L'intervento di Fabio Minchio dedicato alla cogenerazione ad alto rendimento con un focus sulle opportunità per le PMI e la PA e agli aggiornamenti normativi, ai benefici e alle criticità

1. L'energia termica nelle microreti: opportunità per le imprese e la PA
“Cogenerazione ad alto rendimento: opportunità per le PMI e la PA,
aggiornamenti normativi, benefici e criticità”
Ing. Fabio Minchio, EGE certificato civile ed industriale, CMVP, PMVA
2 dicembre 2022

2. Richiami fondamentali sulla cogenerazione

3. Motori a combustione interna
Tecnologie e combustibili
Alternativi a ciclo Otto
Alternativi a ciclo Diesel
Turbine a gas
Cicli combinati
Cicli a vapore a contropressione
Motori a combustione esterna Cicli a vapore a condensazione e
spillamento
Celle a combustibile
Motori Stirling
Cicli ORC

4. Motori alternativi a c.i.

5. Tali motori primi coprono la fascia della micro e medio-bassa cogenerazione e
possono essere classificati innanzitutto secondo il ciclo termodinamico:
• motori a ciclo Otto a gas ad accensione comandata (per potenze da 15 kWe fino a
qualche MWe);
• motori diesel ad accensione spontanea (per potenze superiori alle precedenti ma
comunque inferiori ai 20 MWe).
Entrambe le tipologie di motori presentano comunque gli stessi vantaggi e svantaggi
rispetto ad altre tecnologie di cogenerazione e che si possono così riassumere:
• un rendimento elettrico elevato, generalmente superiore al 30% e che può superare
il 40% nelle potenze maggiori (solo nel caso di piccolissime taglie il rendimento si
attesta sul 26-27%);
• un rendimento globale elevato, generalmente superiore all’80%;
Cogenerazione: motori alternativi a c.i.

6. • una elevata elasticità di servizio, che permette di ridurre la potenza erogata agendo sulla portata
di combustibile. La parzializzazione permette di inseguire le richieste del carico evitando lo
spegnimento del motore ed è permessa fino al 40-50% del carico nominale; generalmente il
rendimento elettrico diminuisce con motore parzializzato, poiché quest’ultimo è dimensionato per
dare la massima coppia all’albero nelle condizioni di pieno carico.
Per contro, il rendimento termico aumenta, in quanto la stessa energia termica recuperata dai
fumi e dal raffreddamento del motore è disponibile con un consumo inferiore di combustibile;
• una elevata rumorosità intrinseca, dovuta agli scoppi della miscela nelle camere di combustione,
agli organi in movimento nel motore ed alla turbolenza dei fumi di scarico. Per questo sono
necessari dei silenziatori posti a monte degli scambiatori dei fumi e sui condotti di scarico; inoltre
ogni singolo motore o l’intero impianto devono essere racchiusi da cabine insonorizzanti che
abbattano il livello di intensità sonora nelle immediate vicinanze dell’edificio;
• non sono trascurabili poi le emissioni inquinanti, specie per quel che riguarda gli NOx, riducibili
solo con una attenta progettazione e costi d’investimento sostenuti in sistemi di abbattimento.
Cogenerazione: motori alternativi a c.i.

7. La potenza termica prodotta dai motori alternativi per la cogenerazione deriva dal recupero del
calore su due livelli termici:
- un recupero ad alto livello termico dai gas di scarico, che vengono tipicamente raffreddati da 400-
500°C a circa 200 °C, fornendo la possibilità di generare vapore surriscaldato (vapore a 6 o 10 bar
con portate variabili da 200 a oltre 1000 kg/h a seconda del modello) oppure l’equivalente, in
termini energetici, in acqua surriscaldata. Tale recupero avviene con una quota variabile, a seconda
dei modelli, dal 40% al 60% del totale calore recuperato;
- un recupero a livello inferiore, tipicamente dall’acqua di raffreddamento dei cilindri e dall’olio
lubrificante, per innalzare la temperatura del circuito acqua calda fino ad 85-95°C.
Cogenerazione: motori alternativi a c.i.

