Gli impianti di cogenerazione sono delle macchine in grado di produrre calore ed energia elettrica contemporaneamente.
I primi impianti di cogenerazione sono nati in Italia negli anni ’70 grazie ad un progetto dell’Ing. Mario Palazzetti. Erano formati da un motore Fiat collegato ad un generatore di corrente. Questa macchina produceva energia elettrica tramite il generatore ed il calore del motore veniva recuperato e sfruttato.
Oggi esistono diverse tipologie di cogeneratori, alcuni alimentati a combustibili fossili (ad esempio metano) altri a fonti rinnovabili (biomassa, biogas, oli vegetali). In questo articolo parleremo degli investimenti relativi agli impianti di cogenerazione a fonti rinnovabili.
Prima di cominciare vorrei chiarirti che cosa si intende per biomassa e derivati:
Che cos’è la biomassa?
Per biomassa si intende ogni tipo di sostanza organica, sia solida che liquida. Le principali biomasse solide sono legna, scarti di legna, gusci di frutta secca, cereali, sansa di olive, scarti agricoli, scarti animali, scarti alimentari in genere, etc. Le biomasse liquide sono principalmente liquami, reflui animali e oli vegetali.
In realtà, a me piace intendere la biomassa solamente come materia di scarto, ma spesso non è così. Oggi si coltiva mais, colza, piante zuccherine, alghe e tanto altro, solamente per produrre biomassa, e devo dirti che non è una pratica che stimo particolarmente. Trovo molto più coerente trasformare un “rifiuto” organico in una “risorsa” energetica, a patto che questo non impatti negativamente sull’ambiente.
Cosa ne facciamo della biomassa?
La biomassa solida può essere utilizzata come combustibile per alimentare l’impianto di cogenerazione ma può anche essere lavorata per estrarre biogas o olio vegetale (solo piante e semi oleosi).
Il biogas deriva dalla digestione o fermentazione della biomassa ed è una miscela formata da metano (dal 50% al 75% circa), da CO2 (dal 20% al 45%) e da altri gas in percentuale minore.
Con la purificazione del biogas è possibile produrre biometano, composto al 95%-98% da metano, risultando praticamente identico al gas naturale. In combustione ha un rendimento ben maggiore del biogas.
L’olio vegetale deriva dalla pressatura di alcune piante o semi oleosi (o tramite estrazione chimica) ed è anch’esso utilizzato come combustibile.
L’impianto di cogenerazione a biomassa può essere, quindi, alimentato da biomassa solida, olio vegetale, biogas o biometano.
Ora ti elenco in maniera molto sintetica i diversi tipi di impianti di cogenerazione a biomassa e le loro funzioni:
Impianto di cogenerazione con turbina a gas
La turbina, o meglio il gruppo turbo-gas, è composto da un compressore, una camera di combustione in cui viene bruciato il carburante insieme all’aria compressa ed un espansore che trasforma la spinta generata dalla combustione in movimento rotatorio. L’impianto di cogenerazione con turbina a gas sfrutta il biogas o il biometano per alimentare la turbina collegata al generatore di corrente. Il calore generato dalla combustione in turbina viene recuperato ed utilizzato o venduto sotto forma di acqua calda o vapore.
Quindi:
- La combustione del biogas o biometano in turbina aziona il suo movimento rotatorio.
- Il generatore di corrente collegato alla turbina produce energia elettrica.
- L’energia elettrica viene venduta o auto-consumata.
- Il calore recuperato dalla combustione viene venduto o auto-consumato.
Impianto di cogenerazione con turbina a vapore
L’impianto di cogenerazione con turbina a vapore sfrutta la combustione di biomasse, biogas, biometano o olio vegetale per scaldare dell’acqua e produrre vapore da iniettare nella turbina. In questo caso non vi è combustione all’interno della turbina ma solo compressione ed espansione del vapore che ne provoca il movimento rotatorio. Anche qui la turbina è collegata al generatore di corrente per la produzione di energia. Il vapore in uscita dalla turbina viene recuperato per creare calore da vendere o sfruttare.
Quindi:
- La biomassa viene bruciata in caldaia.
- Il calore dei fumi di combustione scaldano dell’acqua trasformandola in vapore.
