A energia não é criada nem destruída, mas transformada: essa é uma das leis fundamentais da física. A geração de eletricidade consiste justamente na transformação de diferentes formas de energia em energia elétrica. Nesse processo, são feitos esforços para otimizar a eficiência, ou seja, para maximizar a quantidade de energia que é transformada de forma lucrativa e reduzir a porção que é, ao contrário, desperdiçada. É nesse aspecto que a cogeração se apresenta como uma solução altamente eficaz. O que significa cogeração A cogeração é o processo pelo qual a eletricidade e a energia térmica (ou seja, o calor) são produzidas e utilizadas simultaneamente para fins práticos. Em uma usina termoelétrica, a energia química de um combustível é convertida em calor por meio da combustão. Esse calor é usado para aquecer a água e produzir vapor, que aciona uma turbina. Assim, a energia térmica é transformada em energia cinética, ou seja, em movimento, que, por sua vez, produz eletricidade através de um gerador. No entanto, apenas parte do calor produzido pela combustão é convertida em eletricidade, enquanto outra parte é dispersa no meio ambiente: em média, a porcentagem de energia térmica que é realmente convertida em eletricidade fica entre 30% e 55%. A cogeração consiste em recuperar esse calor e usá-lo para aquecimento dos ambientes ou da água: dessa forma, o rendimento energético total atinge porcentagens entre 65% e 90%. Em quais setores a cogeração pode ser aplicada Os sistemas de cogeração podem ser aplicados a centrais termoelétricas, mas frequentemente são instalados diretamente em um gerador de eletricidade autônomo, ou seja, fazem parte da geração distribuída, que é a capacidade do consumidor de obter energia sem retirá-la da rede. As instalações podem ser residenciais ou, mais comumente, comerciais ou industriais, como hotéis, fábricas e shopping centers. A combinação de calor e energia (CHP) é conveniente sobretudo em contextos com alta demanda de eletricidade ou calor, por exemplo, nos setores de alimentos, papel e cerâmica. Nesses casos, é possível recorrer a empresas especializadas (como a Enel X, a empresa do Grupo Enel que lida com soluções tecnológicas de alto valor agregado), que oferecem aos clientes consultoria especializada tanto do ponto de vista técnico quanto em termos do processo de autorização, propondo contratos vantajosos e acompanhando-os em todas as etapas, desde a avaliação inicial até o comissionamento e a manutenção da planta. As vantagens da cogeração A cogeração tem muitas vantagens: maior eficiência energética: graças ao uso do calor, o processo de combustão desperdiça menos energia e, portanto, é mais eficiente; economia de custos: o aumento da eficiência reduz a quantidade de combustível necessária para o aquecimento. A economia de custos pode ser de até 30%; menor impacto ambiental: o uso de menos combustível também reduz as emissões de gases de efeito estufa e outros poluentes; geração distribuída: uma usina de cogeração próxima ao local onde a eletricidade e o calor são consumidos, no contexto da geração distribuída, permite que o consumidor se torne (total ou parcialmente) independente da rede elétrica. Isso também evita as perdas de eletricidade, ainda que pequenas, que ocorrem ao longo das redes de transmissão e distribuição, com uma vantagem adicional de eficiência; incentivos econômicos: em vários países, as usinas de cogeração estão sujeitas a incentivos por sua contribuição para a eficiência energética e a sustentabilidade ambiental. Como os sistemas funcionam Um sistema de cogeração é uma instalação termoelétrica na qual o calor da turbina é recuperado por meio de um permutador de calor, ou seja, um dispositivo usado para produzir água quente ou vapor. Em alguns sistemas de cogeração, a turbina pode ser substituída por máquinas diferentes, mas com a mesma finalidade: por exemplo, turbogeradores ORC (Organic Rankine Cycle), que usam um fluido mais denso em vez de vapor, ou motores de combustão interna, semelhantes aos encontrados em carros, que são usados especialmente em usinas de cogeração de pequena escala instaladas diretamente nas instalações dos consumidores. Entretanto, o princípio geral do funcionamento permanece inalterado. As instalações são categorizadas de acordo com sua eficiência, ou seja, a economia de energia que elas permitem: essa é a referência em relação à qual os aspectos regulatórios são definidos e, em particular, os incentivos são avaliados. Não há um limite inequívoco para definir a cogeração de alta eficiência: o valor depende das regras de cada país. Na União Europeia, a Diretiva 2004/8/EC de 11 de fevereiro de 2004, estabelece