La cogeneración es un proceso que busca optimizar el uso de la energía en la industria, en favor de producir energía eléctrica a menor costo. Por definición, se establece que es la producción simultánea de energía eléctrica y de energía térmica, a partir de una fuente primaria de energía, como:

 un combustible fósil, (diésel, combustóleo o gas natural, por ejemplo);
 biomasa, producto de actividades agropecuarias o;
 gases que se desechan en algún proceso industrial.

También son considerados por la legislación mexicana como sistemas de cogeneración en la Ley de la Industria Eléctrica y en la de Transición Energética, aquellos que aprovechen gases calientes de deshecho en los procesos industriales.

Esta tecnología ha sido utilizada desde mediados del siglo pasado, principalmente en instalaciones de ingenios azucareros, así como en las industrias textil y cervecera.

En Monterrey surge uno de los primeros proyectos de este tipo, como consecuencia de una falla en 1943 en el servicio que proporcionaba la entonces empresa proveedora de electricidad en Monterrey, Compañía de Tranvías, Luz y Fuerza Motriz de Monterrey, filial de la canadiense Montreal Engineering. El proyecto fue patrocinado por un grupo de empresarios locales y se conoció como Planta Eléctrica del Grupo Industrial (PEGI), con una capacidad inicial de 17 MW, que entonces correspondía al 1.9% del total nacional. El proyecto creció con el tiempo, por lo que se construyeron dos plantas eléctricas, las cuales estaban enlazadas eléctricamente. Llegaron a alcanzar una capacidad de 151 MW, que permitía una producción de 61 toneladas de vapor por hora, destinada a una veintena de empresas próximas a la planta como Empaques de Cartón Titán, Cervecería Cuauhtémoc Moctezuma, Grafo Regia, entre otras. Estas plantas continúan en operación. Desde 2003 es operada por Iberdrola Energía Monterrey, quien ya ha realizado modificaciones para modernizar y optimizar energéticamente las instalaciones.

Otro caso, en los años 50 y 60, Petróleos Mexicanos aplicó esquemas de cogeneración en sus refinerías de Madero, Minatitlán, Azcapotzalco y Salamanca. También lo hizo en las que desarrolló durante los años 80 y 90 en Tula, Cadereyta y Salina Cruz. Las plantas de cogeneración de las refinerías (también conocidas como Plantas de Fuerza), utilizan parte de los subproductos de la refinación como el combustóleo y el gas de refinería como combustibles. Estos sistemas de producción de vapor y electricidad garantizan la continuidad de los servicios de electricidad y vapor que requieren los procesos de la refinación del petróleo.

En la Figura 1 se muestran algunos arreglos comunes de cogeneración, los cuales son aplicables a la industria petrolera y petroquímica, y los de la azucarera se muestra en la figura 2.

Estas instalaciones son diseños siempre a la medida de cada usuario, por lo que se deben contemplar en su diseño, desarrollo, construcción y operación, aspectos como los siguientes:

 El modelo de negocio;
 La flexibilidad en la operación, para cubrir adecuadamente las variaciones que se presenten en el proceso industrial;
 La disponibilidad de insumos como: combustible, agua u otro fluido para transportar la energía térmica;
 Una adecuada interconexión con la red eléctrica, para evacuar la energía en el caso de tener excedentes o para contar con un respaldo confiable en caso de falla;
 El crecimiento que pueda tener a futuro la instalación industrial, motivado por la expansión del core business de la empresa;
 Satisfacción a plenitud de los requerimientos energéticos 24 x 365, o el tiempo que requiera el proceso industrial.

