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1 Otros procesos sostenibles de generación n de energía: Plantas de Cogeneración José Mª Montserrat Muskiz 15/07/2011

2 Índice 1.- Descripción de una planta de Cogeneración 2.- Contribución de la Cogeneración a la mejora de la eficiencia energética. Ventajas. 3.- Situación presente y futuro de la Cogeneración: Europa, España y País Vasco. Riesgos. 4.- Política energética de Petronor Balance energético de una refinería 5.- Integración de las plantas de cogeneración en la refinería de petróleo de Petronor. 6.- Resumen y cierre

3 1.- Descripción de una planta de Cogeneración La cogeneración es un proceso mediante el cual se obtiene simultáneamente energía eléctrica y energía térmica útil (vapor o agua caliente sanitaria). La ventaja de la cogeneración es su mayor eficiencia energética ya que se aprovecha tanto el calor como la energía mecánica o eléctrica de un único proceso, en vez de utilizar una central eléctrica convencional y para las necesidades de calor una caldera convencional.

4 1.- Descripción de una planta de Cogeneración Esquema tradicional de consumo de energía vs esquema usando planta de cogeneración

5 1.- Descripción de una planta de Cogeneración Turbina de gas o motor alternativo

6 1.1. Tipos de plantas de cogeneración Los sistemas de cogeneración se clasifican normalmente dependiendo de la máquina motriz responsable de la generación eléctrica: 3.1 Ciclo con turbina de gas Se produce la combustión del gas dentro de una cámara y los gases resultantes de esta reacción se introducen en la turbina. En la turbina se extrae el máximo de la energía térmica de estos gases de escape, transformándola en energía mecánica. Es el ciclo más usual para instalaciones medianas en consumidores con demanda de vapor, y su regulación suele hacerse mediante un sistema de postcombustión que permite ajustar la producción de vapor a su demanda. 3.2 Ciclo con turbina de vapor La energía mecánica se produce por expansión del vapor de alta presión procedente de una caldera. El sistema genera menos energía eléctrica (mecánica) por unidad de combustible que su equivalente con turbina de gas. Sin embargo, el rendimiento global de la instalación es superior. 3.3 Ciclo combinado Consiste en la aplicación conjunta de una turbina de gas y una de vapor, con todas sus posibles combinaciones en lo referente a tipos de combustibles utilizados, quemadores de postcombustión, salidas de vapor de turbina a contrapresión o condensación, etc. El rendimiento global en la producción de energía eléctrica es mayor que las soluciones anteriores. 3.4 Ciclo con motor alternativo Con los motores alternativos se obtienen rendimientos eléctricos más elevados pero, por otra parte, con una mayor limitación en lo referente al aprovechamiento de la energía térmica. Esta energía térmica posee un nivel térmico inferior y se encuentra repartida entre diferentes subsistemas (gases de escape y circuitos de refrigeración de aceite, camisas y aire comburente del motor). Los sistemas con motor alternativo presentan una mayor flexibilidad de funcionamiento, lo que permite responder de manera casi inmediata a las variaciones de potencia, sin que ello conlleve un gran incremento en el consumo específico del motor.

7 1.1. Tipos de plantas de cogeneración

8 1.2. Vista general de un Ciclo Combinado Con caldera de tubos horizontales b1yqgj-frbc&feature=related Con caldera de tubos verticales 06Liwm1Jc&feature=related Tren en un eje. TG Sulzer =gpzc_ii3_nc&nr=1 Otras TG yvu&feature=related

9 1.3. Selección del tipo de unidad Las plantas de Cogeneración están integradas en los procesos ya que su rendimiento depende del aprovechamiento del calor residual. El éxito de una planta de Cogeneración dependerá del diseño de su balance y para ello es necesario tener en cuenta una serie de criterios: Es necesario decidir si interesa cubrir todas las necesidades térmicas o si se van a mantener sistemas complementarios. Sobre las necesidades eléctricas es posible: Cubrir exactamente necesidades. Generar por debajo del consumo y continuar importando. Generar por encima del consumo y exportar a la red. Disponibilidad, calidad y precio de combustibles. Temperatura a la que se debe suministrar la energía térmica. Otros: Calidad de la energía eléctrica de la red. Nivel de emisiones autorizados Estabilidad futura de precios de las energías y combustibles. Proporción entre la energía térmica y la energía eléctrica a producir y nivel de eficiencia buscado. El diseño de la planta de Cogeneración debe ser un traje a medida

10 1.3. Selección del tipo de unidad La relación de la demanda eléctrica (E) a la térmica (Q) La relación de la demanda eléctrica (E) a la térmica (Q)

11 1.4. Balance energético de una planta de cogeneración Sistema convencional de obtención de energía eléctrica y térmica Uso de cogeneración para obtención de energía eléctrica y térmica

12 1.4. Balance energético de una planta de cogeneración

13 2.- Contribución de la Cogeneración a la mejora de la eficiencia energética. Ventajas La cogeneración es una tecnología energética de alta eficiencia. 30% más eficiente que la generación convencional por su mayor rendimiento en la generación de energía y por las ventajas de la generación distribuida. La cogeneración es un instrumento clave para la reducción de emisiones de GEI en España, con ahorros económicos significativos Permite reducir el 2% las importaciones energéticas en España y el 3,2% las emisiones de GEI

14 2.- Contribución de la Cogeneración a la mejora de la eficiencia energética. Ventajas

15 2.- Contribución de la Cogeneración a la mejora de la eficiencia energética. Ventajas La cogeneración permite reducir los costes energéticos de la industria, actuando como barrera preventiva contra la deslocalización. En España, más de 1,4 millones de empleos y el 40% del PIB industrial (exconstrucción) están sectores donde la Cogeneración es clave para su competitividad.

16 2.- Contribución de la Cogeneración a la mejora de la eficiencia energética. Ventajas 1. El escenario PANER ( PLAN DE ACCIÓN NACIONAL DE ENERGÍAS RENOVABLES DE ESPAÑA (PANER) ) asume la instalación de MW adicionales de cogeneración en y a renovación de MW de cogeneración. La cogeneración contribuye a I+D+i: Empresas punteras en el mundo poseen parte de las tecnologías, especialmente las asociadas a los motores y turbinas de gas. Importantes empresas en España son usuarias. Hay suministradores en España de servicios de Cogeneración. Hay suministradores en España para las calderas y para los servicios de ingeniería.

17 2.- Contribución de la Cogeneración a la mejora de la eficiencia energética. Ventajas La cogeneración es fundamental para la seguridad de suministro y la reducción de la dependencia energética. Importancia como fuente de suministro cercano al punto de consumo y con capacidad de generación previsible y garantizada.

18 2.- Contribución de la Cogeneración a la mejora de la eficiencia energética. Ventajas Seguridad del suministro y utilización óptima de la red: Por tratarse de generación distribuida, la cogeneración produce la electricidad en el punto de consumo o en su entorno cercano, por lo que el suministro no depende de posibles fallos en las líneas eléctricas de transporte y distribución. También elimina las pérdidas en la red eléctrica y el costoso despliegue y mantenimiento de las redes de transporte y distribución eléctrica. Además cerca del 90% de la cogeneración posee equipos para controlar la energía reactiva, que permiten optimizar la capacidad de transporte de energía de la red eléctrica

19 2.- Contribución de la Cogeneración a la mejora de la eficiencia energética. Ventajas

20 2.- Contribución de la Cogeneración a la mejora de la eficiencia energética. Ventajas Capacidad de generación garantizada: La producción eléctrica de la cogeneración es predecible y garantizada. No depende de agentes externos como el viento o la radiación solar y tiene una disponibilidad casi total. Existen cerca de instalaciones de cogeneración, por lo que una parada imprevista de una de ellas es fácilmente cubierto sin disponer de una gran potencia de back-up a diferencia de tecnologías no predecibles o concentradas. Algunas plantas de cogeneración pueden aprovechar sus excedentes de capacidad para cobertura de picos de demanda. Imprescindible en un sistema con una penetración creciente de energías renovables no predecibles. Capacidad de arranque muy rápido desde la posición de paro de la instalación para responder a demandas puntuales.

21 2.- Contribución de la Cogeneración a la mejora de la eficiencia energética. Ventajas La cogeneración aporta además beneficios al sistema gasístico. Contribuyendo a la gasificación de España y a la estabilidad del consumo a largo plazo. La cogeneración ha contribuido a la gasificación en España a través del reemplazo de otros combustibles, tales como carbón, fuel-oil o gasoil. La cogeneración ha facilitado la extensión de la red de gas. Garantiza un consumo elevado y estable de gas natural, lo cuál asegura la rentabilización de la inversión en infraestructura.

22 2.- Contribución de la Cogeneración a la mejora de la eficiencia energética. Ventajas Adicionalmente, la cogeneración tiene un impacto económico directo muy positivo para el país, con unos beneficios derivados de sus ventajas energéticas superiores a los M anuales

23 2.- Contribución de la Cogeneración a la mejora de la eficiencia energética. Ventajas Ahorro energético Por eficiencia energética Ahorro en coste de CO2 Menores perdidas en la red Mayor fiabilidad del suministro. Ahorros aportados por las nuevas cogeneraciones que se instalan. Disminución necesidad de inversiones en la red eléctrica de distribución Disminución necesidad de inversiones en la red eléctrica de transporte.

