Cogeneració | Cogeneració de calor i electricitat

Cogeneració també es coneix com a producció combinada de calor i electricitat o producció combinada de calor i electricitat. Com indica el seu nom, la cogeneració funciona amb el concepte de produir dues formes diferents d'energia utilitzant una sola font de combustible. D'aquestes dues formes, una ha de ser calor o energia tèrmica i l'altra és o bé energia elèctrica o mecànica.

La cogeneració és la manera més òptima, fiable, neta i eficient d'utilitzar el combustible. El combustible utilitzat pot ser gas natural, oli, gasòl, propan, fusta, bagasse, carbó, etc. Funciona amb un principi molt senzill, és a dir, que el combustible s'utilitza per generar electricitat i aquesta electricitat produeix calor, i aquesta calor s'utilitza per fer bullir aigua per produir vapor, per calefacció d'espais i fins i tot en la refrigeració d'edificis.

En una central elèctrica convencional, el combustible es crema en una caldera, que a la vegada produeix vapor a alta pressió. Aquest vapor a alta pressió s'utilitza per impulsar una turbina, que a la vegada està connectada a un alternador i, per tant, impulsa l'alternador per produir energia elèctrica.

El vapor d'escapament es envia llavors al condensador, on es refreda i es converteix en aigua, i, per tant, torna a la caldera per produir més energia elèctrica. L'eficiència d'aquesta central elèctrica convencional és només del 35 %. En una central de cogeneració, el vapor a baixa pressió que prové de la turbina no es condensa per formar aigua, sinó que s'utilitza per a calefacció o refrigeració en edificis i fàbriques, ja que aquest vapor a baixa pressió de la turbina té una alta energia tèrmica.

La central de cogeneració té una eficiència elevada d'entre l'80 % i el 90 %. A Índia, el potencial de generació d'energia elèctrica des de centrals de cogeneració és superior als 20.000 MW. La primera central de cogeneració comercial va ser construïda i dissenyada per Thomas Edison a Nova York l'any 1882.

Com es mostra en el diagrama anterior, en una central elèctrica tradicional, quan donem combustible com a entrada, obtenim energia elèctrica i pèrdues com a sortida, però en el cas de la cogeneració, amb el combustible com a entrada, la sortida és energia elèctrica, calor o energia tèrmica i pèrdues.

En una central elèctrica convencional, amb una entrada d'energia del 100 %, només s'utilitza el 45 % de l'energia i el 55 % restant es perden, però amb la cogeneració, l'energia total utilitzada és del 80 % i l'energia perduda només és del 20 %. Això vol dir que amb la cogeneració, l'ús del combustible és més eficient i òptim, i per tant, més econòmic.

Necessitat de la Cogeneració

• La cogeneració ajuda a millorar l'eficiència de la central.

• La cogeneració reduïx les emissions atmosfèriques de matèria particulada, òxids nítrics, diòxid de sòlfor, mercuri i diòxid de carboni, que altrament portarien a l'efecte hivernacle.

• Redueix el cost de producció i millora la productivitat.

• El sistema de cogeneració ajuda a estalviar el consum d'aigua i els costos associats.

• El sistema de cogeneració és més econòmic en comparació amb una central elèctrica convencional.

Tips de Centrals de Cogeneració

En un sistema típic de producció combinada de calor i electricitat hi ha una turbina de vapor o de gas que pren el vapor i impulsa un alternador. També s'instala un intercanviador de calor residual en la central de cogeneració, que recupera el calor excés o el gas d'escapament del generador elèctric per a generar vapor o aigua calenta.
Hi ha fonamentalment dos tipus de centrals de cogeneració, com ara-

• Central de cicle superior

• Central de cicle inferior

Central de Cicle Superior

En aquest tipus de central de producció combinada de calor i electricitat, primer es genera electricitat i després el vapor d'escapament o residu s'utilitza per escalfar aigua o edificis. Hi ha fonamentalment quatre tipus de cicles superiors.

1. Central de cicle combinat superior CHP- En aquest tipus de central, el combustible es crema primer en una caldera de vapor. El vapor produït en la caldera s'utilitza per impulsar una turbina i, per tant, un generador síncron, que a la vegada produeix energia elèctrica. El gas d'escapament d'aquesta turbina es pot utilitzar per proporcionar calor utilitzable, o es pot enviar a un sistema de recuperació de calor per generar vapor, que pot ser utilitzat per impulsar una turbina de vapor secundària.

2. Central de cicle superior de turbina de vapor CHP- En aquesta, el combustible es crema per produir vapor, que genera energia. El vapor d'escapament s'utilitza llavors com a vapor de procés a baixa pressió per escalfar aigua per diversos propòsits.

3. Central de cicle superior de turbina d'aigua CHP- En aquest tipus de central CHP, una camisa d'aigua de refredament es passa a través d'un sistema de recuperació de calor per generar vapor o aigua calenta per l'escalfament d'espais.

4. Central de cicle superior de turbina de gas CHP- En aquesta central de cicle superior, es fa servir una turbina de gas alimentada amb gas natural per impulsar un generador síncron per produir electricitat. El gas d'escapament es envia a una caldera de recuperació de calor on es fa servir per convertir aigua en vapor, o per produir calor utilitzable per finalitats d'escalfament.

Central de Cicle Inferior

Com indica el seu nom, el cicle inferior és exactament el contrari del cicle superior. En aquest tipus de central CHP, el calor excés d'un procés de fabricació s'utilitza per generar vapor, i aquest vapor s'utilitza per generar energia elèctrica. En aquest tipus de cicle no es necessita combustible addicional per produir electricitat, ja que el combustible ja s'ha cremat en el procés de producció.

Configuració de la Central de Cogeneració

• Centrals de producció combinada de calor i electricitat amb turbina de gas que utilitzen el calor residual en el gas de forja que surt de les turbin