Cogeneración I: Introducción

Para la elaboración de la mayor parte de los bienes y servicios, se requiere de dos principales fuentes de energía: térmica y eléctrica. Tradicionalmente son suministradas de manera independientes. No obstante, existen alternativas tecnológicas para generar energía eléctrica y térmica a partir de una sola fuente, mejorando la eficiencia energética. Tal es el propósito de la cogeneración.


Figura 1. Esquema de cogeneración.

La cogeneración utiliza sólo una fuente de combustible para generar energía térmica y eléctrica. Otros casos, como la tri-cogeneración, generan además refrigeración. Estos sistemas se prestan muy bien para servicio público, ya sea en hoteles, aeropuertos, mall, entre otros.

Sistemas de cogeneración.

Puesto que calor y electricidad son variables independientes, tradicionalmente, se conocen los ciclos o sistemas de cabeza (TOPPING) y de fondo o cola  (BOTTOMING).

Las eficiencias que se obtienen con estos sistemas varían entre 50 – 90% para el ciclo topping y entre 35 – 50%. Cualquiera que sea el ciclo utilizado, el generador utilizado para bottoming conectado o desconectado a un red pública.

Sistema de bottoming.

En este ciclo, se efectúa la producción de vapor y energía mecánica o eléctrica, en turbinas de condensación y/o de contrapresión. Las temperaturas de trabajo son superiores a 350 C.


Figura 2. Sistema bottoming.

En el sistema de bottoming, no es posible  aprovechar los gases de salida en una turbina, debido fundamentalmente a problemas de corrosión y/o de abrasión.

Sistema de topping.

Flujos de calor a una temperatura más elevada son utilizados en generación de electricidad o energía mecánica. El calor es retirado por el sistema de potencia y utilizado para atender los requisitos de energía térmica del proceso. Esta modalidad de cogeneración produce energía eléctrica o mecánica para recuperar después el calor para vapor o agua- 


Figura 3. Sistema topping.

Sistema de energía  integrado.

 
Figura 4. Sistema integrado.

La cogeneración, sea cual fuera el sistema instalado para la producción de energía, debe contar con una normativa legal para descargar los excedentes del  auto productor.

Adaptación de tecnologías.

Frente a la cogeneración, la elección tecnológica y usos dependerá del establecimiento, ya sea industrial y/o sector terciario. Claramente, el sector industrial requiere de servicios térmicos y eléctricos, mientras que para los terciarios basta con los requerimientos térmicos.

En este aspecto, es de gran importancia la verificación de combustibles adecuado a la tecnología con costos relativamente bajos. Además, se debe considerar el impacto ambiental producido por la elección de tecnologías.

Un punto importante para decidir tecnología es relacionar características de consumo de energía. La caracterización del segmento industrial o terciario viene dado por el parámetro alfa, α, definido como

 

A continuación, se muestran algunos valores  típicos, para los diferentes sectores:

La caracterización de un sistema de cogeneración viene dada por otro parámetro, llamado beta, β, que se define como

 

Beta dependerá del tipo de tecnología seleccionada, enmarcándose en general en los siguientes rangos típicos:

0.08<β<0.26 Turbina de vapor
0.48<β<0.77 Turbina de gas
0.60<β<1.09 Ciclo combinado

Modalidad de operación de sistemas de cogeneración:

• Consistencia entre α y β
• Perfil de demanda térmica, incluyendo niveles de temperatura como fluctuaciones típicas de demanda (diaria, mensual, anual).
• Perfil de demanda eléctrica
• Costo presente y futuro de electricidad y combustible
• Costos de operación y ambientales

Proyectos de cogeneración.

Los costos de inversión debidos a proyectos de cogeneración incluyen normalmente costos de ingeniería del orden del 20% de la inversión total.

El consumo de equipos está determinado por la relación del costo de energía determinado por la potencia de las turbinas y de la relación entre α y β, según Figura 5.

Estrategias de operación.

Existen 3 estrategias normales y una excepcional de operación para un proyecto de cogeneración:

• Operación en paridad térmica
• Operación en paridad eléctrica
• Operación económica
• Operación en cargas parciales

Operación en paridad térmica.

