1. Introduzione
Nel 1764 James Watt brevettò la macchia a vapore. Furono gli anni seguenti, quelli che oggi si ricordano come prima Rivoluzione Industriale, a segnare un cambiamento radicale nel sistema di produzione. Dal lavoro prevalentemente artigianale si passò alla produzione in serie con l’aiuto di macchinari. La forza lavoro dell’uomo venne sostituita per alcune lavorazione dai macchinari mossi da cinghie, alberi meccanici. L’energia necessaria per compiere i movimenti meccanici veniva generata nelle caldaie bruciando il carbone o la legna. L’energia termica produceva vapore e la macchina di Watt permetteva la trasformazione dell’energia termica in energia meccanica. La ricerca non si arrestò davanti al nuovo sistema di conversione dell’energia. Già agli inizi dell’800 brillanti esperimenti vennero condotti sullo studio dei fenomeni elettrostatici ed elettromagnetici. A metà del 1800 Antonio Pacinotti realizzò il primo prototipo di dinamo. La dinamo convertiva l’energia meccanica in energia elettrica. Fu a fine ‘800 che Thomas Alva Edison a seguito dell’invenzione della lampadina, (conversione di energia elettrica in energia luminosa) realizzò la prima centrale elettrica in America. Collegando la macchina di Watt alla macchina di Pacinotti, Edison poté produrre energia elettrica dall’energia chimica. L’introduzione della lampadina e delle macchine elettriche che trasformavano l’energia elettrica in meccanica e viceversa, senza dover ricorre ad alberi meccanici cinghie e pulegge e la facilità del trasporto dell’energia elettrica attraverso i conduttori metallici permise la facile diffusione dell’energia elettrica nelle industrie, nelle case e nei centri urbani. È alla fine dell’800 e inizio 1900 che si assiste di nuovo ad una rivoluzione tecnologica.
La società si sviluppò in simbiosi a queste tecnologie. Sia i lavoratori nelle fabbriche sia gli abitanti delle città beneficiarono dei vantaggi portati dall’energia elettrica e dagli apparecchi elettrici. La ricerca di migliorare il confort negli ambienti di lavoro e nelle abitazioni ha portato all’introduzione di dispositivi e macchine che hanno bisogno di energia. Questa energia prevalentemente elettrica ma anche termica quando si tratta di riscaldare o condizionare un ambiente, viene fornita attraverso impianti e sistemi energetici. Col passare del tempo sono stati inventati apparecchi sempre più complessi e sofisticati il cui funzionamento è permesso dall’energia elettrica. La continua ricerca di soddisfare i bisogni e migliorare l’attività quotidiana degli individui ha portato al loro aumento negli anni e con essi anche la necessità crescente di disporre dell’energia elettrica. Questo continuo bisogno di energia ha alimentato uno studio sempre più approfondito dei sistemi di conversione dell’energia. Il risultato è stato quello di progettare impianti diversi migliorandone il rendimento, aumentandone la potenza e utilizzando fonti primarie tra loro diverse. Oggi giorno sia le industrie che le civili abitazione necessitano di energia elettrica, energia termica ed energia frigo.
Un’industria può acquistare l’energia elettrica da chi la produce oppure auto prodursela. L’energia termica e frigo nella maggior parte dei casi si auto produce in loco oppure si sfruttano gli impianti di teleriscaldamento. Per le civili abitazioni l’energia elettrica viene prevalentemente acquistata e l’energia termica e frigo prodotta rispettivamente per mezzo di caldaie a gas naturale o GPL e condizionatori elettrici.
Le grandi industrie che necessitano di grossi quantitativi di energia devono fare i conti con il suo prezzo più delle famiglie o delle piccole aziende. Acquistare energia dai produttori può comportare costi notevoli soprattutto quando i volumi sono enormi. Ribaltare i costi fissi dell’energia sulla produzione può comportare un aumento del prezzo del prodotto finito che si traduce in perdita di competitività nel mercato per l’azienda.
