Cogeneración

 

COGENERACION

Cogeneración, también conocido como calor y electricidad combinados, CHP en inglés, es la producción simultánea de calor y electricidad en un único proceso con una doble salida.

En la generación convencional de electricidad el 35 % de la energía potencial contenida en el combustible se convierte en electricidad mientras que el 65 % se pierde  en forma de calor de deshecho.

La cogeneración utiliza tanto la electricidad como el calor y por ello puede alcanzar una eficiencia del 90%, obteniéndose un ahorro de energía comprendido entre el 15 y el 40 % cuando se compara con la producción separada de electricidad de centrales térmicas y calderas de vapor. La cogeneración así ayuda a economizar los costes de energía, mejora la seguridad en el suministro de energía y crea empleo. ( ver figuras ).

El calor producido por cogeneración puede ser suministrado a través de diversos medios, incluyendo agua caliente ( p.ej. para sistemas de agua caliente y calentamiento de espacios). También es posible realizar trigeneración es decir la producción tanto de electricidad como de calor y frío.(a través de un refrigerador por absorción) en un único proceso. La trigeneración es una opción atractiva cuando se dan procesos con exigencia de refrigeración.

Los esquemas de cogeneración deben seguir de cerca las demandas de  calor y frío e idealmente construidos para satisfacer esta demanda tan eficientemente como sea posible. El surplus de electricidad puede venderse a la Red eléctrica,  u a otro consumidor vía el sistema de distribución.

En los últimos años la cogeneración se ha convertido en una propuesta atractiva y práctica para un amplio abanico de aplicaciones. Se consideran los procesos industriales ( farmacéuticos, papel y cartón, cerámica, ladrillos, cemento, alimentos, textiles, minería, etc.), edificios del sector comercial y público (hoteles, hospitales, centros de ocio, piscinas, universidades, aeropuertos, oficinas, barracones, etc.) e instalaciones de calefacción a nivel de barrio o agrupación residencial.

La tecnología. Se puede aplicar  una serie de tecnologías para cogenerar electricidad y calor.Todos los esquemas de cogeneración incluirán siempre un generador de electricidad y un sistema de recuperación de calor. Son de amplia utilización las siguientes tecnologías:

  • Turbinas  de vapor, utilizan el calor del condensador de vapor
  • Turbinas de gas: Utiliza el calor residual del gas de la chimenea de las turbinas.
  • Máquinas de gas. Es competitivo hasta 5 Mw. El combustible típico es gas natural. Las plantas se suministran en una instalación separada que se puede enchufar directamente al suministro de gas y los sistemas de distribución de calor y electricidad
  • Biodiesel. Similar a las máquinas de gas. La ventaja es un menor aporte de hidrocarburos fósiles y su menor emisión de gases invernadero. Una variante de interés son las plantas de gasificación de madera donde ya astillas o pellets son gasificados en un medio de alta temperatura carente de oxígeno, utiñizando el gas resultante en alimentar la instalación de gas.
  • Ciclo combinado ( turbinas de vapor y de gas), adaptados como CHP
  • Máquinas Diesel y Otto , adaptadas a CHP
  • Plantas nucleares. Se puede aprovechar drenes del vapor resultante de las turbinas de vapor a alta, media y baja presión. Con una instalación de calefacción a 95º se puede extraer 10 Mw de calor por cada Mw de electricidad producido.

Estas tecnologías son fácilmente asequibles, maduras y fiables. Otras tres tecnologías han aparecido recientemente en el mercado o  serán comercializadas dentro de pocos años:

  • Microturbinas
  • Celulas de combustible
  • Máquinas Sterling, el calor se consigue a partir del humo y del radiador. Se utiliza parfa pequeñas instalaciones menores de 5 Kw.

 

Los sistemas de cogeneración se presentan con diferente tamaño, desde una capacidad eléctrica menor de 5 kw ( p.ej. máquinas pequeñas para un solo usuario) hasta 500 MW ( p.ej. en instalaciones de calefacción de barrios o procesos industriales).

