La cogeneración o combinación de calor y energía ( CHP ) es el uso de un motor térmico [1] o central eléctrica para generar electricidad y calor útil al mismo tiempo.
La cogeneración es un uso más eficiente del combustible o del calor, porque de otro modo el calor desperdiciado de la generación de electricidad se utiliza de algún modo productivo. Las plantas de cogeneración (CHP) recuperan energía térmica que, de otro modo, se desperdiciaría para calefacción . A esto también se le llama calefacción urbana combinada de calor y energía. Las pequeñas plantas de cogeneración son un ejemplo de energía descentralizada . [2] El calor subproducto a temperaturas moderadas (100–180 °C, 212–356 °F) también se puede utilizar en refrigeradores de absorción para enfriar.
El suministro de calor a alta temperatura acciona primero un generador accionado por una turbina de gas o de vapor . El calor residual resultante a baja temperatura se utiliza luego para calentar agua o espacios. A escalas más pequeñas (normalmente por debajo de 1 MW), se puede utilizar un motor de gasolina o diésel . La cogeneración también es común en las plantas de energía geotérmica, ya que a menudo producen calor de grado relativamente bajo . Los ciclos binarios pueden ser necesarios para alcanzar una eficiencia térmica aceptable para la generación de electricidad. La cogeneración se emplea con menos frecuencia en las centrales nucleares debido a que NIMBY y las consideraciones de seguridad a menudo las han mantenido más alejadas de los centros de población que las centrales químicas comparables, y la calefacción urbana es menos eficiente en áreas de menor densidad de población debido a las pérdidas de transmisión.
La cogeneración se practicó en algunas de las primeras instalaciones de generación eléctrica. Antes de que las estaciones centrales distribuyeran energía, las industrias que generaban su propia energía utilizaban el vapor de escape para calentar los procesos. Los grandes edificios de oficinas y apartamentos, hoteles y tiendas solían generar su propia energía y utilizar el vapor residual para generar calor. Debido al alto costo de la energía comprada anticipadamente, estas operaciones de cogeneración continuaron durante muchos años después de que la electricidad de la empresa estuvo disponible. [3]
Muchas industrias de procesos, como plantas químicas , refinerías de petróleo y fábricas de pulpa y papel , requieren grandes cantidades de calor de proceso para operaciones como reactores químicos , columnas de destilación, secadores de vapor y otros usos. Este calor, que generalmente se usa en forma de vapor, puede generarse a las presiones típicamente bajas que se usan en calefacción, o puede generarse a una presión mucho más alta y pasar primero a través de una turbina para generar electricidad. En la turbina, la presión y la temperatura del vapor disminuyen a medida que la energía interna del vapor se convierte en trabajo. El vapor a baja presión que sale de la turbina se puede utilizar para generar calor de proceso.
Las turbinas de vapor en las centrales térmicas normalmente están diseñadas para recibir vapor a alta presión, que sale de la turbina a través de un condensador que funciona unos pocos grados por encima de la temperatura ambiente y a unos pocos milímetros de presión absoluta de mercurio. (Esto se llama turbina de condensación .) A todos los efectos prácticos, este vapor tiene una energía útil insignificante antes de condensarse. Las turbinas de vapor para cogeneración están diseñadas para extraer parte del vapor a presiones más bajas después de haber pasado por varias etapas de la turbina, y el vapor no extraído pasa a través de la turbina hasta un condensador. En este caso, el vapor extraído provoca una pérdida de potencia mecánica en las etapas posteriores de la turbina. O están diseñados, con o sin extracción, para escape final a contrapresión (sin condensación). [4] [5] El vapor extraído o de escape se utiliza para el calentamiento del proceso. El vapor en condiciones normales de calentamiento de proceso todavía tiene una cantidad considerable de entalpía que podría usarse para la generación de energía, por lo que la cogeneración tiene un costo de oportunidad .
