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Cogeneración de energía: ¿Qué es y cómo funciona?

La cogeneración de energía es una innovadora tecnología que ha revolucionado la forma en que se produce y utiliza la energía. En un mundo cada vez más preocupado por la escasez de recursos y el impacto ambiental, la cogeneración se ha convertido en una solución eficiente y sostenible para satisfacer nuestras necesidades energéticas.

En este artículo, exploraremos en profundidad el concepto de cogeneración de energía, sus principios básicos y sus beneficios. También examinaremos los distintos tipos de sistemas de cogeneración y su aplicación en diversos sectores, desde la industria hasta los hogares.

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¿Qué es la cogeneración de energía?

El Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE) define la cogeneración como “la producción combinada de energía mecánica y/o eléctrica y energía térmica útil en un proceso continuo”.

La cogeneración es una serie de procesos que producen conjuntamente energía eléctrica, mecánica y térmica a partir de fuentes de energía primaria.

Por ejemplo, en las centrales térmicas, además de electricidad se genera calor por combustión. Este calor puede utilizarse en lugar de disiparse. Un ejemplo es la instalación de una caldera llena de agua. Si el agua se calienta, puede utilizarse para calefacción. Si además se produce vapor, puede utilizarse para hacer funcionar máquinas o para generar más electricidad.

Inicialmente, la cogeneración se asoció a industrias que generan altas temperaturas durante su funcionamiento (química, metalúrgica, cerámica, alimentaria, papelera, automovilística), pero en los últimos años también ha empezado a aplicarse en otro tipo de actividades, como la calefacción de centros deportivos (para calentar piscinas) y grandes edificios (hospitales, hoteles, etc.).
Del mismo modo, también se ha empezado a utilizar en el urbanismo actual para propuestas más sostenibles. De hecho, la Unión Europea está considerando la cogeneración en su política energética para reducir las emisiones de gases y lograr la neutralidad de carbono en 2050.

¿Por qué la cogeneración energética es muy eficiente?

Hemos mencionado varias veces cómo llega a nuestros hogares la energía que utilizamos cada día, así que ya sabe que hay varias formas de generar la electricidad que utilizamos desde que nos levantamos hasta que nos acostamos, y que para ello se necesitan materias primas. Las materias primas se clasifican en “recursos renovables” o “recursos no renovables” en función de su origen y su impacto medioambiental.

Pero, ¿ha oído hablar de la cogeneración? La cogeneración es un proceso de generación de energía que aprovecha al máximo los recursos y, además, es respetuoso con el medio ambiente.

¿Por qué la cogeneración es un proceso altamente eficiente? Porque es “un proceso que produce dos o más tipos de energía”. Esto significa que se pueden obtener simultáneamente dos tipos de energía a partir de una única fuente de energía primaria.

La energía que puede obtenerse simultáneamente suele ser electricidad y calor.

La cogeneración se presenta así como un modelo de generación de energía que encaja perfectamente en nuestra forma de entender la eficiencia energética y aprovecha al máximo los recursos energéticos.

Procesos de cogeneración

Los métodos tradicionales de producción de energía a partir de fuentes no renovables no son nada eficientes. Los combustibles fósiles -petróleo, gas natural y carbón- se utilizan como energía primaria. Se queman para liberar energía térmica. El calor producido se utiliza para calentar agua y producir vapor, que a su vez se utiliza para accionar una turbina. Por último, la turbina acciona un generador para producir energía.

En este proceso, el calor utilizado para hervir el agua, crear vapor y accionar la turbina se pierde a través de la chimenea sin ser utilizado posteriormente, lo que supone un importante desperdicio de energía.

Se dice que en una central de cogeneración se utiliza el 85-90% de la energía primaria total, produciendo simultáneamente calor y electricidad, mientras que en una central eléctrica convencional sólo se utiliza el 30-40% de la energía primaria total.

Por lo tanto, varios factores hacen posible que la cogeneración utilice el calor producido en el proceso de generación de energía y lo ponga a disposición para su consumo junto con la electricidad.

La energía térmica puede utilizarse, por ejemplo, en sistemas de calefacción. Para ello, las centrales deben estar situadas cerca del punto de consumo para evitar pérdidas en la distribución.

