COGENERACIÓN. Situación actual de la cogeneración Aspectos legales de la cogeneración Evaluación de los proyectos de cogeneración

Transcripción

1 COGENERACIÓN Introducción Situación actual de la cogeneración Aspectos legales de la cogeneración Evaluación de los proyectos de cogeneración

2 OBJETIVOS Al finalizar la lección, el estudiante deberá ser capaz de: 1. Conocer la situación de régimen especial de producción en la que funcionan los grupos de cogeneración. 2. Seleccionar el grupo de cogeneración más idóneo en función de la aplicación particular 3. Realizar estudios de viabilidad de grupos de cogeneración. 2

3 INTRODUCCIÓN La cogeneración es un sistema de producción conjunta de electricidad id d (o energía mecánica) y de energía térmica útil partiendo de un único combustible, obteniéndose rendimientos globales muy elevados. 3

4 INTRODUCCIÓN Comparativa de ahorro energía primaria en un sistema de cogeneración frente al sistema convencional para 30 ud. de en. eléctrica y 55 ud. de en. térmica. 4

5 AHORRO ENERGÉTICO Y DE EMISIONES Consumo o de energía e primaria a no renovable e y las emisiones es de CO 2 para la producción de ACS de una vivienda de 4 ocupantes 5

6 AHORRO ENERGÉTICO Y DE EMISIONES Consumo o de energía e primaria a no renovable e y las emisiones es de CO 2 para la producción de ACS de una vivienda de 4 ocupantes 6

7 INTRODUCCIÓN Ciclos de cabecera (topping). Generalmente emplean combustibles convencionales, siendo posible en algunos casos emplear residuos forestales o agrícolas. Ciclos de cola (bottoming). El sistema funciona mediante un combustible residual o por un calor residual del sistema. 7

8 INTRODUCCIÓN El RD 616/2007 contempla las tecnologías de cogeneración: a) Turbina de gas de ciclo combinado con recuperación del calor. b) Turbina de contrapresión sin condensado. c) Turbina con extracción de vapor de condensación. d) Turbina de gas con recuperación del calor. e) Motor de combustión interna. f) Microturbinas. g) Motores Stirling. h) Pilas de combustible. i) Motores de vapor. j) Ciclos Rankine con fluido orgánico. k) Cualquier otro tipo de tecnología o combinación de tecnologías que corresponda a la definición que figura en el párrafo a) del artículo 2. 8

9 INTRODUCCIÓN Las TURBINAS DE VAPOR se clasifican según la presión del vapor a la salida de la turbina: Turbinas a condensación. La totalidad del vapor producido en la caldera se expansiona en la turbina hasta la presión de condensación que es inferior i a la atmosférica. 9

10 INTRODUCCIÓN Las TURBINAS DE VAPOR se clasifican según la presión del vapor a la salida de la turbina: Turbinas a contrapresión. El vapor se expande a una presión superior a la atmosférica a las condiciones más adecuadas para el proceso industrial. i 10

11 INTRODUCCIÓN Las TURBINAS DE GAS empleadas en cogeneración suelen funcionar mediante gas natural, produciéndose unos gases de escape relativamente limpios y con un alto contenido de oxígeno ( 15%). Aplicaciones: Aplicación directa de los gases calientes a alta temperatura ( C) a procesos de cocción a baja tª, de secado, etc. Generación de vapor mediante caldera de recuperación. 11

12 INTRODUCCIÓN Los CICLOS COMBINADOS son la aplicación conjunta de una turbina de gas y una turbina de vapor para la producción de energía eléctrica. Se aprovechan los gases calientes de la TG para producir vapor a alta presión que se expansiona en una TV. Mayor rendimiento global en la producción de energía eléctrica (50 55%) en comparación con las alternativas anteriores. 12

13 INTRODUCCIÓN Los MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA ALTERNATIVOS se emplean con mucha frecuencia en: Producción de vapor hasta 15 bar con la energía térmica de los gases Producción de agua caliente con el calor de refrigeración del motor a85 90ºC Recuperación directa de los gases (secado de ladrillos, etc.) Generación de aire caliente. (energías residuales) 13

14 INTRODUCCIÓN Beneficios para la nación 1. Ahorro en energía primaria 2. Ahorro económico 3. Disminución de la dependencia energética exterior 4. Mejora del medio ambiente: al reducirse el consumo de combustible decrece el volumen de emisiones contaminantes (CO 2, SO 2,...). 5. Empleo en cogeneración de combustibles más limpios (gas natural). 6. Electrificación de determinadas zonas alejadas de la red: en zonas que dispongan o donde vayan a implantarse centros que demanden electricidad y calor (polígonos industriales, parques empresariales, zonas comerciales, calefacción de distrito, etc...), puede plantearse el aprovisionamiento energético mediante cogeneración. 14

