La cogeneración y la eficiencia energética, que es y como aprovecharla

La cogeneración es una tecnología de bajo consumo que genera electricidad y captura el calor que de otro modo se desperdiciaría para proporcionar energía térmica útil, como vapor o agua caliente, que se puede utilizar para calefacción, refrigeración, agua caliente doméstica y procesos industriales. El cogenerador puede estar ubicado en una instalación o edificio individual, o ser un recurso de energía o servicio público de la ciudad.

La cogeneración se encuentra típicamente en instalaciones donde hay una necesidad de electricidad y energía térmica.

Casi dos tercios de la energía utilizada por la generación de electricidad convencional se desperdicia en forma de calor descargado a la atmósfera. Además se desperdicia energía adicional durante la distribución de electricidad a los usuarios finales.

Al capturar y utilizar el calor que de otro modo se desperdiciaría, y al evitar las pérdidas de distribución, la cogeneración puede lograr eficiencias de más del 80 por ciento, en comparación con el 50 por ciento para las tecnologías típicas (es decir, la generación de electricidad convencional y una caldera in situ).

Índice

Configuraciones

Las dos configuraciones más comunes para un sistema de cogeneración son:

Una turbina de combustión o motor alternativo con una unidad de recuperación de calor.
Una caldera de vapor con una turbina de vapor.

Turbina o motor alternativo con recuperador de calor

Los sistemas de cogeneración de turbinas de combustión o motores alternativos queman combustible (gas natural, aceite o biogás) para girar los generadores para producir electricidad y utilizar dispositivos de recuperación de calor para capturar el calor de la turbina o el motor. Este calor se convierte en energía térmica útil, generalmente en forma de vapor o agua caliente.

Caldera de vapor con turbina de vapor

Con las turbinas de vapor, el proceso comienza produciendo vapor en una caldera. El vapor se utiliza entonces para girar una turbina para ejecutar un generador para producir electricidad. El vapor que sale de la turbina se puede utilizar para producir energía térmica útil. Estos sistemas pueden utilizar una variedad de combustibles, como gas natural, petróleo, biomasa y carbón.

Aplicaciones de la cogeneración

Los edificios e instalaciones donde se pueden usar los sistemas de cogeneración son muy amplios:

Edificios comerciales: edificios de oficinas, hoteles, clubes de salud, residencias de ancianos.
Residencial: cooperativas, apartamentos, urbanizaciones.
Instituciones: colegios y universidades, hospitales, prisiones, bases militares.
Municipal: sistemas de energía de distrito, instalaciones de tratamiento de aguas residuales, edificios públicos.
Industrias: químicos, refinados, etanol, pulpa y papel, procesamiento de alimentos, fabricación de vidrio.

Beneficios

La cogeneración ofrece una serie de beneficios en comparación con la electricidad convencional y la producción de energía térmica, incluyendo:

Eficiencia: Requiere menos combustible para producir una salida de energía determinada y evita las pérdidas de transmisión y distribución que se producen cuando la electricidad viaja a través de las líneas eléctricas.
Ambientales: Debido a que se quema menos combustible para producir cada unidad de producción de energía y porque se evitan las pérdidas de transmisión y distribución, el CHP reduce las emisiones de gases de efecto invernadero y otros contaminantes del aire.
Económicos: Puede ahorrar mucho dinero a las instalaciones en sus facturas de energía debido a su alta eficiencia, y puede proporcionar una cobertura contra los aumentos de costos de electricidad.
Fiabilidad: Un servicio de electricidad poco fiable representa un riesgo cuantificable en empresas, su seguridad y la salud de los usuarios. La cogeneración es un recurso de generación in situ y se puede diseñar para apoyar las operaciones continuas en caso de un desastre o interrupción de la red al continuar proporcionando electricidad confiable.

Eficiencia

La eficiencia media de las centrales eléctricas alimentadas con combustibles fósiles es del 33 por ciento. Esto significa que dos tercios de la energía utilizada para producir electricidad en la mayoría de las centrales eléctricas se desperdicia en forma de calor descargado a la atmósfera.

Al recuperar este calor desperdiciado, los sistemas de cogeneración suelen lograr eficiencias totales del sistema de 60 a 80 por ciento para producir electricidad y energía térmica útil. Algunos sistemas alcanzan eficiencias que se acercan al 90 por ciento.

La siguiente ilustración muestra las ganancias de eficiencia de un sistema cogeneración de turbina de combustión de gas natural de 5 megavatios (MW) en comparación con la producción convencional de electricidad y energía térmica útil (es decir, electricidad de red comprada y energía térmica de una caldera in situ).

