By Cogenerazione ad Alto Rendimento ed incentivazione
In questo articolo ci si propone di analizzare a fondo lo stato dell’arte della tecnologia cogenerativa nel sistema Paese Italia e le pratiche di incentivazione che sono state messe in atto fino ad oggi, spiegando quali siano i principali indici di valutazione per l’accesso a detti incentivi.
La cogenerazione in Italia
Prima di parlare di incentivi, risulta fondamentale introdurre il concetto di cogenerazione, con il termine cogenerazione si intende la produzione combinata di energia elettrica/meccanica e di energia termica (calore) ottenute in appositi impianti utilizzanti la stessa energia primaria. Per produrre la sola energia elettrica si utilizzano generalmente centrali termoelettriche che disperdono parte dell’energia nell’ambiente: questa è energia termica di scarso valore termodinamico essendo a bassa temperatura. Per produrre la sola energia termica si usano tradizionalmente delle caldaie che convertono l’energia primaria contenuta nei combustibili, di elevato valore termodinamico, in energia termica di ridotto valore termodinamico. Se un’utenza richiede contemporaneamente energia elettrica ed energia termica, anziché installare una caldaia e acquistare energia elettrica dalla rete, si può pensare di realizzare un ciclo termodinamico per produrre energia elettrica sfruttando i livelli termici più alti, cedendo il calore residuo a più bassa temperatura per soddisfare le esigenze termiche.
Schema semplificato di un cogeneratore in grado di fornire energia elettrica, termica fredda e termica calda all’utenza
Se si va ad analizzare il bilancio energetico nazionale del 2017 tramite un diagramma di tipo Sankey, vengono evidenziati due flussi di colore arancione che, partendo in basso in uscita dalle centrali termoelettriche, indicano il calore utile proveniente dagli impianti di cogenerazione.
Bilancio energetico italiano raffigurato tramite Sankey diagram
La maggior parte di questo calore (2,6 Mtep) viene utilizzato nelle industrie dotate di impianti di cogenerazione, mentre una quota modesta di 0,8 Mtep viene impiegata nelle reti di teleriscaldamento per fornire servizi di riscaldamento al settore civile (a Milano, Torino, Brescia e molte altre località del centro-nord).
Invece di disperdere nell’ambiente il calore refluo prodotto dalle centrali termoelettriche, questi impianti svolgono la funzione di convogliare questo calore verso un impiego utile, evitando in questo modo di bruciare altro combustibile, che altrimenti sarebbe necessario consumare per fornire lo stesso servizio calore.
Tenendo presente che si tratta di tecnologie mature ed ampiamente impiegate sia in Italia che nei paesi del centro-nord Europa, appare indispensabile, per il raggiungimento di una maggiore efficienza energetica, proseguire su questo percorso per massimizzare l’utilizzo del calore refluo generato nella produzione termoelettrica, e per ridurre al minimo la dispersione di calore nell’ambiente.
In questo panorama la cogenerazione ricopre grande interesse a livello industriale, infatti grazie ai numerosi incentivi come la CAR (cogenerazione ad alto rendimento) o i CB (certificati bianchi).
Tanto che nel corso del 2019, per 1.954 unità di produzione sono pervenute 1.966 richieste procedibili per il riconoscimento della Cogenerazione ad Alto Rendimento, con un incremento del 5% rispetto al 2018. La maggior parte delle richieste sono state presentate funzionalmente all’accesso al regime dei Certificati Bianchi o per il solo riconoscimento CAR.
Richieste di incentivazione dal 2016 al 2019
Focalizzando l’attenzione sulle richieste presentate negli ultimi quattro anni, 2016-2019, si nota un incremento nel numero complessivo di circa il 26% (10% tra il 2016 e il 2017, 8% tra il 2017 e il 2018 e 6% tra il 2018 e il 2019). Le richieste per il solo riconoscimento del funzionamento delle unità in regime CAR hanno avuto un decremento del 18% negli ultimi quattro anni dovuto al fatto che alcune unità hanno iniziato a richiedere l’accesso ai CB invece del solo riconoscimento CAR. Le richieste per l’accesso al regime di sostegno dei CB ai sensi del D.M. 5 settembre 2011 hanno registrato, infatti, un aumento di circa il 78% (32% tra il 2016 e il 2017, 18% tra il 2017 e il 2018 e 15% tra il 2018 e il 2019). Le richieste per il riconoscimento alle unità qualificate di cogenerazione abbinate a una rete di teleriscaldamento, presentabili solo per unità con qualifica IAFR ancora attiva ai sensi del D.M. 24 ottobre 2005, hanno avuto, invece, un decremento dell’83% (-20% tra il 2016 e il 2017, -49% tra il 2017 e il 2018 e -58% tra il 2018 e il 2019). Questo calo è determinato dal termine del periodo di diritto all’incentivazione mediante CV (riconvertiti dal 1° gennaio 2016 in tariffa) [9].
Tutto ciò ha portato ad un incremento notevole dell’installazione di impianti cogenerativi , infatti dal 2014 si osserva una crescita della produzione di tali impianti che supera la produzione elettrica da impianti non cogenerativi.
Evoluzione del numero di impianti di generazione combinata dal 1997 al 2017
Si conta che nell’anno 2017 la produzione da cogenerazione abbia pesato sul bilancio energetico nazionale per il 40% circa, sul complessivo dei 257 TWh richiesti dal sistema paese Italia, dove la fonte primaria maggiormente impiegata per l’alimentazione dei CHP risulta essere ancora il gas naturale (circa il 75% viene alimentato a CH4)[49].
