo in energia frigorifera atta agli impieghi più vari, quali processi industriali e climatizzazione ambientale. I gruppi utilizzati allo scopo sono caratterizzati da potenze frigorifere fino a 176 kW, sono modulari nella concezione costruttiva e compatibili tra di loro, il che permette installazioni con più unità per coprire livelli di potenza diversi. Per il loro azionamento è possibile utilizzare acqua a temperature assai basse, fra i 70 °C e i 95 °C. Producono acqua a 7 °C, con un'efficienza di conversione del 70%. Di seguito verranno formulati particolari suggerimenti atti ad ottenere il massimo rendimento energetico del sistema combinato. Va peraltro segnalato come questa formula tecnologica, altrimenti denominata trigenerazione, trovi da tempo ampia e proficua diffusione nei paesi del nord Europa, assai attenti ad ogni proposta di uso efficiente dell'energia. La cogenerazione e la trigenerazione Il termine cogenerazione si riferisce alla produzione combinata di calore ed energia elettrica (CHP = Combined Heat and Power) ottenuta impiegando energia primaria. L'energia primaria può essere quella potenziale del gas o del gasolio utilizzata in un motore a combustione interna, che aziona un generatore elettrico. Una gran parte del calore generato dal motore viene recuperata ed impiegata per scopi diversi. In passato, era uso comune installare in loco gruppi elettrogeni, sia per le emergenze - stand by - da utilizzare cioè in caso d' interruzione dell'alimentazione da rete, sia per la produzione dell'energia elettrica necessaria in tutti quei casi in cui questa non era altrimenti disponibile. Allora non si prestava grande attenzione al rendimento complessivo del sistema; la figura 1 illustra l'efficienza caratteristica di una installazione di produzione di energia elettrica, senza alcun recupero del calore dal motore. Gli attuali costi dell'energia primaria, quelli dell'energia elettrica e l'efficienza globale ottenibile con il recupero del calore da un gruppo elettrogeno hanno cambiato completamente l'intero concetto impiantistico adottato, portando alla scelta di soluzioni miranti alla drastica riduzione dei costi. Il rendimento ricavabile su motori, che convertono l'energia meccanica in energia elettrica, è dell'ordine del 32%; ciò in altri termini significa che l'acqua di raffreddamento del motore e i gas prodotti disperdono quasi il 70% dell'energia potenziale del combustibile di alimentazione impiegato. Peraltro, normalmente la possibilità di recupero del calore generato dal motore può risultare dell'ordine del 90%.
Le macchine frigorifere ad assorbimento prese in considerazione nel presente lavoro, sono quelle di limitata potenza, alimentate ad acqua calda, impieganti come fluido di lavoro una soluzione di acqua e bromuro di litio. Dette unità sono state concepite per l'utilizzo di calore a bassa temperatura, con applicazioni tipiche in processi industriali ed in sistemi di cogenerazione di limitata potenzialità. La temperatura dell'acqua calda richiesta dal ciclo ad assorbimento è compresa fra i 70 °C e 95 °C. L'acqua refrigerata è prodotta a 7 °C, particolarmente idonea, quindi, all'impiego in processi di raffreddamento tecnologico e di condizionamento dell'aria. Lo smaltimento del calore nel processo ad assorbimento è ottenuto con la circolazione di acqua nello scambiatore dell'assorbitore / condensatore. Le macchine, di produzione di serie, sono disponibili nelle seguenti potenze nominali frigorifere: 17,6 kW, 35 kW, 70 kW, 105 kW e 176 kW (corrispondenti a 5, 10, 20, 30 e 50 RT; 1 Refrigeration Ton - 1 RT = 3,5 kWf). Essendo gruppi modulari compatibili tra di loro possono essere installati in più unità per coprire diversi livelli di potenza. Nella tabella 1 vengono riportate le specifiche tecniche degli assorbitori presi in esame. L'utilizzazione del calore di recupero in un impianto di cogenerazione risulta la naturale applicazione di queste macchine. Le prestazioni di ogni singola unità vengono evidenziate dalle relative curve caratteristiche. Si riportano di seguito, in figura 6, quelle dell'unità di potenza frigorifera nominale pari a 105 kW, che ci serviranno per l'illustrazione dell'esempio appresso riportato. Le curve contemplano temperature di ingresso dell'acqua di raffreddamento rispettivamente di 27 °C, 29.5 °C, 31 °C e 32 °C. Per le stesse varranno le seguenti considerazioni, valide peraltro per tutta la gamma delle apparecchiature. Tenendo fissa la temperatura dell'acqua refrigerata prodotta, pari a 7 °C, la potenza frigorifera erogata è fortemente influenzata dalle temperature dell'acqua di raffreddamento o meglio di dissipazione e dalla temperatura dell'acqua di alimentazione. Si otterranno valori di potenza più elevati, infatti, diminuendo la temperatura dell'acqua di raffreddamento oppure aumentando quella di alimentazione.
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