La trigeneració és la producció conjunta d’electricitat, calor i fred a partir d’un sol combustible.

Bàsicament, una planta de trigeneració és bastant similar a una de cogeneració a la qual s’afegeix un sistema d’absorció per a la producció de fred.

Gràcies al seu alt rendiment, les plantes de trigeneració permeten reduir considerablement el cost energètic dels processos productius quan es necessiten quantitats considerables de calor en forma de vapor o aigua calenta, fred industrial o energia elèctrica.

La trigeneració és aplicable al sector terciari, on a més de calefacció i aigua calenta es necessiten grans quantitats de fred per a climatització, que consumeix una gran proporció de la demanda elèctrica. L’estacionalitat d’aquests consums (calefacció a l’hivern i climatització a l’estiu) impediria el funcionament normal d’una planta de cogeneració clàssica.

Les màquines d’absorció s’apliquen quan hi ha una demanda de fred per a algun procés de fabricació, climatització, congelació o conservació, i una energia residual.

Aquesta calor residual la poden produir diferents fluids tèrmics, com el vapor, l’aigua calenta, l’aigua sobreescalfada o els gasos calents.

La instal·lació d’una màquina d’absorció ens permet tenir una corba de demanda tèrmica més homogènia al llarg de l’any. D’aquesta manera, es poden augmentar les dimensions de la instal·lació de cogeneració.

Una planta de trigeneració està formada per una planta de cogeneració a la qual s’afegeix un sistema d’absorció per a la producció de fred.

Els sistemes típics de cogeneració on s’integren màquines d’absorció per a la producció de fred són els que fan servir motors alternatius o turbines de gas, tant en cicle simple com combinat.

3.1 Plantes amb motors alternatius

Es tracta de motors de combustió interna que generen energia mecànica a partir de l’energia que es desprèn en la reacció de combustió d’un combustible.

L’interval de potències més usual d’aquests motors en sistemes de cogeneració en el sector industrial és de 100 kW a 1.000 kW.

El rendiment d’aquests motors acostuma a ser del voltant del 30% al 35%.

El seu funcionament és de gran flexibilitat.

L’energia tèrmica generada pel motor alternatiu és de l’ordre del 60% al 70% (l’energia elèctrica és aproximadament del 30%) i prové de:

• refrigeració del motor
• refrigeració de l’oli de lubricació
• gasos d’escapament

3.2 Plantes amb turbines de gas

El seu rendiment de conversió és inferior al dels motors alternatius.

Tenen el gran avantatge que recuperen fàcilment la calor, que es troba gairebé tota concentrada en els gasos d’escapament. En ser a una temperatura d’uns 500º C, aquests gasos són idonis per produir vapor en un generador de recuperació.

Si aquest vapor es produeix a la pressió d’utilització de l’usuari, es parla de cicle simple, i si es genera a alta pressió i temperatura per a la seva expansió prèvia en una turbina de vapor, es parla de cicle combinat.

3.3 Màquina frigorífica d’absorció

Les màquines d’absorció produeixen fred a partir de la calor residual d’algun procés de fabricació.

Generalment, els sistemes de refrigeració aconsegueixen produir el fred gràcies a l’evaporació d’un fluid refrigerant (amoníac, bromur de liti o similar) El fluid refrigerant pren la calor del cos que volem refredar, en evaporar-se a baixa pressió i temperatura.

Posteriorment, es torna el fluid refrigerant a la situació inicial, comprimint-lo i condensant-lo mitjançant una compressió mecànica (aire condicionat) o bé mitjançant una compressió fisicoquímica (màquina d’absorció).

El principal avantatge de les màquines d'absorció és que es poden combinar amb sistemes de cogeneració i actuen com a consumidors tèrmics que ens permeten obtenir aigua o aire de refrigeració a una temperatura d’entre 5,5º C i 7º C. Així doncs, el client final pot estalviar molt en costos operatius en generar el seu propi autoconsum d’electricitat, calor i fred.