- Il vapore in pressione viene iniettato nella turbina azionando il suo movimento rotatorio.
- Il generatore di corrente collegato alla turbina produce energia elettrica.
- L’energia elettrica viene venduta o auto-consumata.
- Il calore recuperato dal vapore in uscita dalla turbina viene venduto o auto-consumato.
Impianto di cogenerazione con turbina ORC
Il funzionamento è simile a quello con turbina a vapore. In un impianto di cogenerazione con turbina ORC, però, si sfrutta la combustione delle biomasse per scaldare un fluido organico anziché l’acqua, vaporizzandolo ed iniettandolo nella turbina collegata al generatore di corrente. Il calore del fluido in uscita dalla turbina viene recuperato per creare energia termica da vendere o sfruttare.
Quindi:
- La biomassa viene bruciata in caldaia.
- Il calore dei fumi di combustione scaldano il fluido organico fino a farlo espandere.
- Il fluido organico vaporizzato ed in pressione viene iniettato nella turbina azionando il suo movimento rotatorio.
- Il generatore di corrente collegato alla turbina produce energia elettrica.
- L’energia elettrica viene venduta o auto-consumata.
- Il calore recuperato dal fluido vaporizzato in uscita dalla turbina viene venduto o auto-consumato.
Impianto di cogenerazione con motore endotermico
Il motore endotermico è il comune motore a cilindri utilizzato per le nostre auto (o per camion e navi in base alla grandezza). Nell’impianto di cogenerazione, il motore endotermico, anziché essere collegato alle ruote motrici, fa girare il generatore di corrente producendo energia elettrica. Il motore viene alimentato ad olio vegetale, biogas o biometano. Il calore del motore viene recuperato in maniera da sfruttarlo o venderlo.
Quindi:
- Il biogas, biometano o olio vegetale alimenta il motore endotermico.
- Il generatore di corrente collegato al motore produce energia elettrica.
- L’energia elettrica viene venduta o auto-consumata.
- Il calore del motore viene recuperato per essere venduto o auto-consumato.
Impianto di cogenerazione con motore a vapore
Qui torniamo indietro con la tecnologia, anche se di utilizzo attualissimo. Hai presente il motore a vapore delle vecchie locomotive? Il meccanismo è identico. In caldaia si brucia la biomassa e, tramite i fumi della combustione, si scalda dell’acqua trasformandola in vapore. Il vapore in pressione viene iniettato nel motore che azione il generatore di corrente collegato ad esso (anche qui la combustione è esterna al motore). Viene infine recuperato il calore dal vapore in uscita dal motore.
Quindi:
- La biomassa viene bruciata in caldaia.
- Il calore dei fumi di combustione scaldano dell’acqua trasformandola in vapore.
- Il vapore in pressione muove i pistoni del motore.
- Il generatore di corrente collegato al motore produce energia elettrica.
- L’energia elettrica viene venduta o auto-consumata.
- Il calore recuperato dal vapore in uscita dal motore viene venduto o auto-consumato.
Impianto di cogenerazione con motore Stirling
Qui si sfrutta il calore della combustione per avviare un motore Stirling. Il motore stirling è un sistema a 2 pistoni con un cliclo chiuso di aria o gas alternativamente riscaldato e raffreddato. Questi cambi di temperatura producono altrettanti cambi di pressione che muovono alternativamente i 2 pistoni collegati ad un volano. Il volano è collegato ad un generatore di corrente che produrrà energia elettrica. Una parte del calore prodotto dalla combustione viene, infine, utilizzato per produrre energia termica da vendere o auto-consumare.
Quindi:
- La biomassa viene bruciata in caldaia.
- Il calore dei fumi di combustione scaldano uno dei 2 cilindri del motore stirling.
- tramite la differenza di pressione i 2 pistoni (quello nella zona calda e l’altro nella zona fredda) si muovono creando un movimento rotatorio del volano.
- Il generatore di corrente collegato al volano produce energia elettrica.
- L’energia elettrica viene venduta o auto-consumata.
- Una parte del calore di combustione viene utilizzato per produrre energia termica da vendere o auto-consumare.
Bene, ho voluto darti un primo accenno su cosa siano gli impianti di cogenerazione a biomassa in maniera tale da comprendere meglio ciò che ti dirò sui relativi investimenti.
Prima di tutto, se hai letto la guida gratuita “Il Metodo della Valutazione Inversa” (se non l’hai ancora scaricata fallo QUI!) ricorderai che gli impianti di cogenerazione a biomassa si installano esclusivamente nei pressi di un utenza termica.
L’utenza termica, ovvero la struttura in cui si sfrutterà il calore, può essere tua o di terzi. Ad esempio può essere il tuo capannone, la tua serra, il tuo condominio o qualsiasi altra tua struttura in cui andrai ad auto-consumare l’energia termica generando un risparmio. Oppure un’azienda, un centro commerciale, un ospedale, una struttura comunale o qualsiasi altra struttura di terzi a cui potrai vendere acqua calda o vapore generando una rendita.
Quindi, la prerogativa principale per investire in cogenerazione è la necessità di energia termica.
Senza questa necessità, l’investimento in cogenerazione a biomassa non ha senso di esistere.
Una volta appurato di avere un’esigenza termica da soddisfare dovrai capire cosa fare con l’energia.
Cosa puoi fare con l’energia termica:
Abbiamo detto che l’utenza termica può essere tua o di terzi. Se la struttura è tua andrai ad auto-consumare l’energia termica per il tuo processo produttivo, per il riscaldamento degli ambienti o per produrre acqua calda sanitaria, generando un risparmio. Se, invece, la strutture è di terzi, dovrai creare una piccola rete per il trasporto di questa energia da tuo impianto fino all’utenza (ad esempio una rete di teleriscaldamento). Questa rete sarà composta semplicemente da tubazioni coibentate per il trasporto di acqua calda o vapore e può essere lunga qualche decina di metri come diversi chilometri. In questo caso potrai vendere l’energia termica all’utente finale generando una rendita.
Come abbiamo detto sopra, però, l’impianto di cogenerazione produce sia calore che energia elettrica.
Cosa puoi fare con l’energia elettrica:
Se l’utenza elettrica è la tua, potrai auto-consumare l’energia ottenendo un risparmio. Nel caso in cui l’utenza sia di terzi, però, non potrai vendere loro l’energia elettrica. Potrai, invece, venderla alla rete generando una rendita grazie all’incentivo del GSE.
Facciamo un esempio pratico:
Ipotizziamo che il tuo terreno sia a 500m da un’azienda alimentare che produce biscotti. Questa azienda ha bisogno di acqua calda tutto l’anno per i suo processi di lavorazione e la produce utilizzando una centrale termica a metano ad un costo di 0,06€/kWh termico.
Stai, quindi, valutando di investire in cogenerazione a biomassa costruendo una centrale di cogenerazione sul tuo terreno. Il tuo fine sarà quello di generare una rendita vendendo energia elettrica alla rete ed energia termica all’azienda di biscotti.
In questo caso avrai una doppia rendita:
- La prima derivante dalla vendita dell’energia elettrica che il GSE ti pagherà in base alla tariffa omni-comprensiva.
- La seconda arriva dall’energia termica che venderai all’azienda
In base alla disponibilità di investimento e alle necessità di calore dell’azienda, decidi di installare un impianto di cogenerazione a cippato di legna con motore a vapore della potenza di 250kW elettrici e 300kW termici.
Facciamo un elenco di costi e ricavi per comprendere la situazione:
- Costo impianto: 1.350.000€.
- Ricavi vendita energia elettrica: 383.000€
- Ricavi vendita energia termica: 78.000€
- Ricavo totale: 461.000€
- Costi di gestione annuali (biomassa + manutenzione + assicurazione): 105.000€
- Margine lordo (EBITDA): 356.000€
- Anni di rientro dell’investimento: 3,8 anni
Questi dati sono un puro esempio e ti prego di prenderlo come tale. Possiamo trovare investimenti che rientrano realmente in meno di 3 anni come in oltre 7 anni. Lo scopo è solamente quello di dari una panoramica generale su come funziona un investimento in cogenerazione a biomassa.
Avremo modo di approfondire alcuni business plan e di analizzarli nel dettaglio. Nel frattempo ti consiglio di inserire la tua email qui sotto e scaricare la guida gratuita.