Este es un ejemplo de un sistema de cogeneración típico. Para producir 75 unidades de electricidad y energía térmica útil, el sistema convencional utiliza 147 unidades de combustible para la producción de electricidad y 56 para producir energía térmica útil, lo que resulta en una eficiencia general del 51 por ciento. Sin embargo, el sistema de cogeneración necesita sólo 100 unidades de insumos de energía para producir las 75 unidades de electricidad y energía térmica útil, lo que resulta en una eficiencia total del sistema del 75 por ciento.

La eficiencia de un sistema de cogeneración depende de la tecnología utilizada y del diseño del sistema. Las cinco fuentes de alimentación más comúnmente instaladas ofrecen estas eficiencias:
Turbina de vapor: 80 por ciento
Motor alternativo: 75-80 por ciento
Turbina de combustión: 65-70 por ciento
Microturbina: 60-70 por ciento
Célula de combustible: 55-80 por ciento

Pérdidas de transmisión y distribución evitadas

Al producir electricidad in situ, un sistema cogenerativo también evita las pérdidas de transmisión y distribución que se producen cuando la electricidad viaja a través de las líneas eléctricas.

Dentro de las redes eléctricas de Usa, se estima que las pérdidas promedio de varían de 4.23 por ciento a 5.35 por ciento, con un promedio nacional de 4.48 por ciento (Fuente: Emissions & Generation Resource Integrated Database [eGRID]).

Las pérdidas pueden ser aún más altas cuando las redes aéreas están tensas y las temperaturas son altas.

Al evitar las pérdidas de transmisión y distribución asociadas con el suministro de electricidad convencional, la reduce aún más el uso de combustible, ayuda a evitar la necesidad de nuevas infraestructura de redes eléctricas y alivia la congestión de la red cuando la demanda de electricidad es alta.

Ambientales

Los sistemas ofrecen considerables beneficios ambientales en comparación con la electricidad comprada y la energía térmica producida en el lugar. Al capturar y utilizar calor que de otro modo se desperdiciaría de la producción de electricidad, los sistemas CHP requieren menos combustible para producir la misma cantidad de energía.

Debido a que se quema menos combustible, las emisiones de gases de efecto invernadero, como el dióxido de carbono (CO2), así como otros contaminantes del aire como los óxidos de nitrógeno (NOx) y el dióxido de azufre (SO2), se reducen.

El siguiente diagrama muestra la magnitud de las emisiones reducidas de CO2 de un sistema de cogeneración de gas natural de 5 megavatios (MW) en comparación con la misma producción de energía de fuentes convencionales.

Este diagrama ilustra la producción de emisiones de CO2 de la electricidad y la generación útil de energía térmica para dos sistemas: 1) una planta de energía alimentada con combustibles fósiles y una caldera de gas natural; y (2) un sistema de cogeneración de turbina de combustión de 5 megavatios alimentado por gas natural. El sistema de calor y potencia independiente emite un total de 45 kilotones de CO2 al año (13 kilotones de la caldera y 32 kilotones de la planta de energía), mientras que el sistema de cogeneración, con su mayor eficiencia, emite 23 kilotones de CO2 al año.

Económicos

La cogeneración puede ofrecer una variedad de beneficios económicos, incluyendo:

Reducción de los costes energéticos: reduce las facturas de energía debido a su alta eficiencia. Mediante el uso de la tecnología de recuperación de calor residual para capturar el calor desperdiciado asociado con la producción de electricidad, los sistemas cogenerativos suelen lograr eficiencias totales del sistema de 60 a 80 por ciento, en comparación con el 50 por ciento para las tecnologías convencionales (es decir, electricidad y una caldera en el lugar). Básicamente se necesita menos combustible para una unidad dada de producción de energía. Además, debido a que esta tecnología suelen utilizar gas natural, que a menudo es más barato que la electricidad comprada, el puede ayudar a reducir las facturas de electricidad. Las facturas se reducen aún más porque la producción reduce las compras de electricidad.
Costos evitados: Estos sistemas pueden reducir el costo de reemplazar el equipo de calefacción.
Protección: A través de la generación in situ y la mejora de la confiabilidad, puede permitir que las instalaciones continúen operando en caso de un desastre o una interrupción de la electricidad suministrada por la red.
Menos aumento de la tarifa de electricidad: Debido a que se compra menos electricidad en la red, las instalaciones tienen menos exposición a los aumentos de tarifa. Además, se puede configurar un sistema para que funcione en una variedad de tipos de combustible, como gas natural, biogás, carbón y biomasa; por lo tanto, una instalación podría construir en capacidades de conmutación de combustible para cubrircontra los altos precios de los combustibles.