24 3.- Situación presente y futuro de la Cogeneración: Europa, España y País Vasco. Riesgos Situación Cogeneración Europa y en el mundo 3.2 Situación Cogeneración en España 3.3 Situación Cogeneración en el País Vasco. 3.4 Futuro de la Cogeneración en España Barreras para el desarrollo de la Cogeneración en España

25 3.1 Situación Cogeneración en Europa y en el mundo Media Europa 11%.

26 3.1 Situación Cogeneración en Europa y en el mundo

27 3.1 Situación Cogeneración en Europa y en el mundo

28 3.2 Situación Cogeneración en España Cerda de instalaciones y Mw.

29 3.2 Situación Cogeneración en España

30 3.2 Situación Cogeneración en España

31 3.2 Situación Cogeneración en España El gran desarrollo viene de la industria

32 3.2 Situación Cogeneración en España Hay un potencial importante

33 3.2 Situación Cogeneración en España No crece el potencial en los últimos años

34 3.3 Situación Cogeneración en el País Vasco. Vizcaya Guipúzcoa Álava

35 3.3 Situación Cogeneración en el País Vasco. La cogeneración produjo GWh en País Vasco en Supone 12,4% del consumo eléctrico total de la comunidad. En País Vasco, existen empleos industriales en sectores con alto potencial de penetración de la cogeneración De ellos depende el 20% del PIB industrial del País Vasco (exconstrucción) En País Vasco la inversión acumulada en cogeneración ha sido de 380 M. Sólo en operación y mantenimiento la cogeneración genera alrededor de 350 empleos directos.

36 3.4 Futuro de la Cogeneración en España..pero, a pesar de sus ventajas no crece el parque de cogeneraciones Crecimiento inferior a la media de la UE +9% España vs. +21% media UE en

37 3.4 Futuro de la Cogeneración en España

38 3.4 Futuro de la Cogeneración en España

39 Barreras para el desarrollo de la Cogeneración en España La rentabilidad de la cogeneración va unidad a la existencia de un proceso que consuma la energía. Especialmente crítico en industrias cíclicas. La cogeneración marginal ofrece habitualmente un atractivo económico inferior. Frente a los parámetros históricos de rentabilidad típicos asumidos por las primas. El tamaño de las nuevas instalaciones suele ser menor. El tope de los incentivos en 50 MW frena el desarrollo de un potencial de cogeneración de alta eficiencia. El RD 661/2007 limita las primas a la cogeneración a instalaciones de hasta 50 MW. La existencia de este tope y de escalones discontinuos de retribución por potencia genera distorsiones en el dimensionamiento de las plantas, que las aleja del aprovechamiento total del potencial de eficiencia energética. La crisis financiera ha encarecido el coste de capital de nuevos proyectos del régimen especial.

40 Barreras para el desarrollo de la Cogeneración en España Es necesario reducir las barreras asociadas a la complejidad administrativa e incertidumbre regulatoria. Incertidumbre sobre cambio regulatorios de precios. Incertidumbre sobre posibles limitaciones futuras de emisiones de CO2. Dificultad técnico/administrativa del punto de acceso a la red.

41 Barreras para el desarrollo de la Cogeneración en España Es necesario promover la renovación del parque de cogeneración. Tras 15 años de operación los equipos principales de generación eléctrica requieren su sustitución completa o inversiones de mantenimiento significativas. Esta renovación no se está produciendo aún. De no llevarse a cabo estas inversiones la cogeneración dejaría de ser operativa.

42 Barreras para el desarrollo de la Cogeneración en España Comisión Europea: La Comisión Europea presentó el 29 de julio del 2002 una propuesta de directiva sobre el fomento de la cogeneración sobre la base de la demanda de calor útil en el mercado interior de la energía. El se publica finalmente el texto en el Diario Oficial de la Unión Europea como "Directiva 2004/8/CE del Parlamento Europeo y del Consejo de 11 de Febrero de 2004" La directiva tiene como objetivo la creación de un marco para el fomento y desarrollo de la cogeneración de alta eficiencia de calor y electricidad basado en la demanda de calor útil y en el ahorro de la energía primaria. PLAN DE ACCIÓN NACIONAL DE ENERGÍAS RENOVABLES DE ESPAÑA (PANER) : Obligada por la Directiva de 2009/28/CE del Parlamento Europeo y por el Real Decreto 661/2007, de 25 de mayo, por el que se regula la actividad de producción de energía eléctrica en régimen especial y dice: En el sector trasformación de la energía, las medidas consideradas en el horizonte del Plan de Acción Nacional de Energías Renovables consisten en la continuación e intensificación de las medidas ya incorporadas en el Plan de Acción de Ahorro y Eficiencia Energética, conducentes al desarrollo del potencial de cogeneración de alta eficiencia y a la mejora de la eficiencia energética de las cogeneraciones existentes con más de 16 años de antigüedad.