8. Cogenerazione: motore 236 kWe

9. Microturbine

10. Cogenerazione: microturbine a gas
Si tratta di una turbina a gas ma a geometria radiale non
assiale.
Opera ad elevato numero di giri con raddrizzatore ed
inverter
Adatta ad impianti di potenza elettrica bassa o media
(max 200 kWe con impianti modulabili come multipli x200
kW)
Può realizzare configurazioni con post-combustione

11. Cogenerazione: microturbine a gas
Campanari, 2013

12. L’applicazione della cogenerazione in alcuni contesti trova un rilevante ostacolo nel
fatto che il numero di ore annue di impiego del calore prodotto è limitato.
E’ dunque auspicabile l’impiego di dispositivi in grado di sfruttare tale energia termica a
media o alta temperatura per produrre energia frigorifera utilizzabile nei mesi estivi per
la climatizzazione degli ambienti (CHCP, Combined Heat, Cool and Power).
Trigenerazione

13. Valutazione efficienza: indice PES
La «nuova» definizione di cogenerazione
La normativa relativa agli impianti di cogenerazione ha subito recentemente, nell’autunno del
2011, importanti cambiamenti. I provvedimenti di riferimento da citare in proposito sono:
• il D.M. 4 agosto 2011, modalità di riconoscimento della cogenerazione ad alto rendimento
(CAR);
• il D.M. 5 settembre 2011, nuovo regime di incentivazione della cogenerazione;
• Regolamento delegato UE 2015/2402, che aggiorna i parametri di calcolo
I due Decreti citati costituiscono l’attuazione del D.lgs 8 febbraio 2007 n. 20 “Attuazione della
direttiva 2004/8/CE sulla promozione della cogenerazione basata su una domanda di calore
utile nel mercato interno dell'energia, nonchè modifica alla direttiva 92/42/CEE”.

14. Valutazione efficienza: indice PES
La nuova definizione di cogenerazione
I due Decreti hanno finalità diverse:
• il D.M. 4 agosto 2011 introduce i nuovi criteri per determinare se un impianto di
cogenerazione rispetta i requisiti stabiliti dalla nuova definizione di CAR in sostituzione dei
criteri in vigore fino alla fine del 2010 definiti dalla Del. 42/02 e s.m.i.;
• il D.M. 5 settembre 2011 introduce invece i criteri che stabiliscono l’assegnazione dei
certificati bianchi (titoli di efficienza energetica), nuovo meccanismo di incentivazione a
sostegno degli impianti CAR atteso da moltissimo tempo.
Il regolamento delegato UE 2015/2402 ha aggiornato alcuni parametri di calcolo, importanti
nella determinazione del PES nell’ambito dell’applicazione del D.M. 4 agosto 2011, applicati a
tutti gli impianti a partire dall’anno 2016

15. Valutazione efficienza: indice PES
Legislazione ulteriore
Sono di grande rilevanza in questo ambito inoltre:
• Il Testo Unico Accise, che disciplina le esenzioni/riduzioni di accisa previste per la
cogenerazione
• le disposizioni del TISSPC (Testo Integrato dei Sistemi di Semplice Produzione e Consumo)
che definisce le tipologie di configurazioni ammissibili dal punto di vista della relazione
produttore-cliente consumatore
• Il TICA (Testo Integrato Connessioni), che disciplina le procedure di connessione alla rete
con obbligo di connessione di terzi (che fa inoltre riferimento alle norme tecniche CEI 0-21
(bT) e CEI 0-16 (MT))

16. Valutazione efficienza: indice PES
Legislazione ulteriore
Dal punto di vista pratico infine, due Linee Guida sono fondamentali per il calcolo e la
valutazione delle diverse configurazioni
• “Linee Guida per l’applicazione del Decreto del Ministero dello Sviluppo Economico 5
settembre 2011 – Cogenerazione ad Alto Rendimento (CAR)” (di seguito Linee Guida),
redatte dal Ministero dello Sviluppo Economico, hanno lo scopo di esemplificare i metodi di
calcolo delle grandezze rilevanti ai fini del riconoscimento CAR e dell’accesso al
meccanismo dei Certificati Bianchi ai sensi del DM 5 settembre 2011
• Guida alla Cogenerazione ad Alto Rendimento – CAR, pubblicata dal GSE