Todo lo anterior es fundamental apoyarlo en la cantidad de calor (energía térmica) que requerirán los procesos industriales bajo diferentes escenarios. Por ello hay que optimizar, primero, el uso de la energía térmica al interior de una instalación industrial con un consumo intensivo de energía. Pero, ¿cómo se puede llevar a cabo?, disminuyendo el uso de vapor para el accionamiento de equipos en los procesos sustantivos, e incrementando el uso de electricidad para este fin. Esto permitirá, en muchos casos, utilizar esquemas que actualmente se conocen en México como cogeneración eficiente, que consiste en turbogeneradores de gas acoplados a recuperadores de calor. La turbina de gas está para producir energía eléctrica, y el recuperador de calor para aprovechar la energía de los gases de escape de la turbina y producir vapor a las condiciones que requieran los procesos industriales ya optimizados (figura 3).

La cogeneración aporta los siguientes beneficios a las industrias que tienen un uso intensivo de energía térmica y eléctrica:

 Contribuir a mejorar la competitividad de una empresa al disminuir sus costos de producción, pero también al posicionarse como empresa socialmente responsable;
 Disminuir el costo de la energía eléctrica y térmica al utilizar eficientemente los combustibles;
 Permitir anticipar el costo de la energía eléctrica;
 Disminuir o eliminar la tarifa eléctrica al abatir los costos de transmisión, distribución y comercialización;
 Tener una alta confiabilidad en el suministro eléctrico y térmico hacia los procesos;
 Reducir las emisiones de dióxido de carbono asociadas a la quema de combustibles fósiles, así como de otros contaminantes dañinos para la salud y el medio ambiente;
 En México, hacer partícipe a la empresa en el mercado de Certificados de Energía Limpia (CELs).

La Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía (CONUEE) y COGENERA México, hasta el 2009 tenían identificado un potencial máximo de cogeneración en México de 10,000 MW. El escenario para la cogeneración económicamente factible de explotar es de 6,000 MW. A continuación, se describe como pueden desarrollarse instalaciones de cogeneración en el país.

En el sector público

El sector público mexicano tiene una gran oportunidad de tener ahorros energéticos importantes al implementar sinergias entre instalaciones de la industria petrolera (PEMEX) y de la eléctrica (CFE). Esto se puede realizar, por ejemplo, entre refinerías y centrales de generación, adoptando esquemas de cogeneración eficiente. Para ello es necesario realizar las siguientes acciones:

 Que las refinerías de PEMEX se acerquen a su nivel de producción nominal de petrolíferos;
 Además, que se optimice en ellas el uso de la energía térmica, reduciendo el consumo de vapor para accionamiento de equipos en los procesos, electrificándolo;
 Contar con un suministro adecuado de gas natural, en caso de utilizar cogeneración eficiente;
 Establecer un adecuado modelo de negocio para la distribución equitativa entre PEMEX y CFE de los beneficios que se obtengan.

Esta sinergia también se puede dar entre Centros Procesadores de Gas y Centrales Generadoras. Actualmente existe ya una planta de cogeneración en el Centro Procesador de Gas (Nuevo PEMEX), la cual es operada por una empresa privada.

La CFE ha iniciado un programa para la instalación de 6 centrales de cogeneración de energía eléctrica, entre 2021 y 2024, capaces de producir vapor y energía eléctrica en el mismo proceso para 5 refinerías y un Centro Procesador de Gas (CPG). Bajo este modelo, ya se cuenta con la planta de cogeneración de Salamanca. El vapor generado por la cogeneración debe ser consumido por las refinerías y el CPG, mientras que la energía eléctrica se aprovecharía en el mercado eléctrico, así como en las instalaciones de PEMEX. Hay que mencionar que estos proyectos se consideran de gran escala, superiores a 300 MW.

En el sector privado

Es conocido que, por muchos años, la normatividad no permitió que empresas privadas pudieran generar energía eléctrica para comercialización. En los años 90 se admitió generar energía para auto-abasto, aprovechando la infraestructura de transmisión nacional. La Reforma Energética, iniciada en 2013, permite que otras organizaciones puedan generar, ya sea para auto-abasto o para comercialización. Esta situación favorece actualmente a que la industria pueda instalar sistemas de cogeneración para incrementar su competitividad al hacer un mejor uso de los combustibles y optimizar el uso de la energía eléctrica y térmica.

