Qué es la cogeneración: la industria frente al espejo de la transición energética

Avedøre es un pequeño suburbio al sur de Copenhague. La mayor parte de sus habitantes vive en bloques de hormigón a las orillas de los canales que recorren las llanuras de la isla de Zelandia. Al sur, antes de tocar las aguas de la bahía de Køge y el estrecho de Øresund, dos chimeneas, altas y delgadas, recortan el horizonte. Son la señal de que allí se genera buena parte del calor que ayuda a la capital danesa a sobrellevar los rigores del invierno nórdico.

Las chimeneas pertenecen a la planta de cogeneración de Avedøre. Esta es, entre las de su tipo, una de las más avanzadas del planeta. Capaz de consumir diferentes tipos de combustible y generar calor y electricidad al mismo tiempo con alta eficiencia energética. Pero su historia no es algo futurista. Su historia nos lleva a los años 80 del siglo pasado y a una decisión que cambió las bases de la planificación energética de Dinamarca.

El sistema de calefacción urbana de Copenhague empezó a desplegarse en 1984 dentro de un paquete de nuevas medidas para superar el impacto de la crisis del petróleo de la década anterior. Gracias a ello, hoy es capaz de suministrar calor de forma estable al 97 % de la población de la ciudad. Esto ha conseguido que sea replicado en otras localidades del país.

De acuerdo con el informe de C40 Cities sobre este modelo, el sistema abarata la factura de la calefacción de cada hogar de Copenhague en unos 1.400 euros al año. Por lo tanto, se evita la emisión de 665.000 toneladas de dióxido de carbono (CO2) anuales en toda el área metropolitana. Y es que la calefacción urbana de la ciudad danesa se alimenta del calor residual. Este se genera en varias centrales de ciclo combinado de electricidad repartidas entre distritos. Finalmente, en total suma la energía térmica de cuatro plantas de cogeneración, cuatro incineradoras de residuos y más de 50 calderas, con una producción de calor de alrededor de 30.000 terajulios.

Avedøre es la mayor de las cuatro centrales de cogeneración y la más avanzada. Dividida en dos unidades, alcanza una eficiencia de hasta el 94%. Es decir, por cada 100 unidades de energía que entran en la planta en forma de combustible, 94 acaban convertidas en calor o electricidad. Por comparar, el rendimiento que se obtiene en las plantas de ciclo combinado más avanzadas no supera el 60%.

Originalmente, la planta de ciclo combinado de Avedøre fue diseñada para funcionar con carbón. Tras varias adaptaciones, hoy puede combinar diferentes combustibles, incluyendo petróleo, gas natural y diferentes residuos vegetales y palets de madera (lo más usado en la actualidad). Entre Avedøre y las otras tres cogeneraciones, el área metropolitana de Copenhague cubre el 70% de sus necesidades de calor y alrededor de un tercio de su demanda eléctrica (aunque este porcentaje varía en función del aporte de las fuentes renovables).

El caso danés es paradigmático, pero no es único. Otros países nórdicos o Japón han apostado también por la cogeneración como pilar de un sistema eficiente de calefacción y electricidad urbana. Sin embargo, a nivel global, el gran poder de esta tecnología es aprovechado, sobre todo, por la industria.

“Hay procesos industriales que requieren mucho calor en sus transformaciones, como la industria alimentaria y la conservera, la industria del papel para el secado, la industria química o la industria de la cerámica y el azulejo. Producir ese calor es mucho más eficiente si, además de calor, fabricamos electricidad”, explica Javier Rodríguez Morales, director general de la Asociación Española de Cogeneración (ACOGEN).

“La cogeneración es la producción de electricidad y calor al mismo tiempo. El concepto no cambia sea una industria que utiliza la cogeneración para producir electricidad o una central eléctrica que aprovecha el calor residual. La cogeneración es un concepto que puede aplicarse a múltiples tecnologías. Es hacer dos cosas a la vez y no desperdiciar”, añade.

¿Cómo funciona una planta de cogeneración?