Per abbattere i costi di acquisto dell’energia si può valutare se installare un impianto di autoproduzione e svincolarsi in parte dai produttori veri e propri, quelli con i grandi impianti. Spesso il ricorso alla valutazione di fattibilità viene fatta anche quando le aziende o industrie producono scarti nel ciclo produttivo. Questi invece di essere smaltiti o stoccati in siti ad hoc possono essere utilizzati per produrre energia. Un esempio degli scarti o prodotti sono il gas di discarica, la sansa negli oleifici, le biomasse di un’azienda agricola o gli scarti dei macelli. Il gas che si produce in discarica è di qualità inferiore al gas naturale ma può essere utilizzato per produrre energia elettrica invece di essere bruciato in torcia.
Per valutare la realizzazione di un impianto di auto produzione dell’energia bisogna considerare vari aspetti. Tra i principali: il carico energetico da soddisfare e come questo evolverà nei successivi anni. La tipologia di impianto che meglio sfrutta la risorsa di cui si dispone e con il quale si raggiungono rendimenti della conversione migliori. Determinare in che modo far funzionare l’impianto così che la sua gestione sia la più economica. Quali opere occorre realizzare per auto produrre l’energia e in che modo renderla disponibile alle utenze. Come gestire il surplus di energia prodotta o come fare in caso di mancata copertura delle punte di carico. Occorre considerare quindi molti aspetti e la sottostima o l’esclusione anche di uno di questi potrebbe indurre ad una valutazione sbagliata dell’investimento. L’errore comporterà conseguenze importanti sul piano finanziario ed economico dell’azienda. La valutazione richiede conoscenze pluridisciplinari. Conoscenze tecniche: la tipologia delle macchine che esistono in commercio e il loro funzionamento; come realizzare gli impianti principali e ausiliari a servizio delle macchine. Conoscenze economiche: conoscere gli strumenti che meglio si prestano per analizzare e valutare l’investimento. Conoscenze del mercato elettrico: dal 1999 c’è stato un cambiamento nella logica della commercializzazione dell’energia elettrica. Gli strumenti a disposizione per vendere o acquistare l’energia elettrica sono cambiati.
Se l’impianto da installare dovrà sfruttare le risorse derivate dalla produzione allora la valutazione sarà più semplice. La taglia della macchina sarà scelta sulla base della disponibilità e del tipo di risorsa a disposizione. Poco importa delle curve di carico e del loro possibile sviluppo negli anni seguenti. Occorrerà determinare il costo dell’impianto e i benefici economici che questo comporta all’azienda che utilizza o sfrutta l’energia derivata da una fonte che prima smaltiva come rifiuto. Se l’obiettivo è ridurre i costi energetici occorrerà determinare l’andamento del carico giornaliero e determinare il valore del carico massimo. Con queste informazioni si sceglie la taglia delle macchine da installare. Quando la necessità di energia termica è notevole e viene prodotta con le caldaie, il costo di esercizio potrebbe risultare influente sul bilancio dell’azienda. Per abbattere questo costo si può valutare se un impianto di cogenerazione porta a dei benefici economici. L’impianto di cogenerazione produce l’energia elettrica necessaria e recupera il calore utilizzato nel ciclo di conversione dell’energia. Il punto di forza di questo tipo di impianto è il recupero del calore che diversamente andrebbe perso. Gli usi sono molteplici. Dal calore si può riscaldare l’acqua, produrre vapore oppure energia frigo attraverso gli assorbitori. Gli impianti che producono energia elettrica, termica e frigo sono chiamati impianti di trigenerazione. La produzione in loco dell’energia elettrica comporta un risparmio economico derivante dal mancato o parziale utilizzo della rete nazionale. Si ricorre all’acquisto dell’energia in rete solamente in quei momenti dell’anno in cui l’impianto è fermo per manutenzione. I giorni necessari variano in funzione alle dimensioni dell’impianto. Qualche giorno per impianti piccoli di cogenerazione di potenza dell’ordine delle centinaia di kW fino a quindici venti giorni per impianti di potenza oltre i 10 MW.