Una turbina de generación de energía típica en una fábrica de papel puede tener presiones de extracción de 160 psig (1,103 MPa) y 60 psig (0,41 MPa). Una contrapresión típica puede ser de 60 psig (0,41 MPa). En la práctica, estas presiones se diseñan a medida para cada instalación. Por el contrario, simplemente generar vapor de proceso para fines industriales en lugar de una presión suficientemente alta para generar energía en el extremo superior también tiene un costo de oportunidad (Ver: Suministro de vapor y condiciones de escape ). El costo de capital y operación de las calderas, turbinas y generadores de alta presión es sustancial. Este equipo normalmente funciona de forma continua , lo que suele limitar la energía autogenerada a operaciones a gran escala.
También se puede utilizar un ciclo combinado (en el que varios ciclos termodinámicos producen electricidad) para extraer calor utilizando un sistema de calefacción como condensador del ciclo de fondo de la central . Por ejemplo, el generador RU-25 MHD de Moscú calentó una caldera para una central eléctrica de vapor convencional, cuyo condensado se utilizó luego para calentar el espacio. Un sistema más moderno podría utilizar una turbina de gas alimentada por gas natural , cuyo escape alimenta una planta de vapor, cuyo condensado proporciona calor. Las plantas de cogeneración basadas en una unidad de ciclo combinado pueden tener eficiencias térmicas superiores al 80%.
La viabilidad de la cogeneración (a veces denominada factor de utilización), especialmente en instalaciones de cogeneración más pequeñas, depende de una buena carga base de funcionamiento, tanto en términos de demanda eléctrica in situ (o cerca del emplazamiento) como de demanda de calor. En la práctica, rara vez existe una correspondencia exacta entre las necesidades de calor y electricidad. Una planta de cogeneración puede satisfacer la necesidad de calor ( funcionamiento impulsado por calor ) o funcionar como una planta de energía utilizando parte de su calor residual, siendo este último menos ventajoso en términos de su factor de utilización y, por tanto, de su eficiencia general. La viabilidad puede aumentar considerablemente cuando existen oportunidades de trigeneración. En tales casos, el calor de la planta de cogeneración también se utiliza como fuente de energía primaria para enfriar mediante un enfriador de absorción .
La cogeneración es más eficiente cuando el calor se puede utilizar en el sitio o muy cerca de él. La eficiencia general se reduce cuando el calor debe transportarse a distancias más largas. Esto requiere tuberías fuertemente aisladas, que son caras e ineficientes; mientras que la electricidad se puede transmitir a través de un cable comparativamente simple y a distancias mucho más largas con la misma pérdida de energía.
El motor de un automóvil se convierte en una planta de cogeneración en invierno, cuando el calor expulsado es útil para calentar el interior del vehículo. El ejemplo ilustra el hecho de que el despliegue de la cogeneración depende de los usos del calor en las proximidades del motor térmico.
Las plantas de recuperación térmicamente mejorada de petróleo (TEOR) a menudo producen una cantidad sustancial de exceso de electricidad. Después de generar electricidad, estas plantas bombean el vapor sobrante a los pozos de petróleo pesado para que el petróleo fluya más fácilmente, aumentando la producción.
Las plantas de cogeneración se encuentran comúnmente en sistemas de calefacción urbana de ciudades, sistemas de calefacción central de edificios más grandes (por ejemplo, hospitales, hoteles, prisiones) y se utilizan comúnmente en la industria en procesos de producción térmica para agua de proceso, refrigeración, producción de vapor o fertilización con CO2 .
La trigeneración o combinación de refrigeración, calor y energía ( CCHP ) se refiere a la generación simultánea de electricidad y calefacción y refrigeración útiles a partir de la combustión de un combustible o de un colector de calor solar. Los términos cogeneración y trigeneración también se pueden aplicar a los sistemas de energía que generan simultáneamente electricidad, calor y productos químicos industriales (por ejemplo, gas de síntesis ). La trigeneración se diferencia de la cogeneración en que el calor residual se utiliza tanto para calefacción como para refrigeración, normalmente en un refrigerador de absorción. Los sistemas combinados de refrigeración, calor y energía pueden alcanzar eficiencias generales más altas que la cogeneración o las plantas de energía tradicionales. En los Estados Unidos, la aplicación de la trigeneración en edificios se denomina refrigeración, calefacción y energía de edificios. La salida de calefacción y refrigeración puede funcionar de forma simultánea o alternativa según la necesidad y la construcción del sistema.