15 INTRODUCCIÓN Beneficios para la industria 1. Reducción de la demanda d de electricidad id d a la compañía suministradora i (incluso puede producirse un aporte de electricidad a la red) y un aumento del consumo de combustible. El ahorro económico es debido a la diferencia entre la reducción de los costes de energía eléctrica respecto del aumento de los costes de combustible. Cuando se producen ingresos por la venta de electricidad el ahorro económico conseguible es mayor. En consecuencia, la diferencia entre el precio de la energía eléctrica y el precio de los combustibles va a ser un factor determinante de la rentabilidad del Sistema de. 2. Total o parcial independencia del suministro eléctrico exterior: para industria con dificultades de conseguir el suministro eléctrico o con falta de calidad en el mismo que perjudique gravemente a sus procesos productivos, la cogeneración representa una gran ventaja. 3. Mejora del impacto ambiental de la industria: en principio un incremento de los combustibles podría producir un mayor volumen de emisiones contaminantes, pero el uso de combustibles más limpios pueden reducir e incluso evitar algunas de estas emisiones (SO 2 ) Inconveniente: Inversión adicional en algo apartado de su línea tradicional de negocio con riesgos desconocidos. 15

16 DEFINICIÓN LEGAL DEFINICIÓN LEGAL DENTRO DEL RÉGIMEN ESPECIAL DE PRODUCCIÓN RÉGIMEN ESPECIAL DE PRODUCCIÓN. GRUPO A Autoproductores que utilicen la cogeneración u otras formas de producción de electricidad asociadas a actividades no eléctricas, siempre que supongan un alto rendimiento energético. Grupo a.1. Instalaciones que incluyan una central de cogeneración: Subgrupo a.1.1. Cogeneraciones que utilicen como combustible el gas natural. Subgrupo a.1.2. Resto de cogeneraciones. Grupo a.2. Instalaciones que incluyan una central que utilice energías residuales procedentes de cualquier instalación, máquina o proceso industrial cuya finalidad no sea la producción de energía eléctrica. 16

17 SITUACIÓN ACTUAL DE LA COGENERACIÓN 17

18 SITUACIÓN ACTUAL DE LA COGENERACIÓN 18

19 SITUACIÓN ACTUAL DE LA COGENERACIÓN 19

20 MARCO NORMATIVO DIRECTIVA 2004/8/CE relativa al fomento de la cogeneración DECISIÓN DE LA COMISIÓN de 21 de diciembre de 2006 RD 616/2007 de fomento de la cogeneración (que transpone a legislación l ió española la Directiva i 2004/8/CE), RD 661/2007 que determina el régimen económico de la cogeneración Orden IET/843/2012, tarifas y primas de las instalaciones del régimen especial. Guía de aplicación que permite: Calcular los complementos retributivos en función de su eficiencia Determinar la electricidad que es objeto de las garantías de origen Evaluar los índices de eficiencia de las plantas de cogeneración para discriminar las que deben ser objeto de fomento 20

21 GUÍA TÉCNICA DE COGENERACIÓN Estos índices de eficiencia son función del ahorro de energía primaria y pueden determinarse a partir de el calor (H), la energía eléctrica producida (E) y el combustible consumido (F). 21

22 GUÍA TÉCNICA DE COGENERACIÓN Principios fundamentales de la cogeneración: 1. La base de dimensionamiento de las plantas de cogeneración es la demanda de calor útil que de otra forma debería producirse con combustible. 2. El RD 616 define la electricidad de cogeneración y la cogeneración de alta eficiencia. Se entiende la electricidad de cogeneración como base de las garantías de origen, de manera que cuando la cogeneración sea de alta eficiencia tendrá la mencionada garantía de origen de electricidad de cogeneración de alta eficiencia. 3. La alta eficiencia conseguida por las plantas de cogeneración en la producción de energía eléctrica es debida al aprovechamiento del calor que se produce simultáneamente. 22

23 GUÍA TÉCNICA DE COGENERACIÓN calor útil de la cogeneración (I) En una instalación industrial donde se aprovecha una cantidad de calor H, H H CHP H no CHP H CHP : calor que proviene de la cogeneración H no CHP : calor que se ha producido fuera de un proceso de cogeneración H no CHP se puede medir directamente o calcularse a partir de la medida de F no CHP H nochp F nochp Re f H 23