Quadro normativo
Nel corso degli anni si è reso evidente come la tecnologia cogenerativa potesse essere utile al fine di permettere al nostro paese di allinearsi con la road map definita nella SEN 2017 per la progressiva decarbonizzazione.
Per questo le normative relative a detta tecnologia nell’ultimo decennio sono state soggette a numerose modifiche e miglioramenti, finalizzati a incentivare l’impiego di unità di produzione combinata di energia elettrica e termica, soprattutto nel settore industriale, di seguito vengono riportate le principali norme che regolano la cogenerazione.
Evoluzione normativa sulla cogenerazione
Incentivi
L’incentivazione di tipo CAR sta assumendo sempre maggiore rilevanza, fungendo da volano per la buona diffusione di tecnologie CHP (Combined Heat Power), per accedere a questo meccanismo però bisogna rispettare dei valori limite per determinati coefficienti, che vengono analizzati nel dettaglio:
Il PES (Primary Energy Saving) è l’indice introdotto dalla Direttiva 2004/8/EC (recepita dal MiSE con decreto del 5 settembre 2011) sulla base del quale sono calcolati gli incentivi per gli impianti di cogenerazione. È un indice tanto economico quanto termodinamico ed indica il risparmio di energia primaria, ovviamente più alto il PES più conveniente è la cogenerazione dal punto di vista dello sfruttamento dell’energia primaria.
Formula per il calcolo del PES
Dove:
- Ec : energia contenuta all’interno del combustibile;
- Et : energia termica utile, sfruttata dalle utenze a valle del CHP;
- Eel : energia elettrica utile sfruttata dalle utenze a valle del CHP;
- RENDel : rendimento di riferimento per la produzione separata elettrica;
- RENDt : rendimento di riferimento per la produzione separata termica.
E’ necessario riportare il calcolo per la quantificazione del risparmio derivante da PES elevato, che porta all’accesso di incentivi per la CAR; L’incentivo è parametrato sulla base dei risparmi di energia tra un’unità di cogenerazione ad alto rendimento (CAR) e un’unità tradizionale con produzione separata di energia elettrica e calore, il risparmio effettivo di energia primaria si calcola come segue.
Formula per il calcolo del RISP
Dove:
- RISP: risparmio di energia primaria, espresso in MWh, realizzato dall’unità di cogenerazione;
- Eel(CHP): energia elettrica risparmiata, espressa in MWh, prodotta dall’unità;
- Eth(CHP): energia elettrica risparmiata, espressa in MWh, prodotta dall’unità;
- RENDel(rif): è il rendimento medio convenzionale del parco di produzione elettrica italiano, assunto pari a 0,46,Tale valore deve essere corretto per le perdite di rete evitate con gli stessi coefficienti e la medesima procedura adottata per il calcolo del PES. La percentuale di energia elettrica autoprodotta/consumata da tenere in conto è quella riferita alla produzione totale in regime CAR.
- RENDth(rif): è il rendimento medio convenzionale del parco di produzione termico italiano, assunto pari a 0,82 nel caso di utilizzo diretto dei gas di scarico, 0,90 nel caso di produzione di vapore / acqua calda;
- Ec: è l’energia, espressa in MWh, del combustibile utilizzato dall’unità di cogenerazione.
Per accedere agli incentivi è necessario prendere in considerazione anche un altro fattore, il rendimento globale d’impianto, espresso come:
Formula per il calcolo del rendimento globale
Per poter considerare l’intera unità come CAR è necessario ottenere dei valori medi di PES e rendimento globale ben definiti:
- PES > 0 per unità installate con potenze inferiori ad 1MW;
- PES > 10% per unità che contano potenze maggiori di 1MW;
- RENDg > 80% per turbine a gas, turbine a condensazione con estrazione di vapore;
- RENDg >75% tutte le altre tipologie.
Nel caso in cui non venga assicurato uno di questi parametri, non si potrà considerare l’unità tutta come CAR e bisognerà effettuare una divisione dell’unità di cui una parte CAR e l’altra non adeguata per essere incentivata, ma la procedura dettagliata di questo scenario si rimanda ad un articolo successivo.
Descritte le principali voci da tenere sotto controllo, ora bisogna quantificare il risparmio economico derivante dai CB rilasciati dal meccanismo CAR:
Formula per il calcolo del numero di certificati bianchi associabili all’unità CHP
Il calcolo del coefficiente K è semplice e direttamente correlato alla potenza installata, anche il calcolo dettagliato del coefficiente K si rimanda ad un articolo futuro, per spiegare nel dettaglio come debba essere eseguito, per ora ci si limita a fornire una tabella di riferimento.
Tabella per il calcolo del coefficiente K
Considerando che una tecnologia da 1MW di potenza costa circa 1 mln e che i CB associati sono dell’ordine dei 900-1000 CB all’anno e che questi, secondo il GME nell’ultimo trimestre sono stati venduti a circa 260€/CB, ne risulta un contributo da incentivi pari a circa 234-263 mila euro, un contributo compreso tra il 23-26% dell’investimento iniziale sostenuto dall’azienda, tutti questi calcoli sono stati effettuati per una tecnologia completamente CAR, se ci trovassimo in presenza di un’unità da scindere in CAR e non il contributo da CB sarebbe inevitabilmente inferiore.
Estratto del sito del GME per la vendita per singolo CB
Conclusioni
La tecnologia CHP ad oggi è una delle più sostenibili in termini economici, non solo per gli incentivi identificati nel meccanismo della CAR, ma anche per tutti quei benefici ottenibili in bolletta (una produzione separata, rispetto ad una produzione per cogenerazione porta con se inevitabilmente oneri di spesa in termini di energia primaria superiori).
Fonti
