Le centrali elettriche e termiche combinate generano calore ed elettricità allo stesso tempo. Questo risolve due problemi in casa. Lo stato promuove anche un riscaldamento moderno ed ecologico. Ma per chi vale la pena un impianto di cogenerazione? Nella nostra guida spieghiamo come funziona, requisiti di installazione e costi.
Centrale termica ed elettrica come riscaldamento: le cose più importanti in sintesi
- Una centrale termica ed elettrica genera simultaneamente elettricità e calore secondo il principio della produzione combinata di calore ed energia, secondo il quale il calore della produzione di elettricità fluisce nel circuito di riscaldamento. Per questo motivo, l'efficienza del sistema è intorno al 90 percento. Per fare un confronto: una centrale elettrica a gas media arriva a circa il 40 percento.
- I sistemi compatti sono costituiti da un azionamento (motore, turbina o cella a combustibile), un generatore e uno scambiatore di calore.
- Le centrali termiche ed elettriche possono essere azionate con gas, petrolio, pellet di legno o carbone, a seconda della tecnologia installata. Con il biogas o la legna come combustibile, puoi lavorare completamente a zero emissioni di CO2.
- A seconda delle dimensioni e delle prestazioni, i sistemi di cogenerazione sono suddivisi in unità di cogenerazione nano, micro, mini e standard. Anche le nano centrali elettriche ed elettriche combinate sono economiche per le famiglie.
- La convenienza di una centrale termica ed elettrica combinata dipende dal suo utilizzo della capacità. Oltre a una lunga durata, il prezzo dell'elettricità dell'operatore di rete è determinante anche per un breve periodo di ammortamento.
- L'Ufficio federale di economia e controllo (BAFA) sostiene l'installazione di centrali termiche ed elettriche combinate con sussidi fissi e maggiorazioni sulla tariffa elettrica. Anche la Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) e alcuni stati federali offrono incentivi finanziari e prestiti a basso costo.
Come funziona una centrale termica ed elettrica?
Una centrale termica ed elettrica è un sistema che genera sia elettricità che calore. Utilizza il principio della combinazione di calore e potenza, secondo il quale l'energia meccanica di un motore (potenza) viene utilizzata per generare elettricità ei suoi gas di scarico caldi forniscono calore. Ciò significa che le centrali elettriche ed elettriche combinate raggiungono efficienze elevate del 90% e oltre. L'energia generata è in media un terzo di elettricità e due terzi di calore. Tuttavia, questi numeri variano a seconda del sistema e del design. La tecnologia di un'unità combinata di calore e potenza si inserisce in un alloggiamento che ha all'incirca le dimensioni di un frigorifero. Il nome centrale termica di tipo blocco deriva dalle dimensioni compatte.
Alcune centrali elettriche a carbone e gas utilizzano anche calore ed elettricità combinati. Nel 2017, la loro quota di produzione netta di elettricità in Germania era del 21%. Tuttavia, in una grande centrale elettrica, le condutture trasportano il calore al luogo di consumo, poiché le aree residenziali e le attività commerciali sono lontane. Le perdite sono inevitabili lungo il percorso. La particolarità delle centrali termiche a blocchi è che sia l'elettricità che il calore sono generati localmente e in modo decentrato. Ciò aumenta notevolmente la loro efficienza rispetto ai sistemi centralizzati.
A causa delle loro basse perdite e della possibilità di farle funzionare con biocarburanti, le centrali termiche a blocchi sono un pilastro della transizione energetica. Dal 2000 il governo federale promuove i proprietari di centrali termiche a blocco con diversi modelli di remunerazione. Negli ultimi anni è aumentato il numero delle cosiddette unità di cogenerazione nano e micro sul mercato. I sistemi con una potenza fino a 15 kilowatt sono utili anche per i consumatori privati a determinate condizioni.
Il processo in sintesi
Una centrale termica ed elettrica funziona secondo la seguente sequenza:
- Un motore a gas, diesel oa vapore aziona un generatore con l'aiuto di un albero. Anche le centrali combinate di calore e di elettricità più grandi utilizzano turbine a gas al posto dei motori. Il gas viene compresso e raggiunge temperature elevate. Il gas caldo quindi aziona turbine più piccole, che trasferiscono l'energia meccanica a un generatore.
