Cogeneración

Ahorre Energía produciendo calor y electricidad simultáneamente

 

La cogeneración es la producción simultánea de calor útil y electricidad a partir de un mismo combustible o fuente de energía primaria. Estos combustibles pueden ser de origen fósil (por ejemplo, gas natural, diesel, combustóleo, etc.), renovable (por ejemplo, residuos agrícolas y forestales, biogás proveniente de biodigestores de granjas de cerdos o establos, etc.).

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, hubiera sido liberado en el medio ambiente, desperdiciando con ello una parte importante de la energía todavía disponible. Esta energía, en la mayoría de los casos, puede ser todavía utilizada en diversos usos finales como calefacción de espacios, calentamiento de agua, calderas, así como otros procesos térmicos o de refrigeración que se encuentren cercanos a la planta de cogeneración.

Video Cogeneración. Simplemente eficiente.

BENEFICIOS DE LA COGENERACIÓN

Permite a las industrias reducir costos al producir la energía eléctrica que consumen a un menor costo que el de CFE, y al mismo tiempo, aprovechan el calor generado por el cogenerador, para calentar el agua que se utiliza en otros procesos productivos, obteniendo un aprovechamiento del 90 % de la energía.

  • Los sistemas de cogeneración se pueden implementar prácticamente en cualquier escala.
  • Pueden instalarse en el mismo sitio en donde se requiere aprovechar la energía o muy cerca de él.
  • Reduce las emisiones de CO2
  • Reduce el impacto ambiental de las actividades industriales en el medio ambiente.
  • Contribuyen a mejorar la competitividad de una empresa o negocio, como resultado de la reducción de costos en la factura por consumo de electricidad y/o por el consumo de combustibles.
  • Permite reducir al máximo el cobro de la “Demanda Máxima” en las tarifas OM ó HM.

 

En el caso de que se genere biogás por medio de biodigestores, el biogás generado en los biodigestores se utiliza para generar la electricidad y al mismo tiempo se aprovecha el calor generado por el cogenerador para calentar el agua de la caldera, ahorrando también en el consumo de gas. Cuando no se genere biogás, se puede utilizar gas natural, el cual es aprox. Un 30 a 40 % más económico que el gas LP, y al utilizar el calor generado por el cogenerador, también ahorra en el consumo de gas que utilizaría normalmente en la caldera para calentar el agua.

TECNOLOGÍA

COGENERACIÓN CON MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA

Para Comercios y empresas medianas que consumen de 50 KWe a 5 MWe, generalmente se utilizan motores de combustión interna, los cuales se alimentan de bio-gas, en el caso de las granjas de cerdos, establos, etc., o de gas natural, en el caso de industrias en las que no se cuenta con la producción de bio-gas.

Los motores de combustión interna son una de las tecnologías más utilizadas en los sistemas de cogeneración. Los que más se utilizan, por cuestión de reducción de costos, son los de bio-gas, cuando es posible obtener biogás en alguno de sus procesos, ó de gas natural, que es aproximadamente un 30 a 40 % más económico que el gas LP.

 

FUNCIONAMIENTO

Los motores de combustión interna usan una cámara de combustión de forma cilíndrica en la cual se desplaza un pistón. El pistón está a su vez conectado a un eje, el cual transforma el movimiento lineal del pistón en el movimiento rotatorio del eje. Se utiliza una bujía para encender una mezcla de aire combustible contenida en el cilindro.

 

Al utilizar el bio-gas, o el gas natural como combustible, se hace funcionar el motor, el cual, al mismo tiempo hace girar el eje que permite que el generador genere energía eléctrica.

El sistema de enfriamiento por agua y los gases residuales de la combustión del co-generador permite producir agua caliente, la cual se aprovecha para mandarla a las calderas, o directamente a los procesos productivos de la empresa. De esta manera, se puede obtener agua caliente a una temperatura de entre 60 y 80 grados centígrados, de tal forma que se puede mandar a algún intercambiador de calor  y obtener la temperatura deseada, o a la caldera para que la caldera la eleve solo un poco más para obtener vapor, pero con un mínimo de consumo de energía.

(La mayor parte de energía utilizada en el proceso de calentamiento de agua, se gasta para elevar la temperatura del agua de la temperatura ambiente a una temperatura de 60 grados centígrados, así que si obtenemos el agua que proviene del cogenerador a una temperatura de 60 a 80 grados centígrados, ya solamente necesitamos una pequeña cantidad de energía para elevarla a una temperatura de 90 a 100 grados centígrados para generar vapor.)

 

Cuando es mucha la cantidad de agua caliente que se necesita, se utiliza una batería auxiliar, que incorpora la batería principal, y está dimensionada para evacuar la potencia térmica máxima de la etapa de intercooler del motor.

