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Cogeneración, una alternativa de energía sustentable

El futuro de la energía es una preocupación global. En específico, la generación sustentable de electricidad, la distribución inteligente y el consumo responsable y eficiente son temas permanentes en las agendas de las naciones y de las compañías a cargo de estas labores. ¿Qué papel juega la cogeneración en todo esto y por qué todos hablan de ella?

Por Raúl Chi y Romina Esparza

Las plantas de generación que emplean combustible fósil todavía tienen un rol importante que jugar en la red energética del futuro. La cogeneración demuestra que la protección al medioambiente y la generación convencional pueden ir de la mano. Resultan de gran utilidad cuando no hay suficiente viento o sol, por lo que necesitan tener una capacidad de arranque y de entrada a plena marcha de manera muy rápida.

Las plantas de cogeneración son eficientes en costos cuando se emplean para generar electricidad. Adicionalmente, hacen posible recuperar el calor que se emite en el proceso para hacer la operación de la planta incluso más económica. La producción combinada de calor y energía juega un papel sustancial para incrementar la productividad de la energía y proteger el clima de todo el planeta.

La cogeneración, o Combined Heat and Power (CHP), ha sido aplicada en distintos países con resultados exitosos. Este tipo de plantas emplea el gas natural que consume al máximo y reduce el nivel de emisiones de CO2 considerablemente. Por ello, las plantas de cogeneración no sólo garantizan un suministro de energía confiable, sino que protegen el ambiente.

En una planta de este tipo, a partir de la combustión de gas se genera electricidad y el calor que se emite puede volver a utilizarse para obtener más energía. Al quemar el gas se genera energía térmica, que después es aprovechada para evaporar agua y activar una segunda turbina de vapor, que genera aún más electricidad. El calor restante también puede ser empleado para procesos de alguna industria o enviado a sistemas de enfriamiento o calefacción.

La cogeneración en la industria

Una central de ciclo combinado puede jugar un rol importante en la generación y distribución de energía entre usuarios industriales. Las ventajas de un sistema de cogeneración de energía son su alta flexibilidad y seguridad de servicio, una mejor gestión de cargas y menos requisitos para la construcción de redes, así como menos pérdidas en ellas. También es posible reducir el costo de combustibles entre 15 y 40 %, debido a que se utiliza mucho menos carburante para generar la misma cantidad de electricidad, se pierde menos en el proceso de distribución y se puede vender el excedente.

Por su confiabilidad y estabilidad al momento de producir energía eléctrica y calor, las centrales de cogeneración pueden ser utilizadas en muchas industrias. Aprovechar el combustible al máximo a través de un ciclo combinado incrementa la confianza en el suministro de energía, evita cortes, variaciones de voltaje y otras fallas.

Un ejemplo particular es el de la destilería William Grant & Sons, la cual ha sido catalogada como una de las más grandes productoras a nivel mundial y que desde hace más de 130 años se convirtió en proveedor de electricidad para la comunidad de Girvan, al Oeste de Escocia, en Reino Unido.

Para Grant & Sons, el proceso de producción de whisky implica la ebullición de agua combinada con malta, o maltas, para fomentar la fermentación. El vapor y la electricidad eran suministrados por largas calderas que quemaban combustible líquido y se conectaban a la red eléctrica, lo que representaba un alto costo de producción. Por eso, la empresa invirtió en un esquema de cogeneración para la operación de toda la destilería.

Para Conn Lynch, gerente de la destilería, la decisión fue muy difícil para todos. “Tuvimos que transitar de nuestro negocio primario a generar nuestra energía para poder caminar a futuro. Observamos cuidadosamente los requerimientos, visitamos numerosas instalaciones CHP en Escocia para saber cómo eran operadas”, comentó. Y puntualizó que “nuestra decisión final fue un paquete basado en la turbina a gas SGT-100, un compresor de gas y un generador de calor a través de vapor. Con una capacidad de 5.25 megawatts de electricidad y hasta 11 toneladas de procesamiento de vapor por hora, empataba claramente con nuestros requisitos de calor y electricidad”.

Después de 4 años de operación de la planta de cogeneración, la inversión inicial ha sido recuperada por la destilería, a través de ahorros en combustible y en la operación, sin la necesidad de utilizar energía externa para complementar la gestión.

En Altamira, Tamaulipas, Grupo Kaltex también es un caso de éxito en el uso de este tipo de tecnología. Para sus procesos de manufactura requerían de electricidad y de vapor y eligieron el modelo de cogeneración para ser más competitivos. Anteriormente, contaban con un suministro independiente de ambos recursos. En su planta de Tamaulipas emplean una turbina de gas SGT-750 con sistemas de control eléctricos y control de la planta. Adicionalmente, la solución implementada le permite a Kaltex transferir la energía a otras localidades y aprovechar la alta confiabilidad resultado de bajos costos. La empresa espera un retorno de inversión de 3 a 4 años desde el inicio de su operación comercial en junio de 2014.

La cogeneración en México

Durante la COP21, llevada a cabo en París, se firmaron acuerdos para realizar acciones de mitigación y acción contra del cambio climático. México también demostró que está comprometido a reducir sus emisiones de CO2 y a incrementar la generación eléctrica a través de fuentes renovables.

