Al hablar de cogeneración se tiene la percepción de consumo y generación de energía eléctrica; sin embargo, el avance en equipos y la integración de distintas disciplinas han hecho posible la existencia de sistemas que, además de calor y electricidad, sean capaces de generar frío. Hoteles, hospitales y aeropuertos se perfilan como los sectores más proclives de beneficiarse con este tipo de esquemas en la proyección de sistemas de acondicionamiento
Eréndira Reyes
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. En ambos casos, sirven para alimentar sistemas que trabajan y aprovechan la energía al máximo, según datos de la organización Cogenera México.
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.
Hoy en día, con las nuevas tecnologías, se puede obtener trigeneración, que significa, luz eléctrica, vapor y, además, refrigeración. Esto, porque el equipo de refrigeración utiliza el calor desechado después de la generación de vapor (cogeneracion) para producir agua helada con equipos de absorción (trigeneración). El agua helada puede ser utilizada para algún proceso industrial o para el aire acondicionado requerido; por ejemplo, el que demanda un edificio de oficinas”: Donald Hay
Antecedentes en México
Desde mediados de la década de 1990, la Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía (Conuee) instauró una coordinación que, en conjunto con agencias internacionales como el Banco Mundial, lograron desarrollar diversos estudios de cogeneración. Al inicio, se trazó como objetivo no sólo identificar el potencial, sino desarrollar profesionales en el ramo y brindar capacitación a los interesados. El primer estudio, y los posteriores a éste, lograron sus objetivos y permitieron identificar oportunidades de ahorro y nichos de negocio donde industriales y gobierno pudieron trabajar.
El ingeniero Israel Jáuregui Nares, director General Adjunto de Gestión para la Eficiencia Energética de la Conuee, aclara en entrevista que, a diferencia de lo que pudiera pensarse, “la cogeneración no es un equipo, sino un sistema que, por lo general, se incluye dentro de un proceso industrial o comercial y puede conformarse de distintas formas”.
Una de las categorías de la cogeneración es la llamada “cogeneración de cabeza”, en la que, antes de empezar un proceso industrial, se instala el sistema de cogeneración y sus desechos se aprovechan en el proceso productivo. Ahora bien, también existe la “cogeneración de cola”, en la que se realiza primero el proceso productivo y, al terminar, lo que sale como desperdicio se aprovecha para generar otro tipo de energía, ya sea eléctrica, de movimiento o calor. Una última clasificación es la “cogeneración inmersa”, en la que se combinan procesos productivos y generación de energía.
Actualmente los sistemas son modulares y eso hace que operen de forma secuencial, lo que hace más eficiente su uso, pues sólo se utilizan con base en las necesidades del usuario. Adicional a esto, esperamos que con la Reforma Energética se impulsen este tipo de proyectos. Nuestro papel ahora es darles un mayor impulso facilitando los trámites”: Israel Jáuregui
El sector industrial es el que más utiliza este tipo de sistemas y lo hace para generar energía eléctrica; sin embargo, existen muchas aplicaciones en la industria química y alimenticia, entre otras, donde no sólo se genera electricidad y calor, sino que ya se cuenta con los llamados sistemas de trigeneración.
Panorama fértil
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.
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”.
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”.
Respecto de la asesoría, el ingeniero Donald Hay comenta que “existen compañías que pueden realizar estudios energéticos y asesorar sobre los requisitos de la Comisión Reguladora de Energía (CRE) respecto de los proyectos de cogeneración que se quieran llevar a cabo. Además, auxilian en los procedimientos que dicta este organismo regulatorio con respecto a los permisos requeridos en proyectos mayores de 500 kilowatts”.
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.
Regulación e impulso
Antes de agosto de 2014, la ley establecía que todos los proyectos que rebasaran los 500 kilowatts en sus sistemas requerían un permiso de cogeneración. Actualmente, estos proyectos sólo necesitan un contrato de interconexión, además de cumplir con los trámites de impacto ambiental y social, pues se busca minimizar los requisitos para generar este tipo de alternativas en el mercado. Adicional a esto, el uso de energía para el confort está regulado en varias normativas, pues se requieren sistemas bien diseñados y que tomen en cuenta el clima de la región donde se instalará. Para esto, se pueden consultar las normas de eficiencia energética en la proyección de edificios, como la NOM-020-ENER-2011.
“En la Conuee estamos impulsando la cogeneración, porque per se es eficiente; aunque hay una línea entre la cogeneración eficiente, que legalmente existe, y la cogeneración industrial. Para delimitar cuál de éstas se desarrolla en nuestras plantas es importante hacer una evaluación de eficiencia. Actualmente, ya existen los certificados de energía limpia, que son emitidos por la CRE. Con ellos, es posible tener un respaldo que avale el consumo de energía eléctrica verde, requerimiento indispensable tanto para consumidores como para generadores de energía”, resalta el ingeniero Jáuregui.
Aplicaciones como hospitales, hoteles y aeropuertos parecen ser las mejores candidatas en el uso de este sistema. Según los expertos, la trigeneración tiene un gran potencial, siempre y cuando se mantenga el precio del gas natural, se regule la generación de este tipo de sistemas y se auxilie a los profesionales involucrados. A juicio del ingeniero Donald Hay, estos retos “serán fáciles de sobrellevar”.
“En México, la demanda de sistemas de trigeneración va en aumento debido a varios factores, entre estos: el boom de la construcción, el incesante trabajo generado por las remodelaciones de viviendas y edificios, el equipamiento estándar de unidades de aire acondicionado en vehículos, la popularización de la instalación de cámaras frigoríficas en pequeños, medianos y grandes establecimientos agropecuarios, las nuevas y más estrictas regulaciones de sanidad de alimentación relativas a la cadena de frío para restaurantes, supermercados y otros establecimientos de expendio, procesamiento y servicio de alimentos, que requieren la instalación de equipos nuevos y más modernos. Además de lo ya instalado, nuestro país cuenta aún con un potencial de cogeneración de 10 mil 164 megawatts en un escenario máximo y considerando solo el sector industrial, lo que, de implementarse, significaría más que cuadriplicar las cifras actuales”, indican datos de Cogenera México.
Lee el reportaje completo en la revista Mundo HVAC&R de febrero 2016. Da clic aquí
