Soluciones Tecnológicas Innovadoras

Transcripción

1 Soluciones Tecnológicas Innovadoras Documento versión junio 2011

2 Índice del procedimiento de recopilación de soluciones tecnológicas innovadoras A3E Grupo de Soluciones Tecnológicas Innovadoras 1.- Introducción Metodología Soluciones Tecnológicas Innovadoras Residencial Climatización Sistema de Demanda Controlada de Ventilación Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) Bomba de calor geotérmica Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) Microcogeneración Descripción de las tecnologías Motores alternativos de combustión interna Microturbinas Motores Stirling Pila de combustible Resumen de características Ventajas e inconvenientes de la misma Microcogeneración frente a tecnologías convencionales Comparación entre diferentes tecnologías de microcogeneración Posibilidades y barreras de implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) Casos prácticos Caso práctico nº

3 Caso práctico nº Alumbrado exterior LEYN Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) LEC A Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) Caso práctico Calidad de la Energía Sistemas modulares de compensación automática de energía reactiva Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) Sistemas de filtrado de armónicos Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) Sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI s) Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.)

4 Resumen Simulación energética Telegestión Sistemas programables Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) Sistemas programables-configurables Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) Sistemas configurables Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) Relojes temporizadores telegestionados Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) Resumen Industrial Aire comprimido Compresor de velocidad variable dotado de un motor híbrido de imanes permanente (HPM) Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.)

5 Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) Controlador del sistema de aire comprimido Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) Sistema de ultrasonidos para detección de fugas de aire Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) Cogeneración Descripción de las tecnologías Motor de combustión interna Turbina de vapor Turbina de gas Ventajas e inconvenientes de las mismas Motor de combustión interna Turbina de vapor Turbina de gas Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) Motores eléctricos Motores de Alta Eficiencia Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) Caso práctico Uso de Motores Síncronos en vez de Asíncronos

6 Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Caso práctico Adecuación de los motores a la potencia necesaria Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Caso práctico Instalación de Variadores de Velocidad Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Caso práctico Empleo de Motores de Dos Velocidades Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Caso práctico Empleo de dispositivos de arranque Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) Resumen Alumbrado Iluminación en naves industriales Equipos Electrónicos para luminarias de descarga Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación

7 Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales Caso práctico Fluorescencia electrónica T5 en sustitución de equipos de descarga Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales Caso práctico Sustitución de luminarias de descarga por proyectores de LED Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales Caso práctico Sistema de automatización de encendidos y apagados Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales Caso práctico Sistema de regulación de luminarias en función del nivel de iluminación Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales Caso práctico Equipos de combustión: Hornos y generación de vapor y agua caliente Calderas con economizador Descripción de la tecnología

8 Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) Caso práctico Calderas de condensación Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) Caso práctico Calderas de biomasa Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) Caso práctico Regulación electrónica de quemadores y calderas Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) Caso práctico Quemadores de bajo NO x Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) Soluciones en Purgas de calderas Descripción de la tecnología

9 Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) Caso práctico Recuperación de condensados a presión Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) Caso práctico Quemadores recuperativos Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) Caso práctico Quemadores oxígeno-combustible Descripción de la tecnología Ventajas e inconvenientes de la misma Posibilidades y barreras de su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) Caso práctico

10 1.- INTRODUCCIÓN En este documento se pretende plasmar información acerca de las soluciones tecnológicas innovadoras existentes en el mercado en los diferentes campos de la eficiencia energética de manera que sirva como guía sobre las tecnologías más adecuadas desde el punto de vista energético y medioambiental en dichos campos. Los campos o áreas a tratar en los diferentes sectores son los siguientes: 1.- Residencial a. Climatización - EDE INGENIEROS b. Microcogeneración - ESEN c. Alumbrado exterior - MARWEN d. Calidad de la Energía - HERZIO e. Simulación energética Telegestión - HERZIO 2.- Industrial a. Aire comprimido - EDE INGENIEROS b. Cogeneración - FN ENERGÍA c. Motores eléctricos - ESEN d. Alumbrado Iluminación en naves industriales - INERGETIKA e. Equipos de combustión: Hornos y generación de vapor y agua caliente - AIN 2.- METODOLOGÍA Para cada uno de los apartados se describirán las distintas tecnologías existentes en el mercado siguiendo un índice para cada una de dichas tecnologías que recogerán los siguientes puntos: Descripción de la tecnología. Ventajas e inconvenientes de la misma. Posibilidades y barreras de su implantación. Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.). Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.). Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.). Casos prácticos 9