Según el IDAE, una planta de cogeneración o de ciclo combinado, que funciona siempre con un combustible, suele estar formada por motores o turbinas de gas o de vapor capaces de transformar la energía del combustible en energía mecánica y calor. La energía mecánica se transforma en electricidad, habitualmente, mediante un alternador, y el calor se recupera para convertirlo en vapor de agua, agua caliente u otros fluidos térmicos, en función del uso que quiera dársele.

“Pongamos un ejemplo típico de esquema de cogeneración en una planta de alimentación que necesita calor para procesar los alimentos y para limpieza. Esta quema gas natural para mover motores o turbinas, a través del generador se produce la energía eléctrica y de los sistemas de refrigeración del motor o de los gases que emite el motor se extrae el calor a través de calderas de recuperación”, explica Joaquín A. Gómez León, director de desarrollo de Ghesa, una empresa de ingeniería especializada en generación eléctrica. “Con esa caldera de recuperación generan vapor a diferentes presiones y temperaturas o agua caliente”.

Tipos de cogeneración

Este esquema, explicado aquí a muy grandes rasgos, varía en función de la tecnología aplicada y del tipo de combustible utilizado. Según estos elementos, tal como se detalla en el repositorio ‘Combined Heat and Power Plant’, de Science Direct, existen muchos tipos de centrales de cogeneración. Estos son algunos de los principales:

• Cogeneración con motor de gas. Funcionan habitualmente con gas natural, aunque pueden usar gasóleo o fuelóleo. Son muy eficientes en la generación de electricidad, pero menos eficientes para producir calor.
• Cogeneración con turbina de gas. Tienen menor rendimiento eléctrico, pero la recuperación del calor residual es más sencilla. Funcionan normalmente con gas.
• Cogeneración con motor de biocombustible. Suelen ser centrales de gas o petróleo adaptadas para funcionar con uno o varios tipos de biocombustibles.
• Cogeneración con turbina de vapor. Este fue el primer tipo de cogeneración y aprovecha la energía mecánica del vapor de una caldera.
• Cogeneración en ciclo combinado con turbina de gas y vapor. Este sistema permite un mayor aprovechamiento desde el punto de vista eléctrico. Los gases de escape de la turbina de gas se utilizan para alimentar una turbina de vapor que produce energía adicional.

“La cogeneración puede hacerse a cualquier escala, se adapta. En muchos países existe la micro cogeneración para calentar viviendas. También es posible hacer cogeneración nuclear o solar, gracias a las centrales termosolares que concentran el calor en un punto”, detalla Javier Rodríguez Morales, de ACOGEN. “Pero lo que más se usa ahora mismo es gas. Hoy es gas natural, y a medio plazo será cualquier gas como biogás o hidrógeno”.

Ventajas de la cogeneración

La cogeneración no es un fin en sí mismo, es una forma de sacar más partido a los sistemas existentes. Permite a una fábrica que necesita altas temperaturas aprovechar el combustible para producir electricidad. Y permite a una ciudad que necesita tener los radiadores encendidos más de seis meses al año extraer hasta la última gota de energía del combustible.

A nivel europeo, según los datos de la Agencia Europea del Medioambiente, el 11% de la electricidad producida en la Unión Europea proviene de plantas de cogeneración. Aunque la información no está muy actualizada, la potencia instalada no ha cambiado mucho y los datos coinciden con los que maneja la asociación sectorial COGEN Europe. La cogeneración sirve, además, para cubrir el 15% de las necesidades de calor de la Unión Europea. Tal como detallan desde la asociación, estas son las ventajas de la cogeneración:

