Calore di scarto dalla cogenerazione nell'impianto di biogas: bilancio, stagionalità e modalità di utilizzo

Un cogeneratore (CHP) con potenza elettrica di circa 500 kW produce simultaneamente circa 500–600 kW di potenza termica, di cui una parte viene utilizzata dallo stesso impianto di biogas per il riscaldamento delle camere, l'igienizzazione e gli edifici. L'eccedenza è fortemente stagionale — in estate ne rimane la maggior parte, in inverno alcune decine di percento — e solo l'adattamento dell'utente a questo profilo determina la redditività. L'utilizzo del calore aumenta l'efficienza complessiva dell'impianto da circa il 40% a quasi l'85–90%.

Da dove proviene il calore

Il calore viene recuperato da diversi circuiti: raffreddamento della camicia e dell'olio (temperatura dell'acqua 80–90 °C), scambiatore di fumi (fino a diverse centinaia di °C all'ingresso, raffreddati a circa 120–150 °C) e — in alcuni sistemi — dal raffreddamento della miscela. Il circuito idraulico solitamente combina queste fonti in un unico circuito di acqua calda con un serbatoio di accumulo.

Consumo di calore proprio

Il riscaldamento dei substrati e il mantenimento della temperatura nelle camere dipendono dalla temperatura ambiente, dall'isolamento, dalla dimensione della dose e dalla sua temperatura.

Esempio semplificato: una dose di 65 m³/d a una temperatura di ingresso di 10 °C, riscaldata a 40 °C, richiede circa 65 000 kg × 4,18 kJ/(kg·K) × 30 K ≈ 8,15 GJ/d, ovvero circa 2 260 kWh/d (circa 94 kW in media). A ciò si aggiungono le perdite attraverso le pareti e il tetto delle camere — ad esempio 30–100 kW a seconda dell'isolamento e della stagione. Complessivamente, 120–200 kW in inverno e circa 80–120 kW in estate. Nei sistemi con igienizzazione (70 °C per 1 h) si aggiunge un fabbisogno supplementare, ridotto dalla recuperazione del calore.

Bilancio stagionale

Ipotesi: cogeneratore da 500 kW el., potenza termica 560 kW, disponibilità 8 000 h/anno.

L'eccedenza annuale è di circa 3,3 GWh di calore (in media circa 410 kW × 8 000 h; l'intervallo stagionale 360–460 kW fornisce 2,9–3,7 GWh). L'utente deve quindi essere in grado di assorbire alcune centinaia di kW per tutto l'anno, per sfruttare il potenziale.

Opzioni di valorizzazione

Criteri di valutazione del progetto

1. Profilo di prelievo del calore da parte dell'utente durante l'anno (orario, se possibile).
2. Distanza e costo di trasporto: formula orientativa — le perdite della rete dipendono dall'isolamento, dal diametro e dalla temperatura.
3. Temperatura richiesta per il prelievo: una temperatura più elevata rende più difficile l'utilizzo del calore proveniente dal raffreddamento del motore.
4. Disponibilità dell'utente a un contratto pluriennale.
5. Aspetti legali e formali (concessioni, tariffe, autorizzazioni) — verificare la normativa vigente per il proprio caso.
6. Semplice periodo di ritorno: ricavi annuali dal calore rispetto agli investimenti.

Buone pratiche tecniche

• Un serbatoio di accumulo del calore (serbatoio tampone) livella i picchi e consente al motore di funzionare in modalità costante.
• Scambiatori di emergenza (raffreddatori a secco) proteggono dal surriscaldamento quando l'utente non preleva calore, ma rappresentano solo una misura di sicurezza, non un modo di utilizzo.
• Contatori di calore su entrambi i lati permettono di documentare l'efficienza.
• Mantenere puliti gli scambiatori di fumi: i depositi riducono il recupero e aumentano il rischio di corrosione a bassa temperatura.

Errori tipici

• progettazione basata sulla potenza massima anziché sulla domanda media,
• mancata considerazione del calore proprio nel bilancio,
• contratti senza clausola di prelievo minimo,
• trascuratezza dell'isolamento delle tubazioni,
• calcolo dei soli ricavi, senza considerare i costi di manutenzione della rete.

I progetti migliori hanno uno o due utenti stabili annuali (ad esempio, uno stabilimento di trasformazione, un essiccatoio, una serra), mentre il calore invernale della rete locale viene considerato come integrazione. L'utilizzo del calore dovrebbe essere verificato mediante misurazione reale, non solo con ipotesi progettuali.

Esempio di valutazione di un progetto di vendita del calore

Supponiamo un utente (ad esempio, uno stabilimento di trasformazione) che preleva costantemente 250 kW per 8 000 ore all'anno, ovvero 2 000 MWh. Una condotta lunga 600 m costa (ipoteticamente) alcune centinaia di migliaia di euro, e le perdite di calore nella rete ammontano a qualche percento. Se il prezzo del calore nel contratto è X €/MWh, il ricavo annuale è di 2 000·X. Per X = 150 €/MWh, ciò equivale a 300 000 € all'anno. Il periodo di ritorno risulta dal confronto tra gli investimenti e il ricavo al netto dei costi di manutenzione — questa semplice aritmetica mostra rapidamente se il progetto ha senso. Il valore di X e i costi della condotta devono essere sostituiti con le proprie offerte.

Ruolo dei serbatoi tampone e del controllo

Un serbatoio tampone con una capacità di alcune decine di m³ consente di livellare le variazioni di prelievo ed evitare il frequente avvio dei raffreddatori di emergenza. Una regolazione ben configurata indirizza il calore prima alle esigenze del processo, poi agli utenti esterni, e solo l'eccedenza ai raffreddatori.