Las plantas de ciclo de cobertura producen principalmente electricidad a partir de una turbina de vapor. A continuación, el vapor parcialmente expandido se condensa en un condensador de calefacción a un nivel de temperatura adecuado, por ejemplo para calefacción urbana o desalinización de agua .
Las plantas de ciclo de fondo producen calor a alta temperatura para procesos industriales, luego una caldera de recuperación de calor residual alimenta una planta eléctrica. Las plantas de ciclo de fondo sólo se utilizan en procesos industriales que requieren temperaturas muy altas, como hornos para la fabricación de vidrio y metal, por lo que son menos comunes.
Los grandes sistemas de cogeneración proporcionan agua caliente y energía para una zona industrial o una ciudad entera. Los tipos de plantas de cogeneración comunes son:
Las unidades de cogeneración más pequeñas pueden utilizar un motor alternativo o un motor Stirling . El calor se elimina del escape y del radiador. Los sistemas son populares en tamaños pequeños porque los motores pequeños de gasolina y diésel son menos costosos que las pequeñas plantas eléctricas de vapor alimentadas con gas o petróleo.
Algunas plantas de cogeneración funcionan con biomasa , [11] o residuos sólidos industriales y municipales (ver incineración ). Algunas plantas de cogeneración utilizan gases residuales como combustible para generar electricidad y calor. Los gases residuales pueden ser gas procedente de excrementos animales , gas de vertedero , gas de minas de carbón , gas de aguas residuales y gas residual industrial combustible. [12]
Algunas plantas de cogeneración combinan generación de gas y energía solar fotovoltaica para mejorar aún más el rendimiento técnico y medioambiental. [13] Estos sistemas híbridos pueden ampliarse hasta el nivel de edificio [14] e incluso de viviendas individuales. [15]
La microcombinación de calor y electricidad o "microcogeneración" es un recurso energético distribuido (DER). La instalación suele tener menos de 5 kW e en una casa o una pequeña empresa. En lugar de quemar combustible simplemente para calentar espacio o agua, algunos Además de calor, una parte de la energía se convierte en electricidad, que se puede utilizar en el hogar o en la empresa o, si lo permite la gestión de la red, se puede volver a vender a la red eléctrica.
Los consultores Delta-ee declararon en 2013 que, con el 64% de las ventas mundiales, la microcombinación de calor y energía de pilas de combustible superó a los sistemas convencionales en ventas en 2012. [16] Se vendieron 20.000 unidades en Japón en 2012 en total dentro del proyecto Ene Farm. Con una vida útil de alrededor de 60.000 horas. Para las unidades de pila de combustible PEM , que se apagan por la noche, esto equivale a una vida útil estimada de entre diez y quince años. [17] Por un precio de $22,600 antes de la instalación. [18] Para 2013 está en vigor una subvención estatal para 50.000 unidades. [17]
Las instalaciones de MicroCHP utilizan cinco tecnologías diferentes: microturbinas , motores de combustión interna , motores Stirling , máquinas de vapor de ciclo cerrado y pilas de combustible . Un autor indicó en 2008 que MicroCHP basado en motores Stirling es la más rentable de las llamadas tecnologías de microgeneración para reducir las emisiones de carbono. [19] Un informe de Ecuity Consulting del Reino Unido de 2013 afirmó que MCHP es el método más rentable de utilizar gas para generar energía a nivel doméstico. [20] [21] Sin embargo, los avances en la tecnología de motores alternativos están agregando eficiencia a las plantas de cogeneración, particularmente en el campo del biogás . [22] Como se ha demostrado que tanto MiniCHP como CHP reducen las emisiones [23] , podrían desempeñar un papel importante en el campo de la reducción de CO 2 de los edificios, donde se puede ahorrar más del 14% de las emisiones utilizando CHP en los edificios. [24] La Universidad de Cambridge informó sobre un prototipo MicroCHP de motor de vapor rentable en 2017 que tiene el potencial de ser comercialmente competitivo en las próximas décadas. [25] Recientemente, en algunos hogares privados se pueden encontrar microcentrales de cogeneración de pilas de combustible , que pueden funcionar con hidrógeno u otros combustibles como gas natural o GLP. [26] [27] Cuando funciona con gas natural, depende del reformado con vapor del gas natural para convertir el gas natural en hidrógeno antes de su uso en la celda de combustible. Por lo tanto, esto todavía emite CO 2 (ver reacción), pero funcionar (temporalmente) con esto puede ser una buena solución hasta el punto en que el hidrógeno comienza a distribuirse a través del sistema de tuberías (gas natural).