17. Valutazione efficienza: indice PES
La nuova definizione di cogenerazione
Il Decreto n. 20 ha di fatto recepito la direttiva europea sulla promozione della cogenerazione che ha
introdotto importanti modifiche relativamente alla definizione di Cogenerazione ad Alto Rendimento
(CAR).
Innanzitutto è opportuno ricordare le definizioni di piccola e micro-cogenerazione:
• unità di piccola cogenerazione: un'unita' di cogenerazione con una capacità di generazione installata
inferiore a 1 MWe;
• unità di microcogenerazione: un'unita' di cogenerazione con una capacità di generazione massima
inferiore a 50 kWe.
• Va posta attenzione alla definizione di capacità di generazione, variabile diversa rispetto alla potenza
elettrica nominale

18. Valutazione efficienza: indice PES
Il risparmio di energia primaria PES (Primary Energy Saving) fornito dalla
produzione mediante cogenerazione è calcolato secondo la seguente formula:
• CHP Hη è il rendimento termico della produzione mediante cogenerazione, definito come la
quantità annua di calore utile divisa per l’ energia contenuta nell’ intero combustibile di
alimentazione, impiegato per produrre sia il calore utile che l'energia elettrica da cogenerazione.
• Ref Hη è il valore di rendimento di riferimento per la produzione separata di calore.
• CHP Eη è il rendimento elettrico della produzione mediante cogenerazione, definito come
energia elettrica annua da cogenerazione divisa per l’ energia contenuta nell’ intero combustibile
di alimentazione, impiegato per produrre sia il calore utile che l'energia elettrica da
cogenerazione.
• Ref Eη è il valore di rendimento di riferimento per la produzione separata di energia elettrica

19. Valutazione efficienza: indice PES
I valori di rendimento di riferimento per la produzione separata di energia elettrica e di
calore sono definiti negli allegati del Regolamento 2015/2402 in funzione del combustibile
utilizzato dal cogeneratore.
Al valore di rendimento di riferimento per la produzione separata di energia elettrica si
applicano i fattori di correzione per le condizioni climatiche; il valore risultante è rettificato
con i fattori di correzione per le perdite evitate sulla rete.
La cogenerazione ad alto rendimento risponde ai seguenti due criteri:
• la produzione mediante cogenerazione delle unità di cogenerazione fornisce un risparmio
di energia primaria pari almeno al 10 %;
• la produzione mediante unità di piccola cogenerazione e di microcogenerazione che
forniscono un risparmio di energia primaria (di qualsiasi entità) è assimilata alla
cogenerazione ad alto rendimento.

20. CAR: semplificazione microcogenerazione
Per le unità di microcogenerazione è ammesso l’utilizzo di dati
«certificati», che consentono per altro l’accesso a un regime
semplificato di rendicontazione
Va tuttavia considerato che per ottenere la defiscalizzazione sul
combustibile è necessaria comunque una misura effettiva del
combustibile e dell’energia elettrica prodotta ed immessa (già per
altro previste in ambito connessioni elettriche).

21. Il regime di incentivazione
Il Decreto 05/09/2011 chiarisce che le unità di cogenerazione entrate in esercizio dal 1 gennaio 2011 sono
considerate CAR (Cogenerazione Alto Rendimento) se rispondono ai requisiti appena descritti.
Le unità CAR hanno diritto al rilascio dei certificati bianchi (x 10 anni o 15 anni in caso di tlr), in numero
commisurato al risparmio di energia primaria RISP realizzato nell’anno moltiplicato per un coefficiente K
funzione della potenza elettrica, calcolato come segue:
• RISP è il risparmio di energia primaria [MWh] nell’anno solare
• ECHP è l’energia elettrica [MWh] prodotta in cogenerazione nell’anno solare
• HCHP è l’energia termica utile [MWh] prodotta in cogenerazione nell’anno solare
• hE,RIF è il rendimento medio convenzionale del parco di produzione elettrica italiano, assunto pari a
0,46, corretto in funzione della tensione di allacciamento, della quantità di energia auto-consumata e
della quantità di energia immessa in rete.
• hT,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 e pari a 0,9 nel caso di produzione di vapore/acqua
calda
• FCHP è l’energia del combustibile [MWh] consumata in cogenerazione nell’anno solare

22. Il regime di incentivazione: coefficient K
Il calcolo del coefficiente K è determinato in funzione non della capacità di generazione ma della potenza
elettrica media erogata dall’unità
Nel caso di rifacimenti il valore di K è sempre uguale ad 1
Il calcolo si effettua ad «aliquota» progressiva

