La cogeneración se define como la
producción simultánea de calor útil y energía (electricidad, movimiento,
calor), a partir de un mismo combustible o fuente de energía primaria.
Los combustibles pueden ser de origen fósil, como gas natural,
combustóleo u otras fuentes, o de tipo renovable, como residuos
agrícolas y forestales, biogás e incluso hidrógeno.
El principio fundamental de la
cogeneración es la recuperación del calor residual, producto de la
combustión en una planta generadora de electricidad, el cual, de otra
forma, habría sido liberado al medioambiente, desperdiciando con ello
una importante cantidad de energía todavía disponible. Este
“desperdicio”, en la mayoría de los casos, puede ser utilizado para
diversos fines, como calefacción de espacios o calentamiento de agua,
así como otros procesos térmicos o de refrigeración cercanos a la planta
de cogeneración.
Sólo por el hecho de aprovechar el calor
residual proveniente de la planta generadora de electricidad en otras
aplicaciones térmicas, un proceso de cogeneración usualmente convierte
de 75 a 80 por ciento del combustible en energía útil, mientras que las
plantas más modernas alcanzan 90 por ciento o más.
De aquí surge la importancia de la
cogeneración en el contexto de una política de ahorro y uso eficiente de
la energía, pues, a nivel mundial, la eficiencia promedio en el caso de
plantas de generación tradicionales a base de combustibles fósiles es
de 35 a 37 por ciento de ahorro, mientras que en las de ciclo combinado
se alcanzan eficiencias de poco más del 50 por ciento.
Según el ingeniero Donald Hay, director
General de Tecnología en Sistemas de Refrigeración (Tecsir), los
sistemas de cogeneración más comunes son los de energía eléctrica y los
que utilizan gases de desperdicio de un proceso, para posteriormente
generar vapor. En este sentido, algunos teóricos diferencian la
cogeneración respecto de la trigeneración, acotando que este segundo
concepto es posible cuando existen requerimientos importantes de
refrigeración en las proximidades de una planta de cogeneración. Este
elemento hace factible la implementación de un proyecto de
trigeneración. Los requerimientos de refrigeración pueden incluir
aplicaciones como el procesamiento de alimentos, el acondicionamiento de
aire y la deshumidificación en edificaciones.
La forma tradicional de obtener estos
productos energéticos es por separado: consumir la electricidad de la
red, producir el calor mediante calderas de combustible fósil y el frío a
partir de ciclos de refrigeración por compresión, que consumen energía
eléctrica. Los sistemas de trigeneración y cogeneración poseen ciertas
ventajas económicas y medioambientales respecto de la forma convencional
de generación; entre ellas, un mayor rendimiento térmico global, que
permite el ahorro de energía primaria y la reducción de emisiones.
Cualquier aplicación que durante su
proceso requiera de energía eléctrica, vapor y frío en forma simultánea
tiene la posibilidad de contar con sistemas de trigeneración. Según los
expertos consultados, con este tipo de esquemas se garantiza una
excelente recuperación de la inversión en los proyectos.
De acuerdo con el ingeniero Donald Hay,
“el impacto de la producción de frío o refrigeración en este tipo de
sistemas juega un papel menor respecto de la producción de luz y vapor;
sin embargo, normalmente la producción de frío puede mejorar la
eficiencia energética de un proyecto de cogeneración en 10 y hasta 15
por ciento”, cifra que varía dependiendo de la aplicación.
La tecnología que actualmente existe ha
evolucionado en comparación con la que existía cuando inició el uso de
este tipo de sistemas. Aunado a esta evolución, la cantidad de
oportunidades también ha incrementado, así como el espectro de
aplicaciones en donde se puede encontrar un sistema de trigeneración.
Como fuentes de energía pueden emplearse
combustibles fósiles, energía renovable o calor residual de procesos
industriales. Si la fuente de energía es renovable, permite la
producción de electricidad, calor y frío de forma independiente de la
red eléctrica y del consumo de combustibles fósiles, según datos
técnicos de Cogenera México. Además, esto reduce la dependencia de
factores externos, proporcionando seguridad de suministro e
independencia energética a los usuarios.
Esquemas básicos de sistemas de trigeneración
En otros países, este tipo de sistemas
obtiene su energía primaria de biomasa, energía solar térmica, energía
geotérmica o de la combinación de varias de estas fuentes. De forma
general, una instalación de trigeneración está compuesta por tres
sistemas principales: el sistema de transformación de la energía
primaria, el sistema motriz primario y el sistema de generación de frío.
De acuerdo con el director General de
Tecsir, “un área de oportunidad donde se puede utilizar frío con
sistemas de cogeneración es en sistemas con turbinas de refrigeración de
entrada. Esto es posible en áreas donde la temperatura del aire que
entra por la turbina es alta, pues se puede enfriar dicho aire para
mejorar la producción de la turbina en 10 o 15 por ciento. Cabe decir
que este tipo de sistemas es muy común en la industria petroquímica y
química, pues se requiere agua helada para enfriar varios procesos.
Ahora bien, con la implementación de sistemas de trigeneración se puede,
además, usar el calor de desperdicio y, con un equipo de absorción,
producir agua helada con un costo muy reducido, respecto de un equipo
electromecánico. En este caso, la reducción en los costos energéticos
puede llegar hasta 50 por ciento de ahorro o más”.
Debido
a su alto rendimiento, este tipo de sistemas ofrece una gran reducción
del costo energético de los procesos productivos, sobre todo en los que
se requieren importantes cantidades de calor en forma de vapor o agua
caliente, frío industrial o energía eléctrica
El primer paso hacia la trigeneración
Debido a su alto rendimiento, este tipo
de sistemas ofrece una gran reducción del costo energético de los
procesos productivos, sobre todo en los que se requieren importantes
cantidades de calor en forma de vapor o agua caliente, frío industrial o
energía eléctrica.
Esta tecnología es aplicable al sector
de servicios, donde, además de necesidades de calefacción y agua
caliente, se requieren importantes cantidades de frío para
climatización, factor que consume un gran porcentaje de la demanda
eléctrica. La estacionalidad de estos consumos (calefacción en invierno y
climatización en verano) impediría la normal operación de una planta de
cogeneración clásica.
Si se desea proyectar un sistema de este
tipo, hay que considerar ciertos criterios previos. Según Cogenera
México, en primer lugar se deberá consultar a expertos en el tema, pues
ellos sabrán desarrollarlo y tendrán mayor noción de los equipos que se
pueden usar.
El ingeniero Jáuregui acota que “también
hay muchas empresas fabricantes que se han dedicado a desarrollar
metodologías sobre el tema; sin embargo, las personas que toman las
decisiones en las empresas no están sensibilizadas y los que sí conocen
este tipo de sistemas a veces no se acercan con las personas adecuadas”.
Más tarde, es recomendable que se vean
costos y, como indica el ingeniero Jáuregui, “se depende de tres cosas:
cuánto te cuesta instalar el sistema, cuánto te cuesta el combustible
para operarlo y cuál es el costo de los sustitutos, pues, si vas a
instalar un sistema de enfriamiento, tienes que verificar que sea más
rentable con sistemas de trigeneración; si sucede lo contrario y es más
barato el costo de estos tres parámetros con un sistema convencional, lo
ideal es hacerlo de la segunda manera”, advierte.
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