Abbinando delle macchine frigorifere ad assorbimento a un cogeneratore, è possibile utilizzare il calore in esubero per produrre acqua refrigerata adatta alla climatizzazione o a processi di lavorazione. Aumentando così la redditività dell’impianto che può essere utilizzato anche nei mesi estivi.
Cos'è la trigenerazione?
La trigenerazione è un'estensione della cogenerazione, che permette di produrre non solo energia elettrica e calore, ma anche energia frigorifera, utilizzando lo stesso impianto e la stessa fonte di energia primaria; infatti questi impianti possono essere alimentati con una varietà di fonti energetiche, tra cui gas metano, derivati del petrolio, gas di origine agricola, oli vegetali, legnami e rifiuti. Questa flessibilità rende la trigenerazione una soluzione energetica adattabile e sostenibile.
In inglese, questa tecnologia è conosciuta come Combined Cooling, Heating and Power (CCHP), per indicarne la triplice funzione.
Come funziona un impianto di trigenerazione?
La produzione di energia frigorifera negli impianti di trigenerazione avviene attraverso l’ evaporazione a bassa temperatura di un fluido refrigerante (una miscela di acqua e bromuro di litio per temperature fino a 6 C°, oppure con ammoniaca per temperature inferiori), che assorbe calore dall’acqua da refrigerare. Mentre il compressore dei climatizzatori consuma una quantità considerevole di energia elettrica, l’assorbitore richiede solo una pompa per dare pressione alla soluzione, con un risparmio notevole elettricità.
Uscendo a una temperatura prossima ai 6 - 7 °C (nel caso del bromuro di litio), l’acqua refrigerata risulta idonea al condizionamento dell’aria e ai processi di raffreddamento tecnologico. La temperatura dell’acqua calda richiesta dal ciclo ad assorbimento, invece, è compresa fra i 70 °C e 95 °C.
Rispetto agli impianti a pompa di calore utilizzati normalmente per il condizionamento, va detto che la trigenerazione ha un coefficiente di efficienza più basso, ma questo svantaggio viene ampiamente compensato dal fatto che si sfrutta il calore in esubero prodotto dal cogeneratore. Il rendimento complessivo del sistema è nell’ordine del 70%.
Applicazioni industriali e civili della trigenerazione
La trigenerazione è sfruttabile in molti contesti industriali dove è già conveniente installare un impianto cogenerativo: dall’industria alimentare a quella tessile, dalla chimica alle materie plastiche alle cartiere, oltre che nel settore civile e terziario. In tutti questi casi, dove c’è necessità contemporanea di energia elettrica e termica, questa tecnologia consente di aggiungere un importante vantaggio rispetto alla sola cogenerazione: la possibilità di sfruttare lo stesso impianto anche nei mesi caldi, aumentando così il periodo di utilizzo dell’impianto lungo l’interno anno, quando dovrebbe essere spento oppure funzionare dissipando il calore prodotto.
Come si può vedere nella figura sottostante che ritrae il periodo di funzionamento tipico della trigenerazione (fonte Politecnico di Milano), a fronte di una domanda elettrica praticamente costante e di un ciclo di domanda termica che si abbassa in estate, la trigenerazione si inserisce riuscendo a soddisfare nei mesi centrali la richiesta di energia frigorifera.
I vantaggi della trigenerazione
- Aumento dell’efficienza complessiva dell’impianto cogenerativo, dato che con la stessa energia primaria si produce energia elettrica, calore e freddo;
- Riduzione dell’impatto ambientale grazie al minore consumo di combustibile;
- Maggiore redditività dell’impianto cogenerativo grazie a un tasso di utilizzo più elevato grazie allo sfruttamento nei mesi caldi;
- Risparmio sulle bollette elettriche grazie alla possibilità di evitare la climatizzazione estiva “tradizionale” e aumento dell’indipendenza energetica dai fornitori di elettricità;
- Diminuzione dei costi di gestione grazie alla possibilità di utilizzare uno stesso impianto per tre finalità diverse;
- Per il sistema elettrico, la trigenerazione riduce il picco di richiesta elettrica sulla rete nei mesi estivi ed evita la costruzione di nuove centrali per i picchi di fabbisogno e di nuove linee di distribuzione.
Domande frequenti
In che modo un impianto di trigenerazione si differenzia da un sistema di cogenerazione tradizionale?
La cogenerazione tradizionale (CHP) produce simultaneamente energia elettrica e calore utile, solitamente sotto forma di acqua calda o vapore. La trigenerazione (CHCP) estende questo processo integrando un assorbitore all'impianto: questo componente sfrutta l'energia termica di scarto per generare energia frigorifera (acqua refrigerata per il condizionamento o per processi industriali), consentendo uno sfruttamento flessibile del calore in tutte le stagioni dell'anno.
Quali sono i principali vantaggi economici e ambientali legati alla trigenerazione industriale?
L'autoproduzione combinata di tre vettori energetici permette di raggiungere efficienze globali vicine all'85-90% dell'energia primaria del combustibile. Per le aziende, questo si traduce in una drastica riduzione dei costi in bolletta dovuti al mancato acquisto di energia elettrica dalla rete e all'abbattimento dei consumi estivi per il raffrescamento. Dal punto di vista ambientale, il sistema riduce le emissioni complessive di anidride carbonica (CO2) e consente l'accesso al meccanismo incentivante dei Certificati Bianchi.
Quali sono i settori industriali e commerciali che traggono il massimo beneficio dalla trigenerazione?
I contesti ideali sono le strutture caratterizzate da un fabbisogno contemporaneo e costante di elettricità, riscaldamento e raffrescamento lungo tutto l'arco delle 24 ore. Tra i settori industriali spiccano il chimico-farmaceutico, il manifatturiero, la plastica e l'alimentare (dove il freddo serve per i cicli di conservazione). In ambito commerciale e terziario, le applicazioni principali si concentrano in grandi ospedali, centri commerciali, data center e complessi alberghieri dotati di centri benessere.
Quali parametri termodinamici occorre analizzare per dimensionare correttamente un impianto di trigenerazione?
La progettazione richiede un'analisi dettagliata dei profili di carico orari, giornalieri e stagionali della struttura (elettrici, termici e frigoriferi). È fondamentale calcolare il corretto bilanciamento tra l'energia termica recuperabile dal motore e la capacità di assorbimento della macchina frigorifera ad assorbimento, garantendo che l'impianto operi per un numero elevato di ore all'anno (almeno 4000-5000 ore) in regime di Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR).