El objetivo es producir los requerimientos térmicos en cada periodo de tiempo considerado, de manera que el calor es el producto principal y la electricidad es un subproducto de la cogeneración. Como requisito, se debe estar conectado a la red concesionaria.

Operación en paridad eléctrica.

Aquí, la electricidad es el producto principal. Si el calor producido es insuficiente para satisfacer el proceso, se usa un sistema auxiliar es accionado para compensar el déficit.

 
 Figura 5. Perfiles de demanda de energía.

Operación económica.

Ésta depende del costo de tarifas de consumo de electricidad, tomando en cuenta los horarios punta, donde pueden ser justificados los sistemas de cogeneración. En esta operación, puede producirse el total, parcial o excedente de energía, considerando los costos de energía. Figura 5.

Operación en cargas parciales.

El sistema de cogeneración  en relación a sus requerimientos térmicos – eléctricos es subdimensionado (Figura 6).


Figura 6. Operación en cargas parciales. S y S’ son la energía térmica disponible y producida, respectivamente.

De la figura, debe observarse que para una industria, si no hay uso térmico, no se justifica una producción de electricidad.

(Fin de la primera parte)

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~ por palmov en agosto 11, 2010.

3 comentarios to “Cogeneración I: Introducción”

  1. EXCELENTE INFORMACION BIEN SOPORTADA SERIA Y APLICABLE 100% EDIFICANTE QUE ESTE SITIO FUNCIONE ADELANTE
    M.I. GUSTAVO ESPINOSA BARREDA MAIL : i4asesor@yahoo.com.mx

    ESTAMOS EN LA MISISION DE DIFUNDIR Y HACER CONCIENCIA ENTRE LOS JOVENES EN LAS UNIVERSIDADES POR : EL AHORRO DE ENERGIA , LA EFICIENCIA ENERGETICA Y LA DISMINUCION DEL CALENTAMIENTO GLOBAL………..POR ULTIMO EL CUIDADO DEL AGUA TODO ESTO URGE YA QUE A LA VUELTA DE LA ESQUINA ESPERA EL DESTINO TOMARNOS DESAPREVENIDOS
    GRACIAS PALMOV
    MAESTRO ESPINOSA
    POZA RICA,VERACRUZ, MEXICO

    • Estimado Maestro, muchas gracias por sus comentarios. En efecto, el agua es crítica para nuestro desarrollo y en los últimos años hemos venido adquiriendo experiencia en el re-uso de aguas servidas o grises mediante plantas móviles de tratamiento. Próximamente, estaré agregando un artículo con la experiencia en el re-uso de aguas servidas, tanto municipales como industriales. Le agregaremos un poco de dramatismo, analizando el caso de escenarios con extrema escasez de agua. Nuevamente gracias y muchos saludos. Atentamente, Patricio Molina.

      • PALMOV
        UNA DISCULPA TE CORRIGO NO ES NECESARIO AGREGAR DRAMATISMO EN NUESTRAS REGIONES YA NO TENEMOS SUFICIENTE AGUA…NO…NO …TENEMOS AGUA..

        Y NO HACEMOS NADA POR ELLO,,LAS AUTORIDADES SOLO SE CONCENTRAN EN LAS GRANDES CIUDADES Y NO EN LAS REGIONES CON EL PROBLEMA

        MEXICO PAIS DE TERRIBLES CONTRASTES;
        LA PARTE NORTE ; UN DESIERTO LITERAL Y REAL
        LA PARTE SUR UN PANTANO EN INUNDACION PERMANENTE,

        ALGUN HOMBRE SABIO EN EL PODER CON VOLUNTAD
        YA HABRIA DECRETADO :

        INUNDAR EL NORTE CON EL AGUA DEL SUR ,LLEVANDOLA POR ACUEDUCTOS, CONCESIONADA O DE MANERA OFICIAL, COMO SEA

        EN CUANTO A LA ENERGIA URGE DIFUNDIR LO CERCANO DE LAS FECHAS CLAVE PARA LOGRAR ESTAR AL DIA EN LA MATERIA

        ES CUANTO
        MAESTRO ESPINOSA
        PD
        SI ES POSIBLE COLABORAR EN ALGO POR FAVOR HACERLO SABER

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