• Mayor eficiencia energética. La cogeneración es hasta un 40 % más eficiente que la generación separada de calor y energía.
• Reducción de emisiones. La mayor eficiencia permite reducir las emisiones de dióxido de carbono de los procesos de producción de energía. Según los datos de COGEN, los países de la UE evitan la emisión de 200 millones de toneladas de CO2 al año mediante la cogeneración.
• Reducción de costes y competitividad. El ahorro en la factura energética es evidente, tanto a nivel doméstico como industrial. Los usuarios de la cogeneración se benefician de una mayor eficiencia y, por lo tanto, necesitan menos combustible para cubrir su demanda de calor y electricidad.
• Producción flexible y distribuida. “La cogeneración se adapta a las necesidades de cada fábrica. Si una factoría necesita producir calor, instala tecnología de cogeneración a medida que le permite aprovechar el resto de la energía como electricidad. Ahorra energía, ahorra en infraestructuras, reduce las pérdidas, gana autonomía energética e incrementa la seguridad de suministro”, explica el Rodríguez Morales. Además, las centrales se construyen a menor escala, produciendo energía allí donde se necesita.
• Mayor resistencia del sistema energético. La cogeneración aporta una base estable de energía a la red eléctrica. Esto, unido a la producción distribuida, permite reducir la vulnerabilidad del sistema.
• Menores costes de transmisión y distribución. Como consecuencia de la producción distribuida, también se reducen los costes de transportar la energía, sea electricidad o calor, abaratando los precios para la industria y los usuarios finales.
• Menor dependencia de la importación. Para los países importadores de combustibles fósiles, como son todos los de la Unión Europea, desarrollar sistemas más eficientes permite reducir la dependencia del exterior.
• Competitividad de la industria y más puestos de trabajo. El sector industrial es uno de los motores económicos, pero los costes energéticos lastran en muchas ocasiones su competitividad. Actualmente, el sector de la cogeneración emplea a 100.000 personas en la Unión Europea. En España, el 25 % de PIB industrial de España se produce con cogeneración.

La cogeneración frente a la transición energética

La hoja de ruta del Acuerdo de París marca el camino para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) a nivel global para frenar el cambio climático. Estas emisiones provienen, en su mayoría, del uso de los combustibles fósiles, la fuente de energía que ha impulsado el desarrollo y crecimiento global desde la primera revolución industrial hace ya 250 años.

Según los datos de Climate Watch, el 73 % de las emisiones mundiales está ligado a la producción de energía, ya sea para industria (24,2 %), transporte (16,2 %) o para las viviendas y edificios comerciales (17,5 %). Cambiar este esquema para reducir las emisiones pasa por la llamada transición energética, un proceso que en muchas ocasiones se asocia con la electrificación y el uso de fuentes renovables, pero que es bastante más complejo.

“Para muchas industrias, hoy por hoy, no hay alternativa real a los combustibles fósiles. La electrificación para buena parte de la industria es complicada y también es complicado depender solo de la generación eólica y solar, que no sirven para crear la base estable que necesita la red eléctrica”, subraya Joaquín A. Gómez León, de Ghesa. “La cogeneración es una buena alternativa, porque permite un ahorro de emisiones primarias muy importante”.

Las plantas de cogeneración de energía permiten, además, el uso de los llamados combustibles verdes, como la biomasa, el biogás o el hidrógeno producido con fuentes renovables (cuando esté ampliamente disponible). No se trata de combustibles con una huella de carbono cero en sus procesos, pero sí permiten una disminución significativa de la contaminación respecto a las fuentes fósiles. En el caso de la biomasa, aunque su combustión emite CO2, este no se contabiliza igual, ya que se liberaría por sí solo en la naturaleza.

“El calor de alta temperatura que necesitan muchas industrias no es electrificable en la actualidad. Pero es importante que la industria no pierda competitividad en el proceso de transición energética. La cogeneración transmite la confianza de que la transición va a ser competitiva”, señala desde ACOGEN Javier Rodríguez Morales.

“La transición energética tiene muchos caminos. A nivel de industria va a significar gestionar múltiples activos (biomasa, biogás, fotovoltaica, eólica…), integrar todos los vectores posibles y gestionarlos de forma flexible y dinámica. Cuando haga sol, se aprovecha esa energía. Cuando no, se aprovecha la cogeneración”, concluye. “En el fondo, debe haber un cambio de paradigma, pasar de ser un simple consumidor a ser un ‘prosumidor’. Es el mismo concepto que inició la cogeneración hace muchos años: ser a la vez productor y consumidor”.

La cogeneración puede convertirse, en resumen, en una palanca capaz de asegurar los tres verticales de la sostenibilidad de la industria. La medioambiental, permitiendo mayor eficiencia y menos emisiones; la social, protegiendo el papel de la industria como fuente de empleo; y la económica, asegurando la competitividad industrial a medio plazo. Y, mientras tanto, podrá seguir también caldeando los inviernos nórdicos.