23. Il regime di incentivazione
La remunerazione dei certificati bianchi può avvenire, valutando anno per anno:
• Vendita sul mercato GME
• Cessione al GSE a cifra determinata dall’anno di entrata in esercizio e a valore pari per tutti
10 anni i dieci o quindici anni è pari al contributo tariffario in vigore nell’anno di entrata in
esercizio del cogeneratore. Il titolare del progetto deve comunicare annualmente se per i
titoli ricevuti nell’anno intenda avversi del ritiro o preferisca operare sul mercato.
L’incentivo è cumulabile con:
• fondi di garanzia e di rotazione;
• altri incentivi pubblici in conto capitale fino al 40%, 30% e 20% dell’investimento
rispettivamente per potenze fino a 200 kWe, 1MWe e superiori;
• detassazione del reddito d’impresa degli investimenti in macchinari e apparecchiature;
• regimi per SEU e RIU, scambio sul posto ed esenzione certificati verdi.

24. Il regime di incentivazione
Di Santo, FIRE, 2018

25. Detrazione fiscale microcogenerazione

26. Agenzia Dogane
L’installazione di un impianto di cogenerazione comporta l’apertura di un’officina elettrica con
la presentazione dell’apposita denuncia all’Agenzia Dogane competente.
Tutta l’energia elettrica autoconsumata è soggetta ad accisa sull’autoconsumo, esattamente
pari a quella che si versa sull’energia prelevata tramite la fatturazione.
E’ quindi necessario ottemperare a:
• Adempimenti iniziali (Denuncia di Officina…)
• Taratura misuratori triennale
• Adempimenti annuali:
– versamento diritto di licenza entro il 16 dicembre
– dichiarazione di consumo entro il 31 marzo
– pagamento rate mensile
– invio mensile Allegato G per defiscalizzazione gas naturale al fornitore di gas naturale ed in copia all’Agenzia
Dogane

27. Defiscalizzazione gas naturale
Il gas naturale impiegato per cogenerazione ha diritto alla defiscalizzazione per la
quota parte che garantisce un determinato livello di efficienza:
• Quota defiscalizzata: 0.22 Sm3/kWh elettrico prodotto (con la legge di bilancio 2018
modificato in modo definitivo il Testo Unico Accise)
• Accisa ridotta corrisponde:
– Per l’energia prodotta e autoconsumata: 30% dell’accisa prevista per il gas naturale impiegato
nella produzione di energia elettrica
– Per l’energia prodotta ed immessa in rete all’accisa prevista per il gas naturale impiegato nella
produzione di energia elettrica
Per ottenere la defiscalizzazione sul gas naturale consumato va presentata apposita
istanza all’Agenzia Dogane.
In ambito industriale la differenza è comunque modesta visto che il gas naturale
gode già di accisa industriale, tuttavia si tratta di un beneficio facilmente ottenibile.

28. Esempi applicazioni: casa di riposo
CASA DI RIPOSO
• Casa di riposo allacciata alla rete di teleriscaldamento, obiettivo inserire
un cogeneratore per copertura del carico di acqua calda sanitaria
fascia diurna (kWh) fascia notturna (kWh) totale (kWh)Potenza termica media (kW)
01/01/2018 31/01/2018 46.450,00 9.560,00 56.010,00 75,3
01/02/2018 28/02/2018 34.820,00 7.260,00 42.080,00 62,6
01/03/2018 30/03/2018 40.390,00 8.310,00 48.700,00 65,5
01/04/2018 30/04/2018 30.270,00 6.070,00 36.340,00 50,5
01/05/2018 31/05/2018 28.670,00 5.640,00 34.310,00 46,1
01/06/2018 30/06/2018 25.120,00 4.930,00 30.050,00 41,7
01/07/2018 17/07/2018 28.120,00 6.150,00 34.270,00 46,1
01/08/2018 31/08/2018 24.210,00 5.250,00 29.460,00 39,6
01/09/2018 30/09/2017 28.760,00 5.980,00 34.740,00 48,3
01/10/2018 31/10/2017 31.450,00 6.480,00 37.930,00 51,0
01/11/2018 30/11/2017 31.660,00 6.620,00 38.280,00 53,2
01/12/2018 31/12/2017 32470 6130 38600 51,9
TOTALE 382.390,00 78.380,00 460.770,00
ACS