- Il generatore produce elettricità. Viene consumato in casa o in azienda o confluisce nella rete elettrica pubblica.
- Uno scambiatore di calore trasferisce il calore dei gas di scarico all'acqua di riscaldamento.
- L'acqua di raffreddamento del motore e l'olio motore caldo trasferiscono anche calore all'acqua di riscaldamento tramite uno scambiatore di calore.
Costruzione di una centrale termica ed elettrica
Il tipo di riscaldamento è costituito dai seguenti elementi:
- Motore
I motori più comunemente utilizzati per le centrali termiche ed elettriche sono i motori a gas, diesel, a vapore e Stirling. Ogni tipo di motore presenta vantaggi e svantaggi. I motori a benzina a gas sono considerati efficienti e durevoli, ma richiedono una manutenzione regolare. I motori diesel hanno la migliore efficienza, ma sono più costosi dei motori a benzina. Nel caso dei motori Stirling, a differenza dei motori Otto e diesel, il calore viene fornito dall'esterno. Possono funzionare con legna o pellet e sono quindi particolarmente rispettosi dell'ambiente e richiedono anche poca manutenzione. Tuttavia, l'efficienza elettrica è inferiore a quella dei motori a benzina. - Turbina a gas (in alternativa al motore)
Un compressore comprime l'aria ambiente ad alta pressione. La miscela>Come funziona un'unità combinata di calore e potenza motorizzata.
- Scambiatore di
calore Lo scambiatore di calore ha il compito di trasferire il calore dei gas di scarico, dell'acqua di raffreddamento del motore e dell'olio motore all'acqua di servizio nel circuito di riscaldamento. Gli scambiatori di calore più comunemente usati includono scambiatori di calore a fascio tubiero e scambiatori di calore a piastre. - Controllo
Il controllo consente agli operatori di una centrale termica ed elettrica combinata di configurare vari parametri. Tra le altre cose, lo usi per impostare la modalità operativa. Le moderne centrali termiche ed elettriche possono essere controllate tramite un'app sul laptop o persino sullo smartphone. - Caldaia a carico di
punta La caldaia a carico di punta non appartiene alla centrale termica di tipo monoblocco. Tuttavia, se necessario, il funzionamento avviene in parallelo per coprire i picchi di carico nel consumo di riscaldamento. Dimensionare una centrale termica di tipo a blocco in base ai carichi di punta non ha senso economico in quanto il numero di ore di funzionamento rimarrebbe troppo basso. Una centrale termica ed elettrica combinata che copre il carico di base è molto più efficiente. Tutti i tipi di caldaie come le caldaie a gas e a gasolio a condensazione sono adatte come supplemento al gruppo termico combinato. - Accumulo
tampone Un accumulo tampone non è obbligatorio in una centrale termica ed elettrica, ma ha senso dal punto di vista economico, soprattutto per i consumatori privati, poiché il consumo di acqua calda oscilla fortemente durante il giorno. Il contenitore contiene acqua di riscaldamento e viene utilizzato per immagazzinare il calore in eccesso. Se il sistema non è in grado di soddisfare la domanda durante i picchi di carico, l'acqua calda scorre nel circuito di riscaldamento. Per una centrale termica di tipo blocco con una potenza di 50 kilowatt, l'accumulo tampone è idealmente di 3.000 litri, per una centrale termica di tipo nano blocco in una casa familiare, 1.000 litri sono generalmente sufficienti.
Combustibile per riscaldamento
I seguenti combustibili vengono utilizzati in una centrale termica di tipo blocco, a seconda della tecnologia di azionamento:
- Gas naturale, compreso il gas liquido
- Biogas dalle aziende agricole
- Olio bollente
- Olio vegetale come olio di colza o olio di palma (solo per alcuni motori diesel)
- Pellet di legno (solo per Stirling e macchine a vapore)
- Cippato / gas di legno (solo per grandi centrali termiche ed elettriche)
- Carbon fossile o lignite
I pellet di legno sono un modo ecologico di far funzionare le centrali termiche ed elettriche.
