La cogeneración es la producción conjunta, por el propio usuario, de electricidad y energía térmica útil (calor), partiendo de un único combustible.

Esta generación simultánea de calor y electricidad, permite un mejor aprovechamiento de la energía primaria que se transforma respecto a la producción de electricidad y calor por separado.

Los sistemas de cogeneración presentan rendimientos globales del orden del 85-90%, lo que implica que el aprovechamiento simultáneo de electricidad y calor favorezca la obtención de elevados índices de ahorro energético.

El gas natural es la energía primaria más utilizada para el funcionamiento de las centrales de cogeneración, las cuales funcionan con turbinas o motores a gas. No obstante, también se pueden utilizar fuentes de energía renovables y residuos como biomasa.

Los sistemas de cogeneración se clasifican normalmente dependiendo de la máquina motriz utilizada para la generación eléctrica.

Tecnologías básicas de la cogeneración

Los sistemas de cogeneración se basan principalmente en dos tecnologías de producción de electricidad, el motor alternativo de combustión interna y la turbina de gas.

Los motores alternativos de combustión interna se basan en convertir la energía química contenida en un producto combustible en energía eléctrica y térmica. El principio de funcionamiento de un motor alternativo está basado en conseguir mediante los movimientos lineales y alternativos de los pistones el movimiento de giro de un eje. La energía eléctrica se obtiene mediante un alternador acoplado directamente al eje del motor, mientras que la energía térmica se obtiene en forma de gases de escape y agua caliente de los circuitos de refrigeración.

Las turbinas de gas convierten la energía química contenida en un producto combustible en energía eléctrica y térmica.

Las turbinas de gas siguen el ciclo de Brayton. El aire es aspirado de la atmósfera y comprimido mediante el compresor rotativo para conducirse a la cámara de combustión donde los productos de la combustión se expansionan a la turbina hasta la presión atmosférica. La energía eléctrica se obtiene a partir de un alternador acoplado, directamente o mediante un reductor, al eje de la turbina que aprovecha el trabajo neto del ciclo.

Se denomina microcogeneración a la cogeneración de hasta 50 kW eléctricos.
La microcogeneración, con microturbinas de gas o micromotores de combustión, son aplicaciones que se han implantado con éxito en instalaciones del sector terciario tan diversas como son las correspondientes a hospitales, hoteles y oficinas.

Se trata de equipos que funcionan típicamente como elementos generadores de calor, dotando de agua caliente sanitaria (ACS) y calefacción a edificios, es decir, funcionan como calderas convencionales.

A diferencia de una caldera convencional, los sistemas de microcogeneración generan electricidad junto con calor, con una eficiencia muy elevada. Permiten ahorrar combustible, disminuyen las emisiones de gases invernadero y reducen los costes de generación de electricidad.

Estos equipos funcionan paralelamente a la red eléctrica pero también pueden inyectar electricidad a la red. El calor generado se utiliza generalmente para la producción de calefacción, ACS y puntualmente refrigeración, contribuyendo al ahorro energético.

Según el Código Técnico de Edificación, la exigencia de contribución solar mínima en el aporte energético de agua caliente sanitaria de toda nueva vivienda puede ser sustituida por otros sistemas que usen fuentes renovables o procesos de cogeneración. De este modo, en cada situación las características energéticas, físicas y operativas determinará la viabilidad de la instalación de equipos de microcogeneración ó de sistemas de captación solar.

La solución basada en la generación de las necesidades de calor mediante sistemas de microcogeneración para la generación de ACS, calefacción y frío, reporta ventajas respecto a la generación de esta demanda mediante sistemas convencionales (calderas) y en muchos casos en los basados en colectores solares térmicos exclusivamente.

Se define trigeneración como la generación conjunta de energía eléctrica, energía térmica en forma de calor y energía térmica en forma de frío.

Se trata pues del aprovechamiento del calor residual de la generación eléctrica para producir calor, frío y electricidad mediante un sencillo sistema integrado a partir de un mismo combustible.

Un sistema de trigeneración se consigue al acoplar un sistema de cogeneración por motor térmico o por turbina, junto con una máquina de absorción destinada a refrigerar agua utilizando la energía térmica contenida en el agua de enfriamiento y/o los gases de escape del elemento motriz del alternador eléctrico.

Las plantas de trigeneración, debido a su alto rendimiento, posibilitan una gran reducción del coste energético de los procesos productivos allí donde se requieren importantes cantidades de calor en forma de vapor o agua caliente, frío o energía eléctrica.

Los sistemas de trigeneración permiten su viabilidad técnica y económica en centros no consumidores de calor pero sí de frío, generalmente relacionados con procesos industriales. Asimismo, permite la utilización en el sector terciario (hoteles, hospitales, centros comerciales, etc) donde además de calor se requiere frío para climatización y que debido a la estacionalidad de estos consumos, calor en invierno y frío en verano, impedía la normal operación de una planta de cogeneración. Al aprovecharse el calor también para la producción de frío, permite una mayor estabilidad en el aprovechamiento del calor.

La colocación de una máquina de absorción permite disponer de una curva de demanda térmica más homogénea a lo largo del año, permitiendo aumentar el tamaño y funcionamiento de la instalación de cogeneración.

En los proyectos de trigeneración, el calor necesario para activar el ciclo de refrigeración por absorción puede obtenerse de:

1. Simple efecto:

1. Agua caliente procedente de:
   • Enfriamiento del motor de cogeneración.
   • Intercambio con gases de escape de la turbina o del motor de cogeneración.
2. Vapor a baja presión, producido con:
   • Intercambio con los gases de escape de la turbina o del motor de cogeneración.

2. Doble efecto:

1. Gases de escape procedentes de:
   • Directamente de motores térmicos o turbinas.

3. Sistema dual (doble más simple efecto):

1. Gases de escape y agua caliente procedentes de:
   • La combustión de motores endotérmicos y de su circuito hidráulico de enfriamiento de camisas, culatas y aceite.