Otro ejemplo de MicroCHP es un horno de condensación que produce electricidad alimentado con gas natural o propano. Combina la técnica de ahorro de combustible de la cogeneración, es decir, la producción de energía eléctrica y calor útil a partir de una única fuente de combustión. El horno de condensación es un sistema de gas de aire forzado con un intercambiador de calor secundario que permite extraer calor de los productos de combustión hasta la temperatura ambiente junto con la recuperación de calor del vapor de agua. La chimenea se sustituye por un desagüe de agua y ventilación al lateral del edificio.
Una planta que produce electricidad, calor y frío se denomina planta de trigeneración [28] o poligeneración. Los sistemas de cogeneración vinculados a enfriadores de absorción o enfriadores de adsorción utilizan el calor residual para la refrigeración . [29]
En Estados Unidos , Consolidated Edison distribuye 66 mil millones de kilogramos de vapor a 180 °C (350 °F) cada año a través de sus siete plantas de cogeneración a 100.000 edificios en Manhattan , el distrito de vapor más grande de Estados Unidos. La entrega máxima es de 10 millones de libras por hora (o aproximadamente 2,5 GW). [30] [31]
La cogeneración sigue siendo común en fábricas de pulpa y papel , refinerías y plantas químicas. En esta "cogeneración industrial/CHP", el calor normalmente se recupera a temperaturas más altas (por encima de 100 grados C) y se utiliza para el proceso de vapor o tareas de secado. Este es más valioso y flexible que el calor residual de baja calidad, pero conlleva una ligera pérdida de generación de energía. El mayor enfoque en la sostenibilidad ha hecho que la cogeneración industrial sea más atractiva, ya que reduce sustancialmente la huella de carbono en comparación con la generación de vapor o la quema de combustible en el sitio y la importación de energía eléctrica de la red.
Las unidades de cogeneración industrial más pequeñas tienen una capacidad de producción de 5 MW a 25 MW y representan una opción viable fuera de la red para una variedad de aplicaciones remotas para reducir las emisiones de carbono. [32]
Las plantas de cogeneración industriales normalmente funcionan a presiones de caldera mucho más bajas que las de servicios públicos. Entre las razones se encuentran: 1) Las plantas de cogeneración enfrentan una posible contaminación del condensado devuelto. Debido a que el agua de alimentación de calderas de las plantas de cogeneración tiene tasas de retorno mucho más bajas que las de las plantas de energía 100% condensadas, las industrias generalmente tienen que tratar proporcionalmente más agua de reposición de las calderas. El agua de alimentación de la caldera debe estar completamente libre de oxígeno y desmineralizada, y cuanto mayor sea la presión, más crítico será el nivel de pureza del agua de alimentación. [5] 2) Las empresas de servicios públicos suelen generar energía a mayor escala que la industria, lo que ayuda a compensar los mayores costos de capital de la alta presión. 3) Es menos probable que las empresas de servicios públicos tengan cambios bruscos de carga que las operaciones industriales, que implican apagar o poner en marcha unidades que pueden representar un porcentaje significativo de la demanda de vapor o energía.