 

APLICACIONES

En general, en empresas en las que se tiene un alto consumo de energía eléctrica, y de agua caliente, el uso de la CO-generación es muy rentable. Normalmente, el retorno a la inversión es menor a 5 años.

Algunas aplicaciones prácticas, en las que el uso de Co-generadores es muy rentable y eficiente, son:

Rastros de cerdos o de pollos, en donde la sangre y los desechos se llevan a un bio-digestor para generar bio-gas (Gas Metano), y ese bio-gas se utiliza para generar electricidad, y el calor generado por el motor se utilia para precalentar el agua de la caldera que se utiliza para pelar los cerdos o los pollos.

 

Distribuidora de Granos, en donde se utiliza Gas Natural para generar la electricidad, y el calor generado se utiliza para la caldera que se utiliza para el proceso de rolado del maíz.

Industria de manufactura de muebles, en dode se utiliza gas natural para generar la electricidad, y el calor generado se utiliza para la caldera que se utiliza para algunos de sus procesos.

Fábrica de quesos, en donde el suero de la leche, y otros desechos orgánicos se lleva a un biodigestor, el cual genera bio-gas (Gas metano), el cual se utiliza para generar electricidad con el co-generador, y el calor producido se utiliza para calentar el agua que se utiliza en el proceso de fabricación del queso.

Club Deportivo, en donde se utiliza Gas Natural para generar electricidad en el co-generador, y el calor generado se utiliza para calentar el agua que se utiliza en las calderas de la alberca, regaderas de los baños o cuartos de vapor.

Hospitales, en donde se utiliza gas natural para generar electricidad en el co-generador, y el calor generado se utiliza para calentar el agua que se utiliza en las calderas.

Industria Textil:   En donde se utiliza gas natural para generar elecricidad y el calor generado para las calderas de calentamiento del agua para el teñido o pre-lavado de las prendas.

 

Normalmente, en este tipo de empresas se utiliza gran cantidad de energía eléctrica así como de agua caliente, por lo que es muy probable que un proyecto de co-generación utilizando gas natural sea muy rentable.

Fábricas de Tequila o Mezcal:

En el proceso de fabricación del tequila o mezcal, se producen desechos líquidos del tequila conocidos como vinaza. Por cada litro producido se generan entre 10 y 12 litros de vinazas

Las vinazas o residuos líquidos resultantes del proceso de elaboración del tequila contienen desechos orgánicos, como restos de agave, alcoholes de la destilación, microfibras de agave que se pueden aprovechar utilizando biodigestores para generar bio-gas, y generar electricidad con ese biogás, así como cogenerar para calentar el agua que se necesita para el proceso de destilación.

En las fábricas de mezcal o tequila que trabajan durante todo el año, se puede producir mucho biogás.

Para que un biodigestor funcione corresctamente en este tipo de empresas, es necesario que se produzca durante todo el año, pues si se para la producción en alguna temporada, as bacterias que producen el metano morirán por la falta de alimentación.  En los casos que no sea viabe un biodigestor para la generación de biogás, se puede utilizar gas natural para co-generar electricidad y agua caliente, siendo también muy rentable.

Fábrica procesadora de jugos o conservas de alimentos:

En las fábricas de jugos o conservas de alimentos, se tiene una gran cantidad de aguas residuales y lodos de desechos, que se pueden procesar en un biodigestor o en un bioreactor para producir biogás y co-generar energía eléctrica y agua caliente o vapor de agua.

Estas empresas utilizan grandes cantidades tanto de energía eléctrica como de agua caliente o vapor, por lo que un proyecto de co-generación es muy viable. Si no se puede generar el biogás por falta de espacio para un biodigestor o de un bio reactor, se puede utilizar gas natural para la CO-generación, siendo esta opción muy rentable, permitiendo grandes ahorros de energía y dinero.

 

COGENERACIÓN UTILIZANDO BIO-REACTORES

En las empresas que se puede generar una gran cantidad de biogás, pero no se cuenta con la disponibilidad de un área lo suficientemente grande para procesar todos los desechos adecuadamente y generar biogás con un biodigestor de membrana en forma de laguna, es posible utilizar un bio-reactor.

Los bio-reactores se construyen de manera vertical, y optimizan el proceso producción de biogás controlando constantemente el PH (manteniéndolo en valores de 6.5 a 7.5) para evitar que se pudra la biomasa; la temperatura (manteniéndola en una temperatura mayor a 20 grados centígrados y menor a 60 grados centígrados, preferentemente entre 30 y 35 grados Centígrados) para que las bacterias que generan el biogás trabajen de mejor manera y se reproduzcan eficientemente; estar constantemente agitando para que las bacterias actúen el la totalidad de la biomasa, de tal manera que el tiempo de digestión es menor que el que tardaría en un biodigestor de membrana en donde no se monitorean ni  controlan de manera automática estas condiciones. Al hacer el proceso más eficiente, es necesaria una menor área para construir un bio-reactor adecuado para procesar la biomasa

 

La temperatura ambiente trabaja un biodigestor, indica el tiempo de retención necesario para que las bacterias puedan digerir la materia. En temperaturas de 30 °C se requieren unos 10 días; a 20 °C unos 25 días y en una temperatura de 10 °C, se requieren 55 días de tiempo de retención. Es por esto, que para una misma cantidad de materia prima entrante se requiere un volumen cinco veces menor para el digestor en una temperatura de 30 °C que en una temperatura de 10 °C.

Invernaderos:

En los invernaderos, se puede utilizar gas natural para trabajar con un cogenerador. Con el calor del sistema de enfriamiento del motor, y de los gases de escape, se calienta el agua necesaria para la calefacción del invernadero. Además, los gases de escape del motor, una vez enfriados, se inyectan en el interior del invernadero actuando como abono para los cultivos ya que el CO2 y el sol facilitan la fotosíntesis de la planta.

De esta manera, se genera energía eléctrica, se utiliza el calor para calentar el agua y se consigue un incremento en la producción y calidad de las hortalizas al inyectar el CO2.

En los invernaderos que utilizan hidroponía, calientan el agua durante el día, y meten el CO2 adentro del invernadero para aprovechar la fotosíntesis de las plantas y obtener una mejor producción. Esa agua caliente la envían a unos tanques muy grandes y en la noche utilizan esa agua para mandarla por tuberías distribuidoras en los invernaderos para mantener la temperatura mayor a 14 grados centígrados y obtener una mayor producción.

 

Trigeneración

Cuando existe algún requerimiento importante de refrigeración en las proximidades de una planta de cogeneración, podría ser factible la implementación de un proyecto de trigeneración. Se denomina “Trigeneración”, porque además de producir electricidad y calor para calentar el agua, parte del calor se puede utilizar para un sistema de refrigeración por absorción.  Estos requerimientos de refrigeración pueden incluir a aplicaciones como el procesamiento de alimentos, el acondicionamiento de aire y dehumidificación en edificaciones.

Los sistemas de refrigeración por absorción usan el calor para manejar el ciclo de refrigeración, produciendo agua helada mientras consumen solo un pequeño monto de electricidad para mover las bombas de la unidad. Generalmente, utilizan vapor o agua caliente para   activar el ciclo de refrigeración del bromuro de litio.

 

CEL´S (Certificados de Energía Limpia)

Con la Reforma Energética en México, aparecen los CEL´s (Certificados de Energía Limpia).

A partir de 2018, por ley, los Consumidores intensivos de energía eléctrica necesitarán consumir al menos un 5 % de energías limpias, ó comprar “CEL´s”.  Este 5 % se puede cubrir generando con paneles fotovoltaicos, generando con biomasa, co-generando con gas natural, ó comprando Cel´s. en subastas mensuales organizadas por el CENACE o en una liquidación anual.

Un CEL es un título que acredita la producción de energía eléctrica limpia.

Los Generadores recibirán un CEL por cada megawatt-hora de energía limpia generado para vender en el mercado. De igual forma, los grandes consumidores de electricidad, es decir Usuarios Calificados y Suministradores (SSC y SSB) y demás participantes obligados, requieren que un porcentaje de la energía eléctrica que consumen provenga de fuentes limpias. Para comprobar que están consumiendo este porcentaje, tienen que comprar CEL por el monto requerido por la Secretaría de Energía.

De esta forma se crea una oferta y demanda por CEL, los cuales se pueden intercambiar a través de contratos, en el mercado de CEL, en subastas mensuales organizadas por el CENACE o en una liquidación anual.

Al tener un sistema de Co-generación efectiva, se puede acreditar hasta un 20 % de la energía eléctrica que producen como “CEL´s”. (Es necesario hacer el trámite para poder acreditarlas).

GAS NATURAL

Para la cogeneración, en los casos en los que no se tiene bio-gas, o no se produce el suficiente biogás para sus necesidades, se puede hacer utilizar Gas Natural. El gas natural es más económico que el Gas L.P., Diesel ó Combustóleo utilizado comúnmente en las calderas para generar agua caliente o vapor.  Con la Co-generación, además de producir su energía eléctrica, puede co-generar gran parte del agua caliente o vapor que utiliza en sus procesos, generando ahorros y produciendo energía limpia.

Si no llega aún el Gas Natural a su empresa, nosotros les podemos apoyar en buscar un buen proveedor de gas natural y la forma en que llegue hasta sus instalaciones, así como la conversión de sus calderas a Gas Natural, en caso de ser necesario.

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