4.1 Avantatges de la tecnologia

• Reducció d’emissions de gasos d’efecte d’hivernacle (eina per al compliment del Protocol de Kyoto)
• Disminució de pèrdues en el sistema elèctric i d’inversions en transport i distribució
• Augment de la competitivitat industrial
• Promoció de petites i mitjanes empreses de construcció i operació de plantes de trigeneració.

4.2 Inconvenients

• Inversió addicional i, a més, en una activitat allunyada de les línies normals d’actuació de l’empresa.
• Augment de la contaminació local, com a conseqüència del major consum de combustibles en la mateixa instal·lació.

Són usuaris potencials de sistemes de trigeneració les plantes industrials que reuneixen les característiques següents:

• Demandes de calor, fred i electricitat simultànies i contínues.
• Disponibilitat de combustibles de qualitat.
• Calendari laboral de, com a mínim, 4.000 h a 5.000 h anuals.
• Espai suficient i legalització adequada per a la ubicació dels nous equips.
• Efluents tèrmics de qualitat.

Els sectors del paper i del refinament del petroli són els més atractius per a la instal·lació d’aquest tipus de plantes, a causa de les seves grans necessitats d’energia primària.

Hi ha d’altres sectors on la cogeneració pot generar beneficis substancials, com ara els sectors químic i ceràmic.

D’altra banda, les màquines d’absorció tenen unes aplicacions molt determinades en els projectes en què hi ha la possibilitat d’obtenir efluents tèrmics gratuïts.

En el cas contrari, els estudis de viabilitat demostren períodes d’amortització més llargs que les màquines de compressió convencionals, ja que els COP que s'obtenen en màquines d’absorció només són rendibles si l’energia tèrmica d’escalfament no té cap cost econòmic.

Els tres grans grups d’usuaris en el mercat del fred industrial espanyol són:

• Indústria agroalimentària.
• Aplicacions industrials no alimentàries.
• Transport refrigerat.

Hi ha tres tipus principals d’instal·lació amb obtenció d’efluents tèrmics residuals o gratuïts en què es recomana majoritàriament la instal·lació de màquines d’absorció.

5.1 Instal·lacions amb trigeneració per a la producció d’aigua calenta i motors de combustió

La màquina d’absorció es pot alimentar amb energia tèrmica procedent dels motors de combustió.

Aquesta energia s’obté de la recuperació de la calor dels fums procedents de la combustió i de l’aigua calenta de refrigeració de les camises del motor.

5.2 Instal·lacions amb trigeneració per a la producció de vapor i calderes de postcombustió

A les calderes de postcombustió s’obté vapor a diferents pressions que es pot fer servir per a les màquines d’absorció. D’aquesta manera, podem obtenir un rendiment del 29% de la potència aportada en combustió com a potència frigorífica disponible.

Les instal·lacions de cogeneració mitjançant turbina de gas i cicle combinat amb cicle de vapor exigeixen que el consum elèctric sigui constant, ja que la turbina assoleix els seus rendiments màxims en plena càrrega, i es desaconsella en instal·lacions que es faran servir freqüentment a càrrega parcial.

5.3 Instal·lacions amb energia solar

Els panells de cèl·lules solars produeixen aigua calenta a una temperatura aproximada de 80º C Mitjançant un intercanviador de calor, el circuit dels panells cedeix l’energia a l’aigua emmagatzemada en un tanc d’acumulació.

La màquina d’absorció s’acciona amb l’aigua calenta del tanc i produeix fred que es distribueix al local a través dels aerotermos.

Cal implantar tècniques encaminades a millorar l’eficiència energètica en una MÀQUINA D’ABSORCIÓ.

6.1 Aïllament

• L'aïllament és el factor més important; les pèrdues mínimes s'obtindrien en un envoltant cúbic.
• Com més gran sigui l’alçada de les cambres, menor serà la superfície aïllada.
• Convé que la mida en planta dels blocs de cambres adjacents sigui el més gran possible.
• Un valor mitjà acceptable és de 2,2 m3/m2, per als magatzems de gran volum.

