INTRODUCCIÓN
Los sistemas de cogeneración son sistemas de producción conjunta y simultánea de electricidad (o energía mecánica) y de energía térmica útil (calor) partiendo de un único combustible. El gas natural es la energía primaria más utilizada para el funcionamiento de las centrales de cogeneración de electricidad y calor, las cuales funcionan con turbinas o motores de gas. No obstante, también se pueden utilizar fuentes de energía renovables y residuos como biomasa.
En un proceso de cogeneración, el calor se presenta en forma de vapor de agua a alta presión o en forma de agua caliente. Por ejemplo, se puede utilizar el vapor caliente que sale de una turbina de producción de energía eléctrica, para suministrar energía para otros usos. Hasta hace poco lo usual era dejar que el vapor se enfriara, pero con esta técnica, con el calor que le queda al vapor se calienta agua para distintos usos.
El aprovechamiento del calor residual, los sistemas de cogeneración presentan rendimientos globales del orden del 85%, lo que implica que el aprovechamiento simultáneo de electricidad y calor favorezca la obtención de elevados índices de ahorro energético, así como una disminución importante de la factura energética, sin alterar el proceso productivo, ahorro energético que se incrementa notablemente si se utilizan energías residuales.
En una central eléctrica tradicional los humos salen directamente por la chimenea, mientras que en una planta de cogeneración los gases de escape se enfrían transmitiendo su energía a un circuito de agua caliente/vapor. Una vez enfriados los gases de escape pasan a la chimenea.
Las centrales de cogeneración de electricidad-calor pueden alcanzar un rendimiento energético del orden del 90%. El procedimiento es más ecológico, ya que durante la combustión el gas natural libera menos dióxido de carbono (CO2) y óxido de nitrógeno (NOX) que el petróleo o el carbón. El desarrollo de la cogeneración podría evitar la emisión de 127 millones de toneladas de CO2 en la UE en 2010 et de 258 millones de toneladas en 2020, ayudando a cumplir los objetivos fijados en el Protocolo de Kioto.
La trigeneración se basa en la producción conjunta de calor, electricidad y frío.
Una planta de trigeneración es similar a una de cogeneración, a la que se le ha añadido un sistema de absorción para la producción de frío. No obstante existen una serie de diferencias.
La trigeneración, permite a la cogeneración, que inicialmente, no era posible en centros que no consumieran calor, acceder a centros que precisen frío que se produzca con electricidad. Facilita a la industria del sector alimentario ser cogeneradores potenciales. Asimismo, permite la utilización de cogeneración en el sector terciario (hoteles, hospitales, etc.) donde además de calor se requiere frío para climatización, y que debido a la estacionalidad de estos consumos (calor en invierno, frío en verano) impedía la normal operación de una planta de cogeneración clásica.
MICROCOGENERACIÓN
Se trata de equipos que funcionan típicamente como elementos generadores de calor, dotando de agua caliente sanitaria (ACS) y calefacción a edificios; es decir funcionan como calderas convencionales.
Pero a diferencia de una caldera convencional, estos sistemas generan electricidad junto con el calor con una eficiencia muy buena, además también ayudan a ahorrar combustible, disminuyendo las emisiones de gases de efecto invernadero y reduciendo costes en electricidad. Su reducido tamaño, equivalente al tamaño de un lavavajillas, permite una fácil instalación en el hogar.
La mayoría de los equipos funcionan paralelamente a la red eléctrica, pero también pueden inyectar electricidad a la red. El calor generado se usa para producir calefacción y ACS (Agua Caliente Sanitaria), pudiendo incluso ser usados para refrigerar.
Esta tecnología, que permite el ahorro energético, se la puede considerar como una tecnología de transición hacia un futuro de hidrógeno. De hecho algunos de los modelos que se están planteando utilizan el combustible, gas por ejemplo, incluyéndose en el proceso la producción de hidrógeno que alimente una pila de combustible.
El sistema se basa en el denominado Ciclo de Stirling. Se aprovecha el calor de la combustión para producir energía mecánica.
Ciclo de Stirling. Diagrama P-V
El ciclo teórico de Stirling consta de las 4 etapas: 2 transformaciones isócoras en las que el gas de trabajo pasa a través de un regenerador absorbiendo o cediendo calor, y 2 transformaciones isotermas, en las que el gas está en contacto con una fuente caliente o una fría, a Tc y a Tf respectivamente.
Lo más destacado de este proceso es el rendimiento teórico que se llega a alcanzar. Es más, si suponemos Gas Ideal el rendimiento máximo es el del ciclo de Carnot.
VENTAJAS DE LA MICROCOGENERACIÓN
Los consumidores ya no son meros receptores de la energía, sino productores y hasta comercializadores. La generación se realiza en el propio lugar de consumo o en puntos próximos y, por ello, se aprovecha más energía. En España, se estima que más del 10% de la electricidad producida por el sistema convencional se pierde en su transporte y distribución. El Real Decreto 661/2007 regula la venta a la red, en régimen especial, de la electricidad microcogenerada.
La rentabilidad de estos sistemas es importante. Según una empresa instaladora de microcogeneración, los ocho euros diarios que podría costar la producción de agua caliente para una pequeña comunidad con un sistema convencional podrían pasar a 4,1 euros con la microcogeneración. Los responsables de esta empresa aseguran que empiezan a ser rentables a partir de comunidades de 30 viviendas. Las instituciones ofrecen subvenciones para instalarlos en el sector vivienda y amortizar antes el gasto.
El Código Técnico de Edificación, que obliga a las nuevas viviendas a ser más eficientes, la incluye como una alternativa a los paneles solares para calentar el agua. La microcogeneración no depende del Sol y garantiza el suministro; incluso puede generar electricidad en caso de emergencia. En cualquier caso, como recuerda el IDAE, la viabilidad de uno u otro sistema depende de las características energéticas, físicas y operativas de cada construcción.
Las máquinas de microcogeneración son más pequeñas que las calderas convencionales o las instalaciones solares térmicas. Las fachadas y los tejados se quedan a salvo, ya que se ubican bajo techo, como en los sótanos. Los equipos, similares en aspecto a electrodomésticos domésticos, no producen ruido. Los defensores de estos sistemas aseguran que su tecnología es madura y puede utilizarse de forma continua. Cuantas más horas funcionen, mayor es su rentabilidad.