que uma unidade de cogeração de mais de 1 MW é definida como de alta eficiência se a economia de energia primária em comparação com a soma da geração separada de eletricidade e aquecimento for de pelo menos 10%; para usinas menores, é necessária apenas alguma economia. Fontes de energia dos sistemas de cogeração Uma central de cogeração pode ser alimentada por diferentes combustíveis, que podem ser sólidos, líquidos ou gasosos, de fontes renováveis ou não renováveis. Os mais comuns são: fontes fósseis: gás natural (metano), GLP (gás liquefeito de petróleo), óleo combustível, carvão; biomassa: resíduos agrícolas e florestais, derivados de madeira; óleo vegetal (ou vegoil), ou seja, óleo combustível produzido a partir de resíduos vegetais; gás de síntese (ou syngas), ou seja, misturas artificiais de gases, principalmente monóxido de carbono e hidrogênio; biogás (misturas de gás feitas de resíduos orgânicos de plantas ou animais). Uma nova fronteira de inovação, particularmente adequada para usinas muito pequenas, é o uso de células de combustível: dispositivos que geram eletricidade e calor a partir de reações químicas em recipientes especiais (as "células"). O combustível usado é principalmente o hidrogênio, que é obtido por eletrólise da água. No futuro, espera-se que as células de combustível desempenhem um papel cada vez mais importante nos sistemas de cogeração. Como alternativa, o hidrogênio pode ser usado, além de outros gases, para alimentar diretamente uma usina de cogeração normal, e também foram desenvolvidos sistemas movidos a hidrogênio puro. Para garantir a verdadeira sustentabilidade, a produção de hidrogênio deve ser realizada com equipamentos alimentados por eletricidade gerada por fontes renováveis (o chamado hidrogênio verde). Além desses combustíveis, um sistema de cogeração pode ser combinado com uma usina solar. Nesses casos, não se trata de energia fotovoltaica (geração de eletricidade diretamente da luz solar), mas de energia solar térmica, que consiste em usar o calor solar para gerar vapor - como nas usinas termoelétricas - para gerar eletricidade por meio de um gerador. Um âmbito muito especial da cogeração é o aquecimento distrital geotérmico: nesse caso, o sistema não é instalado para um cliente particular, mas em uma central geotérmica. O calor das profundezas da terra é usado para gerar eletricidade e o restante para aquecer água, que é então distribuída por meio de tubulações para edifícios em áreas vizinhas para fornecer aquecimento. Obviamente, quando a fonte de energia de um sistema de cogeração é renovável, o impacto ambiental geral é ainda mais reduzido, mas, independentemente do combustível usado, a cogeração ainda é uma ferramenta útil para a eficiência energética e, portanto, para a sustentabilidade. Trigeração Uma variante da cogeração é a trigeração. Nesse caso, a energia é produzida em três formas diferentes: além da eletricidade e do calor, é adicionada a energia de resfriamento, que serve para resfriar a água ou refrigerar ambientes. A trigeração, que pode usar os mesmos combustíveis que a cogeração normal, é adequada para consumidores privados e especialmente para grandes instalações, como fábricas. Também nesse caso, empresas especializadas, como a Enel X, oferecem contratos subsidiados com pacotes que incluem todas as etapas técnicas e administrativas (inclusive os procedimentos para a obtenção de incentivos, quando forem previstos). Tecnicamente, a operação é semelhante à da cogeração, com um acréscimo: um refrigerador de absorção também está incluído no sistema, ou seja, um aparelho que usa parte do calor recuperado com os permutadores de calor para gerar energia de resfriamento. Na realidade, usa-se um abuso de linguagem ao se referir à energia de refrigeração: a energia é uma quantidade física equivalente ao calor e, se for fornecida a um corpo, ela não pode, por si só, resfriá-lo, mas apenas aquecê-lo. A técnica usada nesse caso é a do ciclo de refrigeração: um líquido refrigerante especial é mantido em baixa pressão para que possa evaporar mesmo em baixas temperaturas, absorvendo assim o calor da água a ser resfriada e diminuindo sua temperatura. A água fria obtida dessa forma é então usada, direta ou indiretamente, para operar o sistema de ar-condicionado. Para funcionar (como também acontece nos refrigeradores normais), um ciclo de refrigeração precisa de energia: no caso da trigeração, essa energia é justamente a proveniente do calor residual da combustão. A grande importância da trigeração está justamente no fato de usar as leis da física para canalizar as transformações de energia da forma mais lucrativa e eficiente possível.