Otro campo de aplicación es la industria. En la industria papelera, el proceso de producción de papel requiere altas temperaturas.

La energía primaria utilizada para hacer funcionar las centrales de cogeneración suele ser el gas natural no renovable, pero últimamente también se dispone de fuentes de energía alternativas, como la biomasa.

Sistemas de cogeneración

Existen varios tipos de sistemas de cogeneración:

  • Cogeneración con turbinas de gas:  En este caso, se utiliza gas, normalmente gas natural, como combustible. El gas producido por la combustión de las materias primas se introduce en una turbina que convierte la energía mecánica en energía eléctrica. La energía residual obtenida en forma de gases calientes puede reutilizarse en el propio proceso industrial o en otras aplicaciones.
  • Cogeneración con turbinas de vapor: Las turbinas de vapor son turbomáquinas que convierten la energía del flujo de vapor en energía mecánica. La principal ventaja de las turbinas de vapor es que admiten todo tipo de combustibles, como biomasa, carbón, gas natural y residuos urbanos.
  • Cogeneración con motores de combustión interna:  Los motores de pistón de combustión interna convierten la energía química contenida en los productos combustibles en energía eléctrica y térmica. El principio de funcionamiento de un motor alternativo es el movimiento lineal y alternativo del pistón que hace girar el eje. La energía eléctrica es suministrada por un alternador conectado directamente al eje del motor, mientras que la energía térmica se libera en forma de gases de escape y agua caliente del circuito de refrigeración.

Además, un tercer método que implica refrigeración es la trigeneración, que aumenta la eficiencia utilizando gas para suministrar CO2 a invernaderos y para producir bebidas carbonatadas.

¿Qué se necesita para beneficiarse de la cogeneración de energía?

Eche un vistazo a los requisitos básicos para adoptar la cogeneración en su comunidad o empresa:

  1. Estudio técnico preliminar realizado por un experto. Así sabrá de antemano si el proyecto es viable técnica y financieramente.
  2. Elaboración de un proyecto técnico y el presupuesto correspondiente con la participación de técnicos acreditados.
  3. Concertación de puntos de conexión con las empresas distribuidoras de energía.
  4. Ejecutar el proyecto bajo la dirección de expertos.
  5. Organizar la administración presentando los documentos, solicitudes, permisos y certificados necesarios según la administración y el tipo de equipo.

Las instalaciones de cogeneración de energía suelen tener los siguientes elementos:

  • Una cámara o motor que quema combustible para producir energía mecánica y convertirla en energía eléctrica.
  • La materia prima, que es la principal fuente de energía. Como ya se ha dicho, puede tratarse de combustibles fósiles, biocombustibles o biomasa.
  • Un generador de energía eléctrica que convierte la energía mecánica en electricidad.
  • Sistemas de aprovechamiento de la energía térmica producida en el proceso anterior de producción de energía.
  • Sistemas de refrigeración para evitar el sobrecalentamiento del sistema y sistemas de tratamiento de agua en caso de calentamiento de agua.

Ventajas de la cogeneración

  • Eficiencia: Se calcula que entre un 10% y un 30% de la energía se disipa en el proceso de cogeneración. Esto se traduce en un aumento de la eficiencia energética de entre el 70% y el 90%.
  • Reducción de costes: Como se puede producir más energía con la misma inversión, se pueden reducir los costes relacionados, como materias primas e infraestructuras. Además, el exceso de energía puede venderse con beneficio.
  • Reducción de emisiones: la generación de electricidad a partir de energía térmica no produce emisiones.
  • Versatilidad: puede combinarse con otros sistemas sostenibles como la biomasa y ser respetuosa con el medio ambiente.
  • Flexibilidad: puede adaptarse a las necesidades del entorno.
  • Independencia: Puede fomentar la independencia y autosuficiencia energética, reduciendo la posibilidad de interrupciones en el suministro.
  • Circular: integra un modelo de economía circular y maximiza el aprovechamiento de los recursos.
  • Medio ambiente: La reutilización del agua caliente de los circuitos de refrigeración es una ventaja, ya que algunas industrias vierten esta agua caliente al medio ambiente, lo que afecta a la temperatura de ríos, mares y lagos y tiene un efecto perjudicial sobre la biodiversidad.

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Valery Sandler | Content Assistant
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