Existen oportunidades, en industrias como la petroquímica, para impulsar proyectos de cogeneración de gran escala como los descritos anteriormente, ya que son grandes demandantes de energía térmica y eléctrica. Pero existen otros nichos donde se pueden impulsar proyectos de cogeneración, tales como plazas comerciales o grandes edificios de oficinas, en los cuales es factible utilizar moto generadores de combustión acoplados a recuperadores de calor, cuya energía térmica se puede emplear para enfriamiento o refrigeración mediante sistemas por absorción. En estos casos es adecuado que el motor de combustión sea acondicionado para quemar gas natural y que el combustible esté disponible en las cercanías donde se instale el proyecto.

El Instituto Nacional de Electricidad y Energías Limpias (INEEL), desde principios de los años 90, ha colaborado con Petróleos Mexicanos a evaluar las mejores oportunidades en sus instalaciones para optimizar las energías térmica y eléctrica. A principios de este siglo se definió el potencial de cogeneración de las seis refinerías mexicanas, acción que detonó proyectos importantes en los siguientes años, entre ellos:

 El proyecto de cogeneración de Nuevo PEMEX, para autoabasto de Petróleos Mexicanos;
 El proyecto de cogeneración de Salamanca (proyecto conjunto entre CFE y PEMEX Refinación entonces) como parte del plan para mitigar las emisiones de bióxido de azufre en la ciudad de Salamanca;
 El Proyecto de la Refinería Francisco I. Madero consistente en la Modificación de los sistemas de potencia de la Refinería por motivo de la inclusión de las plantas para mejorar la calidad de gasolinas y diésel, así como para mejorar la eficiencia de la Termoeléctrica I. Este proyecto también fue replicado en las otras cinco refinerías.

Todos ellos se materializaron y siguen en operación. Los apoyos del INEEL en los proyectos mencionados comprenden algunas actividades como las siguientes:

 Estudios de optimización energética;
 Estudios de factibilidad técnica y económica;
 Apoyo en la ingeniería de las modificaciones requeridas en los sistemas eléctricos;
 Ingeniería conceptual;
 Desarrollo de los términos de referencia y bases de licitación;
 Apoyo en el proceso de licitación de equipos y sistemas eléctricos y mecánicos;
 Asesoría para la definición de tarifas en la sociedad de autoabasto;
 Supervisión en la procura e instalación de sistemas y equipos.

El INEEL puede colaborar con los sectores públicos y privados a desarrollar proyectos para optimizar el uso de las energías térmica y eléctrica (cogeneración) en beneficio del país, así como para colaborar en las metas para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero al medio ambiente.

En México, la cogeneración puede ser una de las herramientas para realizar una transición energética ordenada hacia las energías limpias, como parte de las estrategias para la optimización del uso de la energía, de acuerdo a las recomendaciones de la Agencia Internacional de Energía (ver Figura 4 - color turquesa). Para ello, es necesario mantener la regulación actual para un mercado eléctrico competitivo.

Pero también es necesario que los proyectos de cogeneración, para que sean exitosos, se sustenten en escenarios reales de requerimientos de energía térmica y eléctrica. En lo posible, que consideren las ampliaciones de los procesos industriales que se puedan dar en el mediano y en el largo plazo. No olvidar que la energía térmica es el punto de apoyo para desarrollar estos proyectos.

Tampoco se debe olvidar que el modelo de negocio es algo que decide su éxito, así como identificar la disponibilidad de los insumos, y una adecuada interconexión a la red eléctrica.

Finalmente, el proyecto de cogeneración debe ofrecer la máxima flexibilidad a las operaciones que representan el core business de la empresa.

Autor:
Manuel Francisco Fernández Montiel, mffm@ineel.mx