Diffusione CHP e DHN

In Europa la diffusione della cogenerazione e del teleriscaldamento, sia in maniera congiunta che separatamente, ha avuto luogo con tempi e modalità diverse a seconda della collocazione geografica. I principali vantaggi legati all'impiego di cogenerazione hanno trovato terreno fertile nella parte settentrionale del continente, nella quale i climi più rigidi per periodi dell'anno abbastanza lunghi hanno fatto da naturale incentivo alla realizzazione di sistemi ad alta efficienza per la produzione di energia termica.

Anche il teleriscaldamento ha avuto uno sviluppo analogo. Tuttavia, in questo caso è entrata in gioco in maniera ancor più pronunciata la densità di domanda termica riscontrabile. La possibilità di realizzazione di DHN, infatti, è soggetta alla disponibilità di utilizzatori collocati in una disposizione territoriale tale da rendere economicamente conveniente lo sviluppo della rete di tubazioni necessaria alla distribuzione dell'energia.

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La Fig. 1.19 fornisce un'idea della distribuzione di domanda termica. Come si vede, non soltanto la collocazione geografica, ma anche la vicinanza a grandi città e zone densamente popolate è un elemento chiave nel determinare la fattibilità o meno di un sistema di teleriscaldamento.

In Fig. 1.20 sono invece riportate le reti di teleriscaldamento con un cerchio rosso di dimensioni proporzionali alla popolazione servita. Si può osservare che i sistemi più grandi sono posti in prossimità di grandi città, più o meno indipendentemente dalla collocazione geografica; ne sono un esempio quelli di Spagna e Italia, dove si individuano chiaramente le grandi reti presso i principali agglomerati urbani.

Al contrario, le piccole reti sono sviluppate sia in relazione alla popolazione residente che alle condizioni climatiche tipiche; basti osservare Danimarca, Polonia, Repubblica Ceca e Repubblica Slovacca. I casi di Svezia e Finlandia rendono bene l'idea dell'importanza di una minima densità di domanda termica per rendere fattibile la realizzazione di sistemi DHN.

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Spostando l'attenzione anche sul panorama internazionale, i grafici di Fig. 1.21 e Fig. 1.22 riportano, rispettivamente, il numero di sistemi DHN installati e la totale capacità di teleriscaldamento1. Il grafico di Fig. 1.23 riporta invece la suddivisione percentuale per tipo di alimentazione dei sistemi di teleriscaldamento2.

Come si nota da quest'ultimo grafico, tendenzialmente lo share di produzione non classificabile come cogenerazione, recupero termico da altri processi o produzione diretta di calore da fonti rinnovabili si mantiene al di sotto del 40%, ad esclusione di alcuni casi; al contrario, spicca la dominanza di tecnologie di cogenerazione e recupero di energia termica di scarto o comunque ottenuta come sottoprodotto di altre attività.

Alcuni Paesi si fanno notare per quanto riguarda lo share di rinnovabili dirette: se si esclude l'Islanda, che rappresenta un caso particolare legato alla ampia disponibilità della risorsa geotermica, la Danimarca, con ben il 46%, si colloca al secondo posto (nel capitolo 1.5.1 sarà dedicato un approfondimento a questo Paese).

Il grafico di Fig. 1.24 mostra i dati relativi all'energia termica distribuita in teleriscaldamento nell'anno 2013 per diversi Paesi, suddivisa per settore di impiego.

Fig. 1.21: numero di sistemi di teleriscaldamento al 2013.

1 _{I grafici sono stati ricavati dai dati relativi all'anno 2013 contenuti nelle statistiche 2015 di Euroheat and Power}

[63]. I dati relativi agli USA risalgono all'anno 2011 (statistiche 2013), per mancanza di valori più recenti.

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"Recycled heat" include il calore ottenuto da CHP anche alimentati a rifiuti e tramite recupero da processi industriali; anche i due terzi dell'energia derivante da pompe di calore sono considerati sotto questa voce. "Direct renewables" considera l'energia prodotta da fonti rinnovabili in caldaie ad uso termico o in installazioni diverse da CHP. "Other" racchiude: energia da caldaie a fonti tradizionali per la sola produzione termica; calore ottenuto tramite energia elettrica; un terzo del calore ottenuto tramite pompe di calore.

0 100 200 300 400 500 600 700 N ° 0 500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000

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Fig. 1.22: capacità totale installata in teleriscaldamento al 2013 (al 2011 per gli USA).

Fig. 1.23: suddivisione dei sistemi di teleriscaldamento per tipo di fornitura energetica al 2013.