Classificazione degli impianti di cogenerazione in funzione delle prestazioni
La tabella seguente fornisce una panoramica dei tipi di unità combinate di calore e potenza:
designazione
energia
uso
tecnologia
Nano
centrali termiche ed elettriche combinateFino a circa 2,5
kilowattCase unifamiliari
Motore Stirling, motore a vapore,
celle a combustibileCentrali termiche di tipo micro blocco
Da 2,5 a 15
kilowattEdifici di appartamenti
Motore Stirling , motore diesel ea gas, celle a combustibile
Mini
centrali termiche di tipo bloccoDa 15 a 50
kilowattPiccole aziende manifatturiere,
piscine, hotel, scuoleMotore a gas, motore a vapore,
motore dieselUnità di cogenerazione
Da 50 a 250
kilowattGrandi stabilimenti produttivi,
condominiTurbine a
gas, motori diesel e a gasinterpretazione
Le centrali combinate di calore ed energia possono essere progettate con elettricità o calore. Nella prima variante è determinante la produzione di elettricità. Tuttavia, poiché i sistemi producono più calore dell'elettricità e vi è una mancanza di accumulo di calore, gran parte del calore rimane inutilizzata. Questo è il motivo per cui la maggior parte delle centrali termiche ed elettriche viene dimensionata in base alla richiesta di calore.
Distribuzione e futuro delle centrali elettriche ed elettriche combinate
La maggior parte dei componenti di un'unità combinata di calore e potenza non sono nuove invenzioni. Il motore Stirling esiste dal 1816. I generatori producono anche energia elettrica dalla seconda metà del XIX secolo. Anche il principio della combinazione di calore ed energia è noto da molto tempo. Già nel 1902 le turbine a vapore generavano elettricità nella centrale di teleriscaldamento di Beelitz-Heilstätten, mentre il calore del vapore riscaldava l'edificio.
Tuttavia, per molto tempo non c'è stato modo di ridimensionare la tecnologia in modo che valesse la pena di sistemi compatti per la generazione di energia privata. Le prime unità combinate di calore e potenza sono state introdotte sul mercato a metà degli anni '80. Nel 2000 è entrata in vigore la prima versione del Combined Heat and Power Act. Per la prima volta, ha fornito sovvenzioni ai proprietari di unità di cogenerazione. Gli adeguamenti sono stati effettuati nel 2009 e nel 2016.
La Danimarca svolge un ruolo di primo piano nell'installazione di centrali elettriche ed elettriche combinate in tutta Europa. Già nel 2005, il 50% dell'energia generata proveniva da centrali combinate di calore ed elettricità.
Anche in Germania il numero di unità di cogenerazione per uso privato è aumentato negli ultimi anni. Tuttavia, questo tipo di riscaldamento non è ancora uno dei più comuni. Ci sono principalmente ragioni storiche per questo. In particolare, la produzione decentralizzata di energia ha acquisito velocità solo all'inizio del millennio grazie al Renewable Energy Sources Act. Nel contesto della transizione energetica, probabilmente anche le centrali elettriche e termiche combinate giocheranno un ruolo sempre più importante.Requisiti per l'installazione del riscaldamento
- Se si desidera installare un'unità combinata di calore e potenza, la temperatura di ritorno del sistema di riscaldamento deve essere inferiore a 70 gradi Celsius. Se è più alto, lo scambiatore di calore non può più dissipare completamente il calore dal motore. In questo caso, il sistema funziona in modo antieconomico. Se il motore si surriscalda, anche il sistema si spegne.
- Un altro requisito è un collegamento al gasdotto locale se un motore a gas aziona il generatore. Tuttavia, alcune centrali termiche di tipo a blocco possono funzionare anche con gas liquido.
- Quando si installa una centrale termica ed elettrica, sono necessari due contatori elettrici aggiuntivi. Mentre il primo misura l'elettricità generata, il secondo registra la proporzione che fluisce nella rete pubblica. Questo è importante, tra le altre cose, per ricevere una tariffa feed-in dall'operatore di rete.
