Cogeneración | Generación Combinada de Calor y Electricidad

Cogeneración también se conoce como producción combinada de calor y electricidad. Como su nombre indica, la cogeneración funciona sobre el concepto de producir dos formas diferentes de energía utilizando una sola fuente de combustible. De estas dos formas, una debe ser calor o energía térmica y la otra puede ser eléctrica o mecánica.

La cogeneración es la forma más óptima, confiable, limpia y eficiente de utilizar el combustible. El combustible utilizado puede ser gas natural, aceite, diésel, propano, madera, bagazo, carbón, etc. Funciona sobre un principio muy simple, es decir, el combustible se utiliza para generar electricidad y esta electricidad produce calor, que se usa para hervir agua y producir vapor, para calefacción de espacios e incluso en la refrigeración de edificios.

En una central eléctrica convencional, el combustible se quema en una caldera, que a su vez produce vapor de alta presión. Este vapor de alta presión se utiliza para impulsar una turbina, que a su vez está conectada a un alternador y, por lo tanto, impulsa el alternador para producir energía eléctrica.

El vapor de escape se envía luego al condensador, donde se enfría y se convierte en agua, y luego regresa a la caldera para producir más energía eléctrica. La eficiencia de esta central eléctrica convencional es solo del 35%. En una central de cogeneración, el vapor de baja presión que proviene de la turbina no se condensa para formar agua, sino que se utiliza para calefacción o refrigeración en edificios y fábricas, ya que este vapor de baja presión de la turbina tiene una alta energía térmica.

La central de cogeneración tiene una eficiencia alta de alrededor del 80-90%. En India, el potencial de generación de energía eléctrica de las centrales de cogeneración es de más de 20,000 MW. La primera central de cogeneración comercial fue construida y diseñada por Thomas Edison en Nueva York en el año 1882.

Como se muestra en el diagrama anterior, en una central eléctrica tradicional, cuando se proporciona combustible como entrada, se obtiene energía eléctrica y pérdidas como salida, pero en el caso de la cogeneración, con el combustible como entrada, la salida es energía eléctrica, calor o energía térmica y pérdidas.

En una central eléctrica convencional, con una entrada de energía del 100%, solo se utiliza el 45% de la energía y el resto, el 55%, se desperdicia, pero con la cogeneración, la energía total utilizada es del 80% y la energía desperdiciada es solo del 20%. Esto significa que con la cogeneración, la utilización del combustible es más eficiente y optimizada, y por lo tanto, más económica.

Necesidad de la Cogeneración

• La cogeneración ayuda a mejorar la eficiencia de la planta.

• La cogeneración reduce las emisiones de partículas, óxidos nítricos, dióxido de azufre, mercurio y dióxido de carbono, que de otro modo llevarían al efecto invernadero.

• Reduce el costo de producción y mejora la productividad.

• Los sistemas de cogeneración ayudan a ahorrar consumo de agua y costos de agua.

• Los sistemas de cogeneración son más económicos en comparación con las centrales eléctricas convencionales.

Tipos de Centrales de Cogeneración

En un sistema típico de producción combinada de calor y electricidad, hay una turbina de vapor o de gas que toma vapor y acciona un alternador. También se instala un intercambiador de calor de residuos en la central de cogeneración, que recupera el exceso de calor o gases de escape del generador eléctrico para, a su vez, generar vapor o agua caliente. Hay básicamente dos tipos de centrales de cogeneración, tales como-

• Central de ciclo superior

• Central de ciclo inferior

Central de Ciclo Superior

En este tipo de central de producción combinada de calor y electricidad, primero se genera electricidad y luego se utiliza el vapor de escape o residual para calentar agua o edificios. Hay básicamente cuatro tipos de ciclos superiores.

1. Central de ciclo superior combinado- En este tipo de planta, el combustible se quema primero en una caldera de vapor. El vapor producido en la caldera se utiliza para accionar una turbina y, a su vez, un generador síncrono, que produce energía eléctrica. El gas de escape de esta turbina puede usarse para proporcionar calor utilizable, o puede enviarse a un sistema de recuperación de calor para generar vapor, que a su vez puede usarse para accionar una turbina de vapor secundaria.

2. Central de ciclo superior de turbina de vapor- En este caso, el combustible se quema para producir vapor, que genera energía. El vapor de escape se utiliza entonces como vapor de proceso de baja presión para calentar agua con diversos fines.

3. Central de ciclo superior de turbina hidráulica- En este tipo de central de cogeneración, se hace pasar una chaqueta de agua de enfriamiento a través de un sistema de recuperación de calor para generar vapor o agua caliente para calefacción de espacios.

4. Central de ciclo superior de turbina de gas- En esta central de ciclo superior, se utiliza una turbina de gas alimentada con gas natural para accionar un generador síncrono y producir electricidad. El gas de escape se envía a una caldera de recuperación de calor, donde se utiliza para convertir agua en vapor, o para generar calor utilizable para fines de calefacción.

Central de Ciclo Inferior

Como su nombre indica, el ciclo inferior es exactamente lo opuesto al ciclo superior. En este tipo de central de cogeneración, se utiliza el calor excedente de un proceso de fabricación para generar vapor, y este vapor se utiliza para generar energía eléctrica. En este tipo de ciclo, no se requiere combustible adicional para producir electricidad, ya que el combustible ya se ha quemado en el proceso de producción.

Configuración de la Central de Cogeneración

• Centrales de producción combinada de calor y electricidad con turbinas de gas que utilizan el calor residual en los gases de escape de las turbinas de gas.

• Centrales de producción combinada de calor y electricidad con turbinas de vapor que utilizan el sistema de calefacción como condensador de vapor de jet para la turbina de vapor.

• Celdas de combustible de carbonato fundido que tienen un escape caliente, muy adecuado para la calefacción.

• Centrales de ciclo combinado adaptadas para la Producción Combinada de Calor y Electricidad.

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