Un generador de vapor con recuperación de calor (HRSG) es una caldera de vapor que utiliza gases de escape calientes de las turbinas de gas o motores alternativos en una planta CHP para calentar agua y generar vapor . El vapor, a su vez, impulsa una turbina de vapor o se utiliza en procesos industriales que requieren calor.
Los HRSG utilizados en la industria CHP se distinguen de los generadores de vapor convencionales por las siguientes características principales:
La biomasa se refiere a cualquier materia vegetal o animal en la que sea posible reutilizarla como fuente de calor o electricidad, como la caña de azúcar , los aceites vegetales, la madera, los desechos orgánicos y los residuos de las industrias alimentaria o agrícola . Brasil ahora es considerado una referencia mundial en términos de generación de energía a partir de biomasa. [33]
Un sector en crecimiento en el uso de biomasa para la generación de energía es el sector azucarero y alcohólico, que utiliza principalmente bagazo de caña como combustible para la generación de energía térmica y eléctrica [34]
En la industria de la caña de azúcar, la cogeneración se alimenta del residuo del bagazo del refinado del azúcar, que se quema para producir vapor. Se puede enviar algo de vapor a través de una turbina que hace girar un generador, produciendo energía eléctrica. [35]
La cogeneración de energía en industrias de caña de azúcar ubicadas en Brasil es una práctica que viene creciendo en los últimos años. Con la adopción de la cogeneración de energía en el sector azucarero y alcoholero, las industrias de la caña de azúcar pueden abastecer la demanda de energía eléctrica necesaria para operar y generar un excedente que puede ser comercializado. [36] [37]
En comparación con la generación de energía eléctrica mediante centrales termoeléctricas a base de combustibles fósiles , como el gas natural , la generación de energía a partir del bagazo de caña de azúcar tiene ventajas ambientales debido a la reducción de emisiones de CO 2 . [38]
Además de las ventajas ambientales, la cogeneración a partir del bagazo de caña presenta ventajas en términos de eficiencia respecto a la generación termoeléctrica, a través del destino final de la energía producida. Mientras que en la generación termoeléctrica parte del calor producido se pierde, en la cogeneración este calor tiene la posibilidad de ser utilizado en los procesos productivos, aumentando la eficiencia global del proceso. [38]
En el cultivo de la caña de azúcar, se suelen utilizar fuentes de potasio que contienen altas concentraciones de cloro , como el cloruro de potasio (KCl). Considerando que el KCl se aplica en grandes cantidades, la caña de azúcar termina absorbiendo altas concentraciones de cloro. [39]
Debido a esta absorción, cuando el bagazo de la caña de azúcar es quemado en la cogeneración eléctrica, termina emitiéndose dioxinas [39] y cloruro de metilo [40] . En el caso de las dioxinas, estas sustancias se consideran muy tóxicas y cancerosas. [41] [42] [43]
En el caso del cloruro de metilo, cuando esta sustancia se emite y llega a la estratosfera , termina siendo muy dañina para la capa de ozono , ya que el cloro al combinarse con la molécula de ozono genera una reacción catalítica que conduce a la ruptura de los enlaces del ozono. [40]
Después de cada reacción, el cloro inicia un ciclo destructivo con otra molécula de ozono. De esta forma, un solo átomo de cloro puede destruir miles de moléculas de ozono. A medida que estas moléculas se van rompiendo, no pueden absorber los rayos ultravioleta . Como resultado, la radiación ultravioleta es más intensa en la Tierra y se produce un empeoramiento del calentamiento global . [40]
Una bomba de calor se puede comparar con una unidad CHP de la siguiente manera. Si, para suministrar energía térmica, el vapor de escape del turbogenerador debe tomarse a una temperatura superior a la que el sistema produciría la mayor parte de la electricidad, la generación eléctrica perdida es como si se utilizara una bomba de calor para proporcionar el mismo calor tomando energía eléctrica del generador funcionando a una temperatura de salida más baja y una mayor eficiencia. [44] Normalmente, por cada unidad de energía eléctrica perdida, se ponen a disposición aproximadamente 6 unidades de calor a aproximadamente 90 °C (194 °F). Por lo tanto, la cogeneración tiene un coeficiente de rendimiento (COP) efectivo en comparación con una bomba de calor de 6. [45] Sin embargo, para una bomba de calor operada de forma remota, habría que considerar pérdidas en la red de distribución eléctrica, del orden del 6%. Debido a que las pérdidas son proporcionales al cuadrado de la corriente, durante los períodos pico las pérdidas son mucho mayores que esto y es probable que la aplicación generalizada (es decir, la aplicación de bombas de calor en toda la ciudad) cause una sobrecarga de las redes de distribución y transmisión a menos que se refuercen sustancialmente.