43 4.- Política energética de Petronor El coste de la energía para una refinería Coste energía en Petronor 23 M mensuales

44 4.- Política energética de Petronor Emisiones de CO2. Los próximos años nos enfrentamos a un escenario en el que deberemos pagar una parte de nuestras emisiones de CO2 a los precios establecidos en el mercado de derechos. Las previsiones para el año 2020 establecen que el precio por tonelada de CO2 rondará los euros. Así, tenemos un coste directo o indirecto de 75 M en CO2.

45 4.- Política energética de Petronor ACCIONES Estudios de ahorro energético Mejora de eficiencia en generación Uso de gas natural Si lo verde se toma como un gasto, será un fracaso. Si se ve como una inversión más, será un fracaso. Si se ve como una gran oportunidad, como una inversión extraordinaria que significará una transformación radical y que reportará unos beneficios colosales, será un éxito. Thomas Friedman en Green, Flat Petróleos and del Norte, Crowded S.A. OBJETIVOS Protección Medio ambiente. Ahorro en emisiones de CO2. Disminución de la factura eléctrica y mejorar resultados.

46 5.- Integración de las plantas de cogeneración en la refinería de petróleo de Petronor. Cogeneración1: El sistema de cogeneración es un ciclo simple, consistente en una turbina de gas-generador eléctrico con una potencia nominal de 38 MW, y una caldera de recuperación que en condiciones normales de operación, 15 ºC de temperatura ambiente y la turbina en carga base, es capaz de producir 86,4 t/h de vapor a 21b y 260ºC. Si la caldera trabaja en estas mismas condiciones pero con post-combustión, el vapor generado es de 141,7 t/h. Combustibles posibles: Gas Natural (habitual), Fuel Gas de refinería y propano. Cogeneración 2: El sistema de cogeneración es un ciclo simple, consistente en una turbina de gas-generador eléctrico con una potencia nominal de 43 MW, y una caldera de recuperación que en condiciones normales de operación, 15 ºC de temperatura ambiente y la turbina en carga base, es capaz de producir con postcombustión 115 t/h de vapor a 43b y 371ºC y 5 t/ha a 21b y 260ºC. Combustibles posibles: Gas Natural (habitual), Fuel Gas de refinería y Gas de Coker

47 5.- Integración de las plantas de cogeneración en la refinería de petróleo de Petronor. Datos de la refinería de Petronor: Potencia eléctrica 81 MW. Actualmente se exporta el 50%. En el futuro, con URF en marcha se exportará el 30%. Inversión en las plantas: Valor medio actualizado 90 M. Turbina de gas 20 M.

48 5.- Integración de las plantas de cogeneración en la refinería de petróleo de Petronor. Vapor de cogeneración a las redes de vapor CG6 F3BL1 CG1

49 CG1

50 CG6

51 5.- Integración de las plantas de cogeneración en la refinería de petróleo de Petronor. Red eléctrica

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53

54 6.- Resumen La Cogeneración es una tecnología de generación de energía altamente eficiente. La Cogeneración permite ahorros energéticos y reduce la generación de CO2 por lo que es una tecnología reconocida por la legislación, por su bajo impacto ambiental. El desarrollo de la Cogeneración puede ayudar a mejorar la competividad de la industria española y generar puestos de trabajo. Sin embargo existen incertidumbres económicas, legislativas y regulatorias que hacen que el sector esté desarrollándose muy por debajo de sus posibilidades. La refinería de Petronor, por su propia naturaleza, tiene unos costes altamente ligados a los precios de la energía. Se prevé que estos costes aumente el futuro. Petronor ha apostado por esta tecnología y ha puesto en marcha en el año 2011 su segunda unidad de Cogeneración. Petronor integra las unidades de Cogeneración en sus procesos productivos aprovechando el calor para generar vapor y la energía eléctrica para sus consumos, vendiendo un excedente a la red.

55 Agradecimientos y bibliografía

56 Muchas Gracias Eskerrik asko

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