En este artículo vamos a ver qué es y cómo funciona la cogeneración.
Los combustibles fósiles están acelerando el problema del calentamiento global y además son un recurso limitado que se está agotando poco a poco. Desafortunadamente, no podemos dejar de usar los combustibles fósiles de la noche a la mañana, ya que el 80-90 por ciento de la energía mundial todavía proviene de ellos. Hasta que las energías renovables, como la solar y la eólica, no los sustituyen completamente, ¿qué podemos hacer en su lugar?
Una solución es cambiar algunas de nuestras centrales convencionales por centrales de cogeneración. Las plantas de cogeneración aprovechan mejor el combustible, ahorrando entre un 15 y un 40 por ciento de la energía total.
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Qué es la cogeneración
Una central eléctrica convencional produce electricidad mediante un proceso bastante ineficiente. Un combustible fósil como el petróleo, el carbón o el gas natural se quema en un horno gigante para liberar energía térmica. El calor se utiliza para hervir agua y producir vapor, el vapor impulsa una turbina, la turbina impulsa un generador y el generador produce electricidad.
El problema con esto es que la energía se desperdicia en cada paso del proceso, a veces de manera espectacular. Por ejemplo, el agua que se hierve en vapor para impulsar las turbinas de vapor tiene que ser enfriada de nuevo utilizando torres de enfriamiento gigantescas al aire libre, desperdiciando enormes cantidades de energía.
En lugar de dejar que el calor se escape inútilmente a las torres de refrigeración, ¿por qué no canalizarlo como agua caliente que pueda ser aprovechado en viviendas y oficinas?
Esa es la idea de la cogeneración: capturar el calor que normalmente se desperdiciaría en la generación de electricidad y aprovecharlo.
Mientras una central eléctrica convencional produce electricidad y desperdicia el calor que produce como subproducto, una central eléctrica de cogeneración produce tanto electricidad como agua caliente y suministra ambas para su consumo. Cogeneración simplemente significa que se produce electricidad y el calor al mismo tiempo.
Si comparamos una central eléctrica convencional con una central de cogeneración, vemos que en la central convencional, en el mejor de los casos, tiene una eficiencia del 60%, es decir, que por cada 100 toneladas de carbón u otro combustible, se desperdician 40 toneladas:
Por otro lado, una planta de cogeneración puede tener una eficiencia del 90% o incluso más. Esto supone un enorme ahorro de combustible y de costes de explotación, así como un gran beneficio medioambiental.
Tipos de cogeneración
La eficiencia real de una planta de cogeneración depende de lo bien que suministre el calor que produce. Dado que el calor se transporta generalmente en forma de agua caliente, la eficiencia es mayor cuando la central está más cerca de los edificios a los que sirve.
En otras palabras, la cogeneración funciona mejor como una forma descentralizada de suministro de energía con más y más pequeñas centrales eléctricas construidas muy cerca de las comunidades locales. La reducción de la distancia entre las centrales eléctricas y los consumidores también hace que el suministro de electricidad sea más eficiente: dado que la energía eléctrica tiene que desplazarse por longitudes de cable más cortas, se pierde menos energía debido a la resistencia.
Llevando la descentralización a su conclusión lógica, puede incluso funcionar eficientemente para que las oficinas, escuelas, hoteles o industrias tengan su propia planta de microcogeneración, produciendo su electricidad y agua caliente donde se consume y enviando cualquier electricidad no deseada a la red eléctrica para que otras personas la usen.
Las centrales de cogeneración producen energía de formas completamente diferentes utilizando motores térmicos totalmente diferentes (las máquinas que queman combustibles para liberar calor):
Las centrales de cogeneración más pequeñas utilizan a menudo lo que son esencialmente motores de combustión interna (similares a los motores de gasolina de los automóviles y a los motores diésel de los camiones) para accionar los generadores de electricidad, con intercambiadores de calor que recuperan el calor residual en agua caliente.
Las plantas más grandes utilizan motores de turbina de gas y vapor muy eficientes.
En el futuro, es probable que las centrales de cogeneración utilicen pilas de combustible que queman hidrógeno.
Cómo funciona la cogeneración
Vamos a ver cómo funciona una planta de cogeneración de una forma muy simplificada. En instalaciones reales, existen múltiples intercambiadores de calor, silenciadores de ruido, entre otros componentes.
Estos son los componentes de una central de cogeneración básica:
- El combustible (carbón, gas natural, petróleo o biomasa)
- El motor que quema el combustible por combustión ordinaria.
- Un generador de electricidad conectado y accionado por el árbol de transmisión del motor
- Producción de energía eléctrica
- Los gases de escape del motor fluyen a través de uno o más intercambiadores de calor, que eliminan la mayor parte del calor residual.
- Un catalizador (similar al de un coche) elimina parte de la contaminación de los gases.
- El escape (relativamente limpio) emerge a través de un tubo de escape o chimenea.
- El agua fría que fluye hacia el intercambiador de calor recoge el calor de los gases de escape y sale a una temperatura mucho más alta, que puede ser aprovechada para alimentar una caldera o en procesos donde necesiten calor dentro de una industria.
Ventajas y desventajas de la cogeneración
La principal ventaja de la cogeneración es la eficiencia, pero también tiene muchos beneficios medioambientales.
Cada tonelada de combustible fósil que evitamos quemar impide que el dióxido de carbono entre en la atmósfera y reduce, sólo un poco, el problema del calentamiento global. La quema de menos combustibles fósiles también reduce la contaminación del aire y los problemas relacionados, como la contaminación del agua y la lluvia ácida.
La sustitución de grandes centrales eléctricas por más centrales de cogeneración mucho más pequeñas nos hace menos dependientes de la red de energía centralizada y, en teoría, de los grandes fallos y cortes del sistema (apagones). Al igual que las centrales eléctricas convencionales, las plantas de cogeneración pueden agotar prácticamente cualquier combustible, desde el petróleo, el gas y el petróleo hasta el gas metano producido en los vertederos o la energía generada por la quema de basura en los incineradores municipales.
La cogeneración tiene pocas desventajas obvias.
Un problema es que la tecnología es actualmente más costosa y compleja, por lo que la construcción de plantas de cogeneración suele requerir una mayor inversión inicial. El ahorro de energía finalmente amortiza la inversión, pero todavía hay que gastar más dinero por adelantado para empezar. Los costes de mantenimiento también pueden ser mayores para la cogeneración.
Otro problema es que las centrales de cogeneración a pequeña escala producen electricidad de manera más costosa que las de mayor escala.
Mucho más grave aún, las centrales de cogeneración de combustibles fósiles refuerzan nuestra dependencia de los mismos combustibles que deberíamos intentar eliminar (aunque es posible utilizar combustibles más ecológicos como la biomasa).
Y algunos críticos sostienen que la cogeneración es exagerada y menos eficiente que tecnologías alternativas como las bombas de calor, que podrían ser una forma mucho mejor de abordar el cambio climático.