29. Esempi applicazioni: casa di riposo
CASA DI RIPOSO
• Si ipotizza un motore in inseguimento termico che con opportuno
volume d’accumulo lavori con continuità giornaliera: scelta di un motore
a c.i. con potenza termica circa 40 kWt
• Esercizio per molte ore, potenza elettrica al massimo 20 kWe
Ore 7778
Potenza termica (kW) 39,5
Potenza elettrica (kWe) 20
Potenza primaria (kW) 64,4
Rendimento elettrico 31%
Rendimento termico 61%

30. Esempi applicazioni: casa di riposo
CASA DI RIPOSO
Energia termica utile recuperata (Hchp) 291,87 MWh/anno
Ore utilizzo impianto 7778 h/anno
Energia elettrica lorda prodotta 155560 kWh/anno
Energia elettrica consumata 155560 kWh/anno
Energia elettrica ceduta in rete 0 kWh/anno
% energia elettrica autoconsumata 100,00% %
Energia primaria combustibile in ingresso 500903 kWh
Rendimento di produzione elettrico lordo 31% %
Rendimento globale ƞglobale 89,32% %
CHPHƞ - rendimento termico cogenerativo 58%
CHPEƞ - rendimento elettrico cogenerativo 31%
ƞHrif (Allegato V D.M. 4 agosto 2011 - Gas Naturale Motore a Comb Interna, agg. Reg 2015/2402) 92%
fattore correttivo temperatura rend. Elettrico 0,369%
fattore corretivo livello tensione energia autoconsumata (BT, agg. Reg 2015/2402) 0,851
fattore correttivo livello tensione energia immessa in rete (BT,agg. Reg 2015/2402) 0,888
rendimento di riferimento di base (All, IV D.M. 4 agosto 2011 - Gas Naturale Motore a Comb Interna agg. Reg 2015/2402)
53,00%
ƞErif (Allegato IV D.M. 4 agosto 2011 - Gas Naturale Motore a Comb Interna agg. Reg 2015/2402) 45,42%
ƞErif (per calcolo CB) 39,15%
PES 24,1%
RISP 213,73 MWh
k 1,4
CB 26 tep

31. Esempi applicazioni: casa di riposo
CASA DI RIPOSO
DATI FUNZIONAMENTO ANNUALE
PCI gas 9,6 kWh/Sm3
Rendimento generatore di calore esistente 85,00%
Risparmio annuo energia termica 291869 kWh
Risparmio annuo energia primaria CT 343376 kWh
Gas naturale non più impiegato in CT 35768,31495 Sm3
Gas naturale consumato dal cogeneratore 52231,82 Sm3
Energia elettrica autoconsumata 155560 kWh
Energia elettrica ceduta alla rete 0 kWh
Costo gas naturale 1,10 € €/Sm3
Costo energia elettrica 0,35 €/kWh
Ricavi da cessione in rete 0,1 €/kWh
Costo energia termica tlr 0,120 €/kWh
VOCI RICAVO 89.470,33
€
Risparmio annuo energia termica 35.024,33
€
Risparmio annuo energia elettrica 54.446,00
€
Ricavi eccedenza energia elettrica -
€
VOCI COSTO 30.427,00
€
Costo gas naturale impiegato 24.755,55
€
Costi manutenzione 3.889,00
€
Accise energia elettrica autoconsumata 1.782,46
€
Oneri di sistema SEU -
€
Costi gestione tecnica/amministrativa -
€
FLUSSO DI CASSA NETTO SENZA CB 59.043,33
€
Incasso annuo da CB 5.095,16
€
FLUSSO DI CASSA NETTO CON CB 64.138,49
€
Previsti 30000 Euro manutenzione straordinaria
al 7° anno

32. Esempi applicazioni: casa di riposo
CASA DI RIPOSO Previsti 30000 Euro manutenzione straordinaria
al 7° anno

33. Considerazioni
• Nonostante i prezzi del gas naturale molto elevati, almeno fintanto che i prezzi
dell’energia elettrica restano correlati, la cogenerazione può continuare ad aver
senso se il rendimento globale è molto elevato
• Si tratta di una potenziale opportunità laddove sia possibile garantire la
coperatura di un baseload
• Gli impianti di potenza inferiore ai 200 kW in generale pagano un costo di
realizzazione generalmente elevato