Fig. 1.24: dati 2013 relativi all'energia inviata al teleriscaldamento, suddivisa per macrosettori di impiego. 0 5 10 15 20 25 30 35 [G Wt h] 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0% 20% 40% 60% 80% 100%

Recycled heat Direct Renewables Other

0 20 40 60 80 100 120 [P J ]

Servizi ed altro Industriale Residenziale

0 50 100 150 200 250

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Per quanto riguarda la cogenerazione, il rapporto di COGEN Europe [38] che fa uso dei dati Eurostat 2015 riporta la situazione rappresentata in Fig. 1.25, che mette a confronto le potenze elettrica e termica complessivamente installate in alcuni Paesi europei. In generale, pur essendo questi dati relativi al CHP indipendentemente dal collegamento con DHN, si riesce a percepire anche in questo caso che tra i Paesi in cui la tecnologia di cogenerazione è stata presa maggiormente a riferimento figurano con potenze installate piuttosto elevate quelli in cui, generalmente, il clima tipico è mediamente rigido: la Germania, prima tra tutti, ha sposato la causa della cogenerazione, seguita da Polonia e Repubblica Ceca (guardando alla potenza lato termico).

Fig. 1.25: capacità CHP installata nei Paesi europei [38].

Se è vero che, a fare in un certo senso eccezione a questo criterio, compare l'Italia, al terzo posto come potenza elettrica installata e al quinto con la potenza termica, è anche opportuno fare la seguente osservazione: in Italia la maggior parte degli impianti CHP si sviluppa nella parte settentrionale del paese, con qualche caso al centro; al sud questa tecnologia è praticamente assente. Questo è sicuramente legato al clima che, seppur non definibile rigido, anche nei mesi più freddi, è sicuramente adatto a fornire le caratteristiche di domanda termica che rendano percorribile ed economicamente sensata la via della cogenerazione.

Volendo analizzare i dati da un altro punto di vista, che tenga conto degli sviluppi della cogenerazione non solo in termini di capacità installata, si può fare riferimento alla Fig. 1.26 (il grafico qui riportato contiene anche i dati di qualche Paese extraeuropeo). Si può da subito

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notare che la Germania, dapprima individuata al primo posto come potenza complessivamente installata, sia elettrica che termica, figuri in realtà più in basso se si considera la percentuale di energia elettrica coperta da impianti cogenerativi.

Fig. 1.26: il grafico mostra la percentuale di energia elettrica nazionale prodotta da impianti CHP e lo share di cogenerazione in sistemi di teleriscaldamento (dati 2013).

Il grafico, allo stesso tempo, mette in evidenza quali sono i casi in cui il teleriscaldamento è stato frequentemente abbinato alla tecnologia CHP. Ad esempio, Slovenia e Croazia sono due Paesi che, a fronte di una potenza installata non molto elevata (riconducibile anche a ridotta superficie e popolazione rispetto ad altri Paesi quali Germania e Italia), riescono a coprire, rispettivamente, quasi l'80% della domanda collegata a teleriscaldamento.

Si vuole, tuttavia, porre l'attenzione sul fatto che non è tanto importante raggiungere una elevata diffusione di DHN, obiettivo comunque auspicabile laddove ne sussistano le condizioni di fattibilità, bensì sfruttare la convenienza nell'abbinare questo tipo di sistemi alla logica produttiva cogenerativa.

Nel grafico di Fig. 1.26 spicca anche il caso della Corea del Sud. Si tratta di un Paese che ha creduto da tempo nella cogenerazione e nel teleriscaldamento come tecnologie capaci di soddisfare il fabbisogno termico della popolazione con una convenienza energetica, economica ed ambientale; nel paragrafo 1.5.2 si dedicherà spazio ad un approfondimento della sua attuale situazione.

0% 20% 40% 60% 80% 100%

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Come conclusione di questo paragrafo si vuole porre l'attenzione su un aspetto non scontato: quello storico-culturale. Paesi come Germania e Danimarca, che hanno sposato le tecnologie di cogenerazione e teleriscaldamento giungendo ad una loro diffusione piuttosto importante, sia in termini assoluti come numero di impianti e potenza installata, sia (in particolare per la Danimarca) in termini relativi ai consumi energetici complessivi, hanno certamente risentito in maniera positiva dell'influenza di un fattore storico: infatti, territori come questi in cui, da sempre, si è operato nella direzione di una produzione energetica ad alta efficienza e su una logica di distribuzione dell'energia termica alle utenze tramite una rete, si sono visti poi facilitati nello scopo di un ulteriore efficientamento del sistema, oggi riemerso con il problema dell'inquinamento e della produzione di GHG e con la necessità di rivedere le politiche energetiche e gli usi e consumi dell'energia.

Al contrario, quei Paesi in cui il background storico e culturale non ha fatto da punto d'inizio per lo sviluppo di applicazioni CHP-DHN, partono oggi con un sistema energetico diverso radicato, al quale risulta senz'altro più complicato apportare delle modifiche sostanziali in termini di tecnologie impiegate e di logiche di produzione.