6.2 Sistemes de producció

Compressors

• Canvieu els compressors de tipus hermètic per altres de tipus obert.
• Considereu la possible aplicació de compressors de cargol, conjuntament amb compressors alternatius, per ajustar millor la capacitat del sistema a les necessitats a càrrega parcial.
• Empreu sistemes de compressió en doble esglaó, amb refrigeració intermèdia amb separació de líquid.
• En plantes de funcionament de temporada cal disposar d’un nombre de compressors que faci front al refredament massiu de la fruita a l’estiu i que permeti un funcionament econòmic a l’hivern.

Condensadors

• Amplieu la capacitat dels condensadors.
• Permeteu que la pressió de condensació baixi tant com sigui possible.
• Substituïu els condensadors humits per condensadors per aire, en llocs de climes temperats i humits.
• Empreu un tractament d’aigua adequat per evitar que als condensadors s’hi formin incrustacions i brutícia.

Enllumenat

• A les cambres de conservació i congelació, canvieu el sistema d'enllumenat d’incandescència a fluorescència.
• Utilitzeu els sistemes d’enllumenat de les cambres de conservació només quan sigui estrictament necessari.

Motors

• Empreu motors elèctrics dotats de sistemes de regulació de la velocitat.
• Empreu motors elèctrics ajustats al consum.

Bombes

• Ajusteu la mida del rodet de les bombes centrífugues a les necessitats reals de pressió.
• En els sistemes de bombeig, mantingueu nets els filtres.

Manteniment

• Reviseu la selecció de les vàlvules termostàtiques d’expansió, perquè treballin entre límits de pressió més pròxims.
• Reviseu l’aïllament de canonades i equips tot valorant adequadament la importància de la barrera de vapor com a possible font de pèrdues.
• Mantingueu nets els filtres de les línies de líquid refrigerant.
• Repareu les fuites d’aigua o salmorra.
• Comproveu i ajusteu periòdicament la purga contínua a les torres, per evitar pèrdues d’aigua i productes químics.
• Establiu un bon programa de manteniment preventiu.
• Comproveu, ajusteu i equilibreu les instal·lacions.

Instal·lació

• Afavoriu la instal·lació d’equips centralitzats.
• Valoreu la conveniència dels sistemes de refredament ràpid, des del punt de vista energètic.
• Pel que fa a la congelació per aire, que és la que té un consum energètic més elevat, s'ha de valorar sobretot el consum dels ventiladors i intentar reduir-lo.
• Considereu la possibilitat d’utilitzar les hores nocturnes per a la generació de fred.
• En el cas de tenir produccions de fred a diferents temperatures, s’han d’instal·lar circuits independents a cadascuna d'elles.
• Considereu la possibilitat d’elevar la temperatura d’evaporació fins a valors compatibles amb la qualitat dels productes o amb els processos de refredament.
• Si es té una central generadora de vapor a alta pressió, estudieu la possible utilització de turbines de vapor per accionar els equips mecànics.
• En el tractament d’aigües, no utilitzeu més quantitat de productes químics dels que siguin necessaris.

6.3 Regulació i control

• Comproveu amb freqüència el calibratge dels aparells de regulació.
• Automatitzeu les instal·lacions amb control manual.
• Mantingueu els aparells de control de temperatura fora de l’abast de les persones no autoritzades.
• Comproveu que els rellotges programadors de les cambres de conservació funcionen correctament i mantenen els ventiladors aturats quan s’elimina l’aigua del desgebrament i es refreden els evaporadors.
• Munteu un termòstat de control de desconnexió de les resistències en els evaporadors amb desgebrament elèctric.

Informació complementària: Vegeu el catàleg Fred industrial, vegeu la fitxa Fred industrial, vegeu el catàleg Cogeneració, vegeu la fitxa Cogeneració