24 GUÍA TÉCNICA DE COGENERACIÓN calor útil de la cogeneración (I) Calor aprovechado en circuitos de agua líquida y fluidos térmicos (aceite): H m H m C T T h 1 h 2 C p Calor aprovechado en circuitos de vapor de agua: 1 2 ver guía IDAE pags el vapor se incorpora al producto elaborado: H m V h V m A h A 2. el vapor NO se incorpora al producto elaborado: m c 0,7 m m A. si v o bien c kj hc 316 H m kg m v V h V m B. en el resto de casos H m h h h A : entalpía del agua en estado líquido a 15 C y presión atmosférica (63 kj/kg) V V C 0 h C m h 0 : entalpía del agua en estado líquido a 80 C y presión atmosférica (334,9 kj/kg) A h A 24

25 GUÍA TÉCNICA DE COGENERACIÓN Parámetros característicos Rendimiento eléctrico equivalente (REE) Es el rendimiento eléctrico comparable con una planta de sólo generación de energía eléctrica, descontando del combustible consumido el necesario para producir calor por sistemas convencionales. Este índice permite comparar la eficiencia eléctrica de una planta de cogeneración con el rendimiento eléctrico o global de una planta de sólo producción de energía eléctrica REE F CC E HCHP Ref H rendimiento global η REE F CC F nochp, postcomb E H CHP H Ref nochp, postcomb definición general (turbinas de gas con post-combustión) Es la relación entre la energía útil obtenida y el consumo de combustible en la máquina de cogeneración E H CHP F CC H 25

26 GUÍA TÉCNICA DE COGENERACIÓN Electricidad de cogeneración (ECHP) Es la cantidad de electricidad producida por la cogeneración que se puede considerar de alta eficiencia. E CHP =E (Según RD 616/2007), si se cumple: El rendimiento global η del período es mayor o igual de η 0 =75 % para turbinas de vapor de contrapresión, turbinas de gas con recuperación de calor, motores de combustión interna, microturbinas, motores Stirling y pilas de combustible El rendimiento global η del período esmayoroigual de η 0 =80 % para turbinas de gas en ciclo combinado y turbinas de vapor a condensación En caso contrario, E CHP =C H CH CHP donde C es la relación entre electricidad y calor funcionando en modo de cogeneración total (CT) ECT E C C H CT 0 E 26

27 GUÍA TÉCNICA DE COGENERACIÓN Ahorro de energía primaria y cogeneración de alta eficiencia Se entiende por cogeneración de alta eficiencia aquella que cumple lo siguiente: a. Para cogeneraciones de potencia eléctrica igual o superior a 1 MWe, aquella cuyaproducción aporte unahorro porcentual de energía primaria (PES) de al menos un 10%, calculando dicho ahorro conforme a la metodología también incluida en el Anexo III de la Directiva b. Para cogeneraciones de potencia eléctrica inferior a 1 MWe (unidades de cogeneración a pequeña escala y microcogeneraciones), aquella cuya producción aporte ahorro de energía primaria. Esto se traduce en aquellas en las que el PES sea mayor que 0% 27

28 GUÍA TÉCNICA DE COGENERACIÓN Ahorro de energía primaria y cogeneración de alta eficiencia el ahorro porcentual de energía primaria se calcula como: PES 1 CHP H Re f H 1 CHP E Re f E FC primary energy savings ref 100 donde CHP H CHP E F H CHP F CHP E CHP CHP 28

29 GUÍA TÉCNICA DE COGENERACIÓN Ahorro neto de energía primaria AEP Ref E E FC ref H CHP F Ref H CC FC ref : factor de conversión por tensión de interconexión Combustible de cogeneración, F CHP El parámetro F CHP corresponde al combustible únicamente asociado a la producción del calor útil y la electricidad de cogeneración F CHP F CC E nochp E donde E nochp E E CHP y E E F CC Por tanto, F CHP F CC E E CHP 29

30 GUÍA TÉCNICA DE COGENERACIÓN Valor por defecto para Tipo de unidad la relación entre electricidad y calor C Turbina de gas de ciclo combinado con recuperac. del calor 0,95 Turbina de contrapresión sin condensado 0,45 Turbina con extracción de vapor de condensación 0,45 Turbina de gas con recuperación del calor 0,55 Motor de combustión interna 0,75 Rendimiento eléctrico Tipo de combustible equivalente - Porcentaje Combustibles líquidos en centrales con calderas 49 Combustibles líquidos en motores térmicos 56 Combustibles sólidos 49 Gas natural y GLP en motores térmicos 55 Gas natural y GLP en turbinas de gas 59 Otras tecnologías y/o combustibles 59 Biomasa incluida en los grupos b.6 y b.8 30 Biomasa y/o biogás incluido en el grupo b

31 PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS, EJEMPLOS 31

32 PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS, EJEMPLOS 32

33 PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS, EJEMPLOS 33

34 PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS, EJEMPLOS 34