También es posible ejecutar una operación impulsada por calor combinada con una bomba de calor, donde el exceso de electricidad (ya que la demanda de calor es el factor definitorio en se [ se necesita aclaración ] ) se utiliza para impulsar una bomba de calor. A medida que aumenta la demanda de calor, se genera más electricidad para accionar la bomba de calor y el calor residual también calienta el fluido calefactor.
Como la eficiencia de las bombas de calor depende de la diferencia entre la temperatura del extremo caliente y del extremo frío (la eficiencia aumenta a medida que la diferencia disminuye), puede valer la pena combinar incluso el calor residual de grado relativamente bajo que de otro modo no sería adecuado para la calefacción doméstica con bombas de calor. Por ejemplo, un depósito suficientemente grande de agua de refrigeración a 15 °C (59 °F) puede mejorar significativamente la eficiencia de las bombas de calor que extraen de dicho depósito en comparación con las bombas de calor de fuente de aire que extraen aire frío durante un período de -20 °C (-4 °F) noche. En el verano, cuando hay demanda tanto de aire acondicionado como de agua caliente, la misma agua puede incluso servir como "vertedero" para el calor residual rechazado por las unidades de aire acondicionado y como "fuente" para las bombas de calor que proporcionan agua caliente. Esas consideraciones están detrás de lo que a veces se llama "calefacción urbana fría" que utiliza una fuente de "calor" cuya temperatura está muy por debajo de las que se emplean habitualmente en la calefacción urbana. [46]
La mayoría de los países industrializados generan la mayor parte de sus necesidades de energía eléctrica en grandes instalaciones centralizadas con capacidad para producir grandes cantidades de energía eléctrica. Estas plantas se benefician de las economías de escala, pero es posible que necesiten transmitir electricidad a través de largas distancias, lo que provoca pérdidas de transmisión. La producción de cogeneración o trigeneración está sujeta a limitaciones en la demanda local y, por lo tanto, en ocasiones puede ser necesario reducirla (por ejemplo, producción de calor o refrigeración para satisfacer la demanda). Un ejemplo de cogeneración con aplicaciones de trigeneración en una ciudad importante es el sistema de vapor de la ciudad de Nueva York .
Todo motor térmico está sujeto a los límites de eficiencia teórica del ciclo de Carnot o del subconjunto del ciclo Rankine en el caso de las centrales de turbina de vapor o del ciclo de Brayton en las centrales de turbina de gas con turbina de vapor. La mayor parte de la pérdida de eficiencia con la generación de energía a vapor está asociada con el calor latente de vaporización del vapor que no se recupera cuando una turbina agota su vapor de baja temperatura y presión hacia un condensador. (El vapor típico que llega al condensador tendría una presión absoluta de unos pocos milímetros y del orden de 5 °C/11 °F más caliente que la temperatura del agua de refrigeración, dependiendo de la capacidad del condensador). En la cogeneración, este vapor sale de la turbina a una temperatura más alta. donde se puede utilizar para calor de proceso, calor de construcción o refrigeración con un enfriador de absorción . La mayor parte de este calor proviene del calor latente de vaporización cuando el vapor se condensa.