La cogeneración puede utilizar una amplia serie de combustibles y las instalaciones individuales pueden diseñarse para utilizar más de un combustible. Corrientemente dominan los combustibles fósiles sólidos y líquidos, surgiendo con ímpetu la cogeneración a partir de biomasa. En ocasiones se utilizan combustibles que de otra manera podrían constituir residuos ( p.ej. gases de refinerías. gases de vertederos, residuos agrícolas y forestales. Su utilización supone incrementar el coste-eficiencia de la cogeneración.

Es de interés los costes asociados a este tipo de instalaciones, aparece en Tabla 1.

 

La Cogeneración en Europa. Ver la Directiva 2004/08/EC.

Existen países con más del 60% de su energía producida a través del a Cogeneración , mientras que otros apenas la utilizan. En su conjunto se obtiene un 11% de su energía. Existe una organización de asesoramiento COGEN Europe.

 

MicroCHP. También llamada recurso de energía distribuida, DER en inglés. Se utiliza en una vivienda o pequeño negocio, en lugar de un quemador sencillo la energía consumida produce calor y electricidad que es consumida in situ o vendida a la red.

Asociado a instalaciones solares fotovoltaicas reduce el desperdicio  de energía y facilita la participación ampliada del sistema fotovoltaico. La última mejora es un sistema de trigeneración ( con calor y frío) y asociado una instalación fotovoltaica.

 

Mini CHP. También DER en inglés. Se da en instalaciones entre 5 y 500 Kw para un edificio o negocio medio.

Para que sea viable debe haber una utilización lo más continuada posible de los sistemas de calor o frío a lo largo del año como hospitales, prisiones, hoteles, piscinas, aeropuertos, bloques de apartamentos, procesos industriales, etc

 

CHP y renovables, una buena combinación.

Para investigar posibles soluciones, debemos comprobar  lo que sucede en Dinamarca, 45% de la producción de energía o bien de Holanda con el 33%. Los operadores de CHP con almacenamiento de calor utilizan la capacidad de almacenamiento de calor para responder a cambios rápidos de demanda en la red eléctrica nivelando el suministro intermitente de las energías renovables. En Europa existe claramente un potencial de demanda de unidades CHP menores de 5 Mw, asociados con acumulación de calor para asegurar una nivelación de servicios y de almacenamiento de energía en la red de electricidad. Además la microCHP (< 50Kw) es particularmente innovadora en Europa y ocupa un lugar en el mercado de gestión de la demanda propuesta tan capaces como para cortar la demanda y añadir energía al suministro cuando aumenta los requerimientos de la red.

CHP es un elemento de eficiencia para la generación de electricidad como es el aislamiento para la construcción: es efectivo sobre todos los combustibles, pero no limita el tipo de combustible utilizado. Además los CHPs pueden modificarse y en lugar de combustibles fósiles pueden cambiar a biocombustibles cuando éstos están disponibles. Como el uso eficiente de recursos bioenergéticos es una prioridad para la EU, utilizando el sistema CHP con combustibles renovables incrementa su sostenibilidad y se identifica de un modo progresivo como el recipiente prioritario para estos combustibles. Las energías renovables y CHP son una buena combinación, tratando tanto los desafíos de la decarbonización como los problemas de estabilidad de la red del sector de transformación de energía.

El caso especial de CHPs  industriales. El CHP en industrias de gran consumo de energía debe seguir las demandas de su huésped industrial, funcionando las 24 horas al día soportándola producción económica de las industrias.  Sin embargo en un mundo donde las energías renovables ofrecen un suministro de electricidad intermitente, el CHP en la industria ofrece la certeza de capacidad continua a la red de electricidad, bajo carbón en el calor a la industria y ahorros de energía a EU como un todo.

El propósito para una Directiva de la Eficiencia energética (EED) y CHP.

Ver figura del consumo total de energía, mostrando el uso final de energía y las pérdidas de transformación, es de 21,000 Twh ( 2008)

Es de interés los diversos archivos Principio de Cogeneración  Cogeenración 1,

Ventajas de Cogeneracióncogeneration[1],

 

 

 

 

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