11 3.- SOLUCIONES TECNOLÓGICAS INNOVADORAS Residencial Climatización EDE INGENIEROS Sistema de Demanda Controlada de Ventilación Descripción de la tecnología Uno de los consumos principales de las instalaciones de climatización se debe al uso de la misma en espacios no ocupados. Un sistema de Demanda Controlada de Ventilación permite ajustar el nivel de ventilación de los espacios en función del nivel de ocupación de las diferentes estancias. Con el sistema, al ajustar la ventilación, se reduce también el consumo de climatización. Un sistema básico está formado por: Ventilador de corriente continúa. Compuertas de ventilación motorizadas. Sistema de detección (detectores de presencia, de CO 2, de humedad, etc.). Sensor de presión para el conducto de ventilación. Variador de frecuencia para regular el caudal de aportación del ventilador Ventajas e inconvenientes de la misma Al reducirse el volumen de ventilación, se reduce también el consumo en climatización Posibilidades y barreras de su implantación No existen limitaciones técnicas para su implantación Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Se estima un ahorro superior al 30% Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) El coste depende del tamaño de la red de ventilación (número de estancias a ventilar). Suponiendo un ahorro energético del 30 %, la amortización estimada es de menos de 2 años. 10

12 Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) Al haber un menor consumo energético en ventilación y en climatización, las emisiones a la atmósfera de CO 2 son lógicamente menores Bomba de calor geotérmica Descripción de la tecnología Es una bomba de calor que utiliza la inercia térmica del terreno. Utiliza la propiedad del terreno de almacenar energía, lo que permite aumentar la eficiencia del sistema. El COP de una instalación geotérmica es de más de Ventajas e inconvenientes de la misma Es un sistema indicado cuando hay demanda tanto de calor en invierno, como de frío en verano. Si no es así, el terreno se va degradando térmicamente y va perdiendo su capacidad de almacenar energía. En lugares fríos, presenta la ventaja, frente a una bomba de calor convencional refrigerada por aire, de que no hay problemas por formación de escarcha (la temperatura del aire de refrigeración debe ser superior a -5 ºC), evitándose estos consumos de desescarche Posibilidades y barreras de su implantación En edificios existentes, puede haber problemas para realizar los pozos de perforación. Es una buena solución cuando hay una demanda equilibrada de calor y de frío (para evitar que se degrade térmicamente el terreno) Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) El rendimiento es el doble que el de una bomba de calor no geotérmica Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) El coste es mayor que el de un sistema convencional de bomba de calor. La inversión está muy condicionada por la conductividad térmica (capacidad del terreno para transmitir calor) y por la difusividad térmica del terreno (ratio entre la capacidad de conducción del terreno y la capacidad de almacenamiento térmico). Si comparamos una bomba de calor geotérmica con una bomba de calor convencional (ya sea refrigerada por aire, como por agua), la geotérmica presenta: 11

13 o o o o o Mayor inversión inicial Menor coste de mantenimiento Menor coste de operación Mayor vida útil Mejor rentabilidad Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) Comparando con una bomba de calor convencional, las emisiones de CO 2 a la atmósfera, son la mitad Microcogeneración ESEN Se entiende por cogeneración la producción conjunta, en proceso secuencial, de electricidad (o energía mecánica) y energía térmica útil. (Lizarraga, 1999). Microcogeneración es el término empleado para pequeñas cogeneraciones, normalmente de hasta 50 kw eléctricos, aunque el concepto suele extenderse a las cogeneraciones de pequeña potencia de hasta 500 kwe o incluso 1000 kwe. A nivel residencial y de sector terciario la aplicación de sistemas de cogeneración pretenderá contribuir a la cobertura de las demandas térmicas en cuanto a climatización y generación de ACS, produciendo de manera conjunta energía eