Articolo di Maurizio Cudicio

Sistemi di cogenerazione a ciclo termodinamico

I cicli termodinamici sono i sistemi di cogenerazione meno conosciuti, soprattutto se si parla di sistemi in grado di sfruttare energia a temperatura più contenuta senza necessariamente dover produrre vapore. Si rende possibile la produzione di energia elettrica attraverso l’uso di generatori di calore alimentati con combustibile gassoso, liquido o anche con biomassa legnosa.
In questi sistemi, la produzione di energia elettrica avviene mediante un ciclo termodinamico che permette di trasformare il calore in lavoro e, attraverso una turbina, rende possibile la produzione di energia elettrica.

Solitamente i fluidi utilizzati sono l’acqua, il vapore o l’olio diatermico, un derivato della distillazione del  petrolio dalla quali si ottengono oli atossici adatti a poter lavorare a temperature fino a circa 300°C a pressione atmosferica, senza raggiungere il punto di ebollizione.

Miscele di composti chimici sintetici sono invece utilizzate nei casi in cui si renda necessario raggiungere temperature comprese tra i 300 e i 400°C.
Molti olii diatermici hanno però degli svantaggi tra cui:
 
  • In determinate condizioni sono infiammabili;
  • Hanno coefficienti di scambio termico inferiori rispetto a quelli dell'acqua o del vapore;
  • Il fluido risulta notevolmente più costoso rispetto all'acqua.

Uno degli impianti cogenerativi che sta avendo maggiore diffusione nell’ultimo periodo, grazie ai suoi elevati livelli di efficienza, è un sistema che sfrutta un fluido organico. Si individua con l’acronimo ORC – Organic Rankine Cycle, ed è un sistema che si basa su un turbogeneratore che lavora come una normale turbina azionata attraverso la vaporizzazione del fluido organico, il quale, avendo un peso molecolare superiore a quello dell'acqua, è in grado di garantire una rotazione più lenta della turbina, generando una minore pressione con conseguente allungamento della vita dei componenti. Si riduce infatti l’effetto erosivo delle parti metalliche e delle palette della turbina stessa, che solitamente è causato dall’uso del vapore acqueo.
I principali vantaggi ottenibili da questo sistema sono:
 
  • Alta efficienza della turbina e del ciclo termodinamico;
  • Bassa sollecitazione meccanica della turbina;
  • Assenza di umidità durante l'espansione del vapore, che negli impianti risulta essere la principale responsabile dell'erosione delle palette;
  • Procedure di avvio semplificate;
  • Funzionamento automatico e continuo;
  • Ridotta attività di manutenzione;
  • Non richiede la presenza di un operatore;
  • Non c'è bisogno di acqua demineralizzata.

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