Puoi richiedere contatori elettrici aggiuntivi per la tua unità di cogenerazione al tuo operatore di rete.
Efficienza e campi di applicazione di una centrale termica ed elettrica combinata
Le centrali termiche ed elettriche vengono utilizzate in case unifamiliari e plurifamiliari, aziende e strutture pubbliche come scuole e piscine. Poiché il periodo di ammortamento diminuisce con le dimensioni del sistema, in molti ospedali, edifici per uffici e scuole vengono installati sistemi con una potenza di 50 kilowatt o più.
In linea di principio, una centrale termica ed elettrica raggiunge un grado di efficienza più elevato rispetto a tutti gli altri tipi di riscaldamento grazie alla combinazione di generazione di calore ed elettricità. Se si guarda solo alla produzione di energia, l'efficienza elettrica è compresa tra il 25 e il 40 percento. Tuttavia, una centrale termica ed elettrica utilizza solo una parte dell'energia per produrre elettricità. Le schede tecniche e le statistiche indicano quindi l'efficienza complessiva.
Le centrali elettriche e termiche combinate generano elettricità in modo molto più efficiente rispetto alle centrali elettriche a carbone o gas convenzionali. Una centrale termica media raggiunge un'efficienza dal 45 al 50 percento. Dal 50 al 55 percento dell'energia viene persa sotto forma di calore. Ulteriori perdite energetiche dal 3 al 6 percento derivano dal trasporto di elettricità.
Le centrali elettriche a carbone ea gas con calore ed elettricità combinati raggiungono efficienze complessive dell'86% e oltre. Tuttavia, dal 10 al 15 percento del calore recuperato viene perso nelle lunghe tubazioni.
Il grafico sotto mostra perché la combinazione di elettricità e generazione di calore è così efficiente. Con 100 unità di energia, nell'esempio si ottengono 36 unità di elettricità e 51 unità di calore con una centrale termica ed elettrica combinata. Per la stessa quantità di elettricità dovresti calcolare 80 unità di energia con una centrale elettrica convenzionale con un'efficienza del 45 percento. Un sistema di riscaldamento a gas decentralizzato con un'efficienza dell'84% richiede 60 unità energetiche aggiuntive per il calore. Il totale è di 140 unità energetiche. Grazie all'unità combinata di calore e potenza, in questo esempio risparmi il 40 percento di energia.
Una centrale termica ed elettrica combinata utilizza l'energia in modo ottimale con perdite minime.
Da un punto di vista ecologico, una centrale termica di tipo blocco può funzionare completamente a emissioni zero oa basse emissioni di CO2 se vengono utilizzati combustibili come biodiesel, biogas o pellet di legno. Anche quando funziona con combustibili fossili, una centrale termica ed elettrica è rispettosa dell'ambiente grazie alla sua alta efficienza.
Quando conviene una centrale termica ed elettrica combinata? Confronto con altri riscaldatori
Per quanto riguarda i sistemi di riscaldamento convenzionali come il riscaldamento a gas, l'efficienza di un'unità combinata di calore e potenza è solo leggermente superiore a prima vista. Le caldaie moderne raggiungono un'efficienza del 90 percento e oltre. Quando si tratta di solo riscaldamento, le unità combinate di calore e potenza non sono necessariamente più efficienti. Il vantaggio è che producono contemporaneamente elettricità a basso costo. I proprietari risparmiano sui costi utilizzando elettricità di rete meno costosa.
Se per te vale la pena acquistare o meno, dipende dal tuo consumo di calore ed elettricità. A causa dei costi di acquisto più elevati rispetto a una caldaia convenzionale, le unità combinate di calore e potenza sono particolarmente utili per le famiglie e le strutture che hanno una richiesta di calore costante tutto l'anno. Una centrale termica di tipo micro o mini blocco dovrebbe essere in funzione per almeno 5.000 ore all'anno per funzionare in modo efficiente.