La eficiencia térmica en un sistema de cogeneración se define como:
Dónde:
La producción de calor también se puede utilizar para enfriar (por ejemplo, en verano), gracias a un enfriador de absorción. Si se logra el enfriamiento al mismo tiempo, la eficiencia térmica en un sistema de trigeneración se define como:
Dónde:
Los modelos típicos de cogeneración tienen pérdidas como en cualquier sistema. La distribución de energía a continuación se representa como un porcentaje de la energía total de entrada: [47]
Las centrales eléctricas convencionales alimentadas con carbón o energía nuclear convierten entre el 33% y el 45% del calor que ingresan en electricidad. [48] [5] Las centrales eléctricas de ciclo Brayton funcionan con hasta un 60% de eficiencia. En el caso de las centrales eléctricas convencionales, aproximadamente entre el 10 y el 15 % de este calor se pierde por la chimenea de la caldera. La mayor parte del calor restante emerge de las turbinas como calor residual de baja calidad sin usos locales significativos, por lo que generalmente se rechaza al medio ambiente, normalmente al agua de refrigeración que pasa a través de un condensador. [5] Debido a que el escape de la turbina normalmente está justo por encima de la temperatura ambiente, se sacrifica parte de la generación potencial de energía al rechazar el vapor a mayor temperatura de la turbina para fines de cogeneración. [49]
Para que la cogeneración sea práctica, la generación de energía y el uso final del calor deben estar relativamente cerca (normalmente <2 km). Aunque la eficiencia de un pequeño generador eléctrico distribuido puede ser menor que la de una gran central eléctrica, el uso de su calor residual para calefacción y refrigeración local puede dar como resultado un uso global del suministro de combustible primario de hasta el 80%. [48] Esto proporciona importantes beneficios financieros y medioambientales.
Normalmente, para una planta alimentada por gas, el costo total instalado por kW eléctrico es de alrededor de £400/kW (USD 577), lo que es comparable con las grandes centrales eléctricas. [50]
La UE ha incorporado activamente la cogeneración en su política energética a través de la Directiva CHP . En septiembre de 2008, en una audiencia del Intergrupo sobre Vivienda Urbana del Parlamento Europeo, se cita al Comisario de Energía, Andris Piebalgs, diciendo: "la seguridad del suministro realmente comienza con la eficiencia energética ". [51] La eficiencia energética y la cogeneración están reconocidas en los primeros párrafos de la Directiva sobre cogeneración 2004/08/CE de la Unión Europea. Esta directiva pretende apoyar la cogeneración y establecer un método para calcular las capacidades de cogeneración por país. El desarrollo de la cogeneración ha sido muy desigual a lo largo de los años y ha estado dominado durante las últimas décadas por las circunstancias nacionales.
La Unión Europea genera el 11% de su electricidad mediante cogeneración. [52] Sin embargo, existe una gran diferencia entre los Estados miembros, con variaciones en el ahorro de energía entre el 2 % y el 60 %. Europa tiene los tres países con las economías de cogeneración más intensivas del mundo: Dinamarca, Países Bajos y Finlandia. [53] De los 28,46 TWh de energía eléctrica generada por centrales térmicas convencionales en Finlandia en 2012, el 81,80% fue cogeneración. [54]
Otros países europeos también están haciendo grandes esfuerzos para aumentar la eficiencia. Alemania informó que en la actualidad más del 50% de la demanda total de electricidad del país podría cubrirse mediante cogeneración. Hasta ahora, Alemania se ha fijado el objetivo de duplicar su cogeneración eléctrica del 12,5% de la electricidad del país al 25% de la electricidad del país para 2020 y ha aprobado legislación de apoyo en consecuencia. [55] El Reino Unido también apoya activamente la producción combinada de calor y energía. A la luz del objetivo del Reino Unido de lograr una reducción del 60% en las emisiones de dióxido de carbono para 2050, el gobierno se ha fijado el objetivo de obtener al menos el 15% de su consumo gubernamental de electricidad a partir de CHP para 2010. [56] Otras medidas del Reino Unido para fomentar el crecimiento de CHP son incentivos financieros, subvenciones, un marco regulatorio más amplio y liderazgo y asociación gubernamentales.
Según el modelo de expansión de la cogeneración de 2008 de la AIE para los países del G8, la expansión de la cogeneración sólo en Francia, Alemania, Italia y el Reino Unido duplicaría efectivamente los ahorros de combustible primario existentes para 2030. Esto aumentaría los ahorros de Europa de los 155,69 Twh actuales a 465. Twh en 2030. También resultaría en un aumento del 16% al 29% en la electricidad cogenerada total de cada país para 2030.
Los gobiernos reciben asistencia en sus esfuerzos de cogeneración por parte de organizaciones como COGEN Europa , que sirven como centro de información para las actualizaciones más recientes de la política energética europea. COGEN es la organización coordinadora europea que representa los intereses de la industria de la cogeneración.
El proyecto ene.field del Séptimo Programa Marco de la Empresa Conjunta de Pilas de Combustible e Hidrógeno, una asociación público-privada europea, despliega en 2017 [57] hasta 1.000 instalaciones residenciales de calor y energía combinadas ( micro-CHP ) con pilas de combustible en 12 estados. En 2012 se han realizado las 2 primeras instalaciones. [58] [59] [60]
En el Reino Unido , el plan Combined Heat and Power Quality Assurance regula la producción combinada de calor y energía. Se introdujo en 1996. Define, mediante el cálculo de entradas y salidas, la "cogeneración de buena calidad" en términos del logro de ahorros de energía primaria frente a la generación convencional separada de calor y electricidad. Se requiere el cumplimiento de la Garantía de Calidad Combinada de Calor y Energía para que las instalaciones de cogeneración sean elegibles para subsidios gubernamentales e incentivos fiscales. [61]
Quizás el primer uso moderno del reciclaje de energía fue realizado por Thomas Edison . Su estación Pearl Street de 1882 , la primera central eléctrica comercial del mundo, era una central combinada de calor y energía que producía electricidad y energía térmica mientras utilizaba el calor residual para calentar los edificios vecinos. [62] El reciclaje permitió que la planta de Edison alcanzara aproximadamente un 50 por ciento de eficiencia.
A principios del siglo XX, surgieron regulaciones para promover la electrificación rural mediante la construcción de plantas centralizadas administradas por empresas de servicios públicos regionales. Estas regulaciones no sólo promovieron la electrificación en todo el campo, sino que también desalentaron la generación de energía descentralizada, como la cogeneración.
En 1978, el Congreso reconoció que la eficiencia en las centrales eléctricas se había estancado y buscó fomentar una mayor eficiencia con la Ley de Políticas Reguladoras de Servicios Públicos (PURPA), que alentaba a las empresas a comprar energía de otros productores de energía.
Proliferaron las plantas de cogeneración, que pronto produjeron alrededor del 8% de toda la energía en Estados Unidos. [63] Sin embargo, el proyecto de ley dejó la implementación y el cumplimiento en manos de los estados individuales, lo que resultó en que se hiciera poco o nada en muchas partes del país. [ cita necesaria ]
El Departamento de Energía de los Estados Unidos tiene el objetivo agresivo de que la cogeneración constituya el 20% de la capacidad de generación para 2030. [ cita necesaria ] Se han establecido ocho centros de aplicación de energía limpia [64] en todo el país. Su misión es desarrollar el conocimiento de la aplicación de tecnología y la infraestructura educativa necesarios para liderar las tecnologías de "energía limpia" (calor y energía combinados, recuperación de calor residual y energía urbana) como opciones energéticas viables y reducir cualquier riesgo percibido asociado con su implementación. El objetivo de los Centros de Aplicaciones es proporcionar un programa de extensión e implementación de tecnología para usuarios finales, formuladores de políticas, empresas de servicios públicos y partes interesadas de la industria.
Las altas tarifas eléctricas en Nueva Inglaterra y el Atlántico Medio hacen que estas zonas de Estados Unidos sean las más beneficiosas para la cogeneración. [65] [66]
Cualquiera de las siguientes centrales eléctricas convencionales puede convertirse en un sistema combinado de refrigeración, calor y energía: [67]
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