Un ejemplo claro es la reciente aprobación de la Ley de Transición Energética, donde el país estableció la meta de generar 35 % de su energía a través de fuentes limpias y renovables hacia 2024. Se estima que para cumplir esta meta se necesitan invertir 75 mil millones de dólares en los próximos 15 años.

En este contexto, la cogeneración supone un esfuerzo importante para lograr que el país vaya hacia un esquema más sustentable y eficiente de generación eléctrica. Sin importar si es a través de fuentes fósiles o renovables, la generación eléctrica en México comienza a dar un paso importante para ser compatible con las metas de reducción de impacto ambiental a través de la tecnología de cogeneración.

El cambio ya está en marcha. Lo demuestran diversos proyectos como Empalme I, Empalme II y Valle de México II, de la Comisión Federal de Electricidad (CFE). En estas plantas se instalarán las primeras turbinas de gas tipo H en Latinoamérica. Este tipo de turbinas son las que hacen posible que las centrales de ciclo combinado obtengan niveles de eficiencia de alrededor de 60 %.

La compañía Siemens está participando activamente en la introducción de esta tecnología para apoyar a la CFE en su objetivo de generar electricidad de manera más eficiente y de menor impacto ambiental. Para José Aparicio, vicepresidente de la División Power & Gas de Siemens para América Latina, “la CFE se está convirtiendo en un pionero en Latinoamérica en la integración de soluciones de alta eficiencia para la generación eléctrica. Esto le permitirá aprovechar los recursos al máximo y reducir su afectación al medioambiente. Con estos pasos, México se convertirá en un centro energético de la región y en referencia para otros proyectos similares”. Los tres proyectos mencionados contarán con un total de seis turbinas de gas modelo SGT6-8000 de clase H: Empalme I, 770 MW; Empalme II, 791 MW, y Valle de México II, 615 MW. A la par, la trasnacional suministrará dos turbinas de gas SGT6-5000F para la planta ubicada en Tula, Hidalgo, a fin de modernizar y mejorar sus niveles de eficiencia. Estas cuatro plantas tienen una capacidad eléctrica combinada de 2 mil 727 MW, cantidad suficiente para abastecer de electricidad a 1 millón de hogares en México.

El mercado de la energía en México está cambiando. La tecnología avanzada y las soluciones probadas internacionalmente jugarán un papel importante durante el proceso de transición. Para que ese cambio se dé, se deben implementar diversas medidas como piezas de un rompecabezas. En el futuro, los sistemas energéticos serán mucho más complejos, intrincados y con estructuras más flexibles a las que se tienen ahora. Adicional a las plantas generadoras de gran escala y altamente eficientes, habrá cientos de nuevos productores pequeños y medianos que generarán energía a partir de fuentes renovables o limpias, como viento, solar, hidroeléctrica, biomasa o geotérmica.

Para que este esquema tenga éxito, se requiere una matriz energética diversa pero unida sistemáticamente. En primer lugar, las energías renovables deben estar disponibles a precios competitivos. Las superautopistas eléctricas y las redes inteligentes deben estar diseñadas e instaladas para armonizar la oferta y la demanda. El desarrollo de nuevas tecnologías para el almacenamiento también será fundamental en este nuevo esquema. Adicionalmente, los grandes “monstruos” consumidores de energía, como los edificios, el transporte y la industria, deben ser mucho más eficientes en su consumo en el futuro.

Cada país tiene sus retos y las soluciones deben ser conformadas con la participación de gobiernos, organizaciones civiles, academia e industria privada. Si todas las medidas son planeadas e implementadas en un esquema adecuado, los distintos actores y tecnologías pueden encajar como las piezas de un rompecabezas, formando un panorama coherente. Así, el modelo de transición será exitoso y las estrategias implementadas pueden ser transferidas a otras regiones del mundo.

Hacia un futuro limpio

Los objetivos planteados por las naciones asistentes a la COP21 en París permitirán que muchos países migren hacia fuentes alternas. Los esfuerzos de las más de 195 naciones que acordaron disminuir la emisión de gases de efecto invernadero en los próximos años son una gran noticia para mantener 1.5 °C como el máximo aumento de la temperatura global.

México, en estos momentos, tiene la certeza de lograr esta disminución de generación de gases de efecto invernadero en muy poco tiempo. Las políticas actuales han llevado al país a ser catalogado como innovador en el tema energético; sin embargo, aún hay mucho por hacer.

La cogeneración energética en México representa una gran oportunidad para cumplir las expectativas de demanda y conciliar las metas internacionales a las que México se ha comprometido para combatir el cambio climático. Para lograr un esquema energético adecuado para el futuro, son necesarias plantas de generación que combinen una serie de factores: eficiencia, flexibilidad, sustentabilidad y costos accesibles para los proveedores de energía y las industrias.

Da clic aquí y lee el artículo completo en la revista Constructor Eléctrico de febrero 2016

Raúl Chi
Project Manager con amplia experiencia en la división Power and Gas de Siemens. Fue responsable de la construcción y puesta en marcha de las plantas de ciclo combinado La Caridad I y La Caridad II para Grupo México.

Romina Esparza
Project Manager e Ingeniero de Proyectos en la división Power and Gas de Siemens. Su trabajo fue fundamental para la ejecución en tiempo y forma de las plantas de ciclo combinado La Caridad I y La Caridad II para Grupo México.

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