Altri fattori che influenzano l'efficienza di una centrale termica ed elettrica sono i costi di investimento, la tecnologia, i prezzi correnti per l'elettricità di rete e i combustibili e le modifiche nei programmi di sovvenzione. Se intendi installare un gruppo termico e di potenza, ti consigliamo una consulenza professionale e indipendente. Il consulente energetico lavorerà con te per effettuare un calcolo comparativo che tenga conto di tutti i parametri.
Suggerimento: confronta l'efficienza e i costi dell'unità di riscaldamento e potenza combinata con altri tipi di riscaldamento nella nostra panoramica del riscaldamento compatta.Costo di una centrale termica ed elettrica
I costi per una centrale termica ed elettrica variano a seconda delle dimensioni dell'impianto e della tecnologia installata. Per una nano centrale termica ed elettrica, partono da 15.000 euro. Per un'unità di micro-cogenerazione, dovresti aspettarti da 20.000 a 25.000 euro. Non è solo il prezzo di acquisto a essere decisivo. Anche l'allacciamento alla rete del gas e dell'energia elettrica e gli accessori come il buffer di stoccaggio sono costati diverse migliaia di euro.
Oltre ai costi di investimento, è necessario considerare anche i costi di manutenzione quando si calcola la redditività di un'unità combinata di calore ed energia. Per le centrali termiche di tipo nano e micro blocco, sono comprese tra 500 e 1.000 euro o 3 centesimi per chilowattora di elettricità generata all'anno. I produttori di centrali elettriche ed elettriche combinate spesso offrono contratti di manutenzione completi.
I costi di esercizio di una centrale termica ed elettrica dipendono dal combustibile. Con un'unità nano combinata di calore e potenza alimentata a gas naturale, il consumo è simile a quello di un sistema di riscaldamento a gas convenzionale, a seconda delle esigenze. A questo si aggiungono i costi di esercizio della caldaia a carico di punta.Normativa legale e finanziamento
L'attuale versione del Combined Heat and Power Act del 2016 regola la promozione delle centrali elettriche ed elettriche combinate. Comprende sia contributi fissi per l'installazione che remunerazione per l'energia elettrica generata dal riscaldamento.
Le piccole centrali termiche di tipo blocco con una potenza fino a 20 kilowatt (potenza elettrica) ricevono un importo di sovvenzione scaglionato in più fasi dal BAFA. Ad esempio, un sistema da 10 kilowatt costa 3.400 euro. Centrali elettriche ed elettriche combinate particolarmente efficienti con un secondo scambiatore di calore dei gas di scarico per utilizzare il potere calorifico ricevono un ulteriore 25% del sussidio di base. Lo stato premia i sistemi con un alto grado di efficienza elettrica con il 60 per cento del finanziamento di base.
Mancia:Invia la domanda di finanziamento per la tua unità di cogenerazione entro il 31 dicembre 2020, poiché questo programma di finanziamento scadrà alla fine dell'anno!
La Kreditanstalt für Wiederaufbau sostiene anche l'acquisto di centrali termiche ed elettriche combinate. Con i programmi 271 e 281 per le grandi centrali termiche di tipo blocco e 270 per i piccoli impianti concede finanziamenti con tassi di interesse bassi e anni senza rimborso che possono coprire anche i costi di acquisizione completi. Il programma 433 può essere utilizzato per mini-sistemi con azionamento a celle a combustibile. È previsto un sussidio fino a 28.200 euro per cella a combustibile.
Oltre ai pagamenti una tantum e ai prestiti a tasso agevolato al momento dell'acquisto, il Combined Heat and Power Act prevede anche sovvenzioni durante l'intero periodo di funzionamento dell'unità di cogenerazione. Oltre alla remunerazione dell'operatore di rete, i proprietari ricevono un bonus aggiuntivo per l'energia elettrica immessa nella rete pubblica. A seconda della potenza elettrica del sistema, varia da 8 centesimi per chilowattora per sistemi fino a 50 chilowattora a 4,4 centesimi per chilowattora per grandi centrali termiche ed elettriche con una potenza di oltre 250 chilowatt. La borsa di studio è limitata a un determinato periodo. Con unità di mini-cogenerazione fino a 50 kilowatt sono 60.000 ore piene di utilizzo. - Scambiatore di
