Ipotesi di progetto

L’evoluzione tecnologica in campo energetico riceve ormai la sua spinta principale dalla necessità di nuove forme di efficienza e risparmio. Considerato che nella produzione centralizzata di elettricità si perde una notevole quantità di energia a causa della conversione da fonte primaria e delle inevitabili perdite nella trasmissione e nella distribuzione, un sistema localizzato e diffuso di produzione di energia termica ed elettrica (cogenerazione), può avere un ruolo determinante. In generale, la cogenerazione consente livelli molto elevati di conversione della fonte primaria, con rendimenti superiori al 90%, ed oggi sotto il profilo energetico ed ambientale, è ampiamente riconosciuta ed incentivata. Per sistemi di piccole potenze, appare interessante l’opportunità di realizzare impianti di micro-cogenerazione, dislocati presso piccole utenze in grado di garantire consumi termici adeguati e costanti. Un’interessante novità per la generazione di piccole potenze di energia elettrica e produzione contemporanea di calore proviene dall’azienda neozelandese Whisper Tech che propone il sistema di micro-cogenerazione per ambienti domestici denominato WhisperGen MCHP (Micro Combined Heat and Power). Il sistema assomiglia esteticamente ad una lavastoviglie e per le sue particolari caratteristiche tecniche è silenzioso come qualsiasi altro elettrodomestico. Da qui l’attributo “whisper”, che in inglese significa “sussurro”. Il micro-impianto di cogenerazione è in grado di sviluppare, con un’efficienza del 90%, una potenza elettrica in corrente continua di 1000 W ed una potenza termica da 5,5 a 12 kW per il riscaldamento e la produzione di acqua calda ad uso sanitario. La tecnologia WhisperGen è basata sul concetto del motore Stirling, inventato quasi 200 anni fa (nel 1816) dal reverendo Robert Stirling della Chiesa di Scozia per garantire condizioni di sicurezza nelle miniere di carbonio. Le limitazioni tecniche che finora hanno impedito l’impiego diffuso del motore Stirling, sono state superate da un gruppo di ingegneri neozelandesi che, circa 10 anni fa sono riusciti a realizzare un motore Stirling affidabile e adatto ad impieghi diffusi. L’autonomia del sistema è controllata da un microprocessore che regola la carica delle batterie, l’apporto di acqua calda, l’avviamento e lo spegnimento del sistema.Il modello WhisperGen che prenderemo in analisi è, in particolare il “ MkV AC Gas fired”, il quale è specificatamente adatto ed indicato per un uso domestico, soprattutto a causa del quantitativo di energia che produce e delle sue dimensioni relativamente ridotte. Tale modello, permette la generazione combinata di acque calde e di energia elettrica, dunque, almeno dal punto di vista del riscaldamento, rende un'abitazione indipendente. Nella Figura 3 si può vedere l'insieme dei componenti interni del macchinario, dei quali forniamo ora una breve descrizione:
1. Generatore elettrico: produce corrente a 220 -240 V
2. Motore di Stirling che fornisce il movimento necessario per azionare il generatore
3. Bruciatore di gas per dare energia al motore di Stirling sotto forma di calore
4. Scambiatore di calore che recupera calore dai gas caldi prodotti dal bruciatore
5. Bruciatore ausiliario che genera calore nei momenti in cui la richiesta è molto elevata
6. Valvola per i gas di scarico che fornisce gas di combustione al bruciatore e libera i gas di scarto nell'atmosfera.
Tale tipo di impianto è alimentato a gas metano, il quale viene regolarmente fornito alle abitazioni tramite tubi interrati, dunque non vi è alcun problema nel reperire il combustibile per tale cogeneratore. Per quanto riguarda il sistema idraulico, anche in questo caso non vi sono problemi, dato che ogni casa ne è provvista ed è sufficiente collegare le tubature preesistenti all'impianto di cogenerazione. Nella Figura 4 è consultabile uno schema semplificato che descrive il funzionamento del sistema sviluppato dalla Whisper Tech.
Tale sistema ha caratteristiche notevoli, infatti è il risultato di una ricerca durata molti anni, la quale ha portato all'ottenimento del massimo (per ora) rendimento sviluppabile da un combustibile. Di seguito si possono leggere le caratteristiche del modello in analisi:

Motore: 4 cilindri, 2 cicli di Stirling simultanei
Output di energia elettrica: fino a 1000 W
Output termico: minimo 5.5 kW, massimo 12 kW
Combustibile: CH4 (gas metano)Massimi m3 di gas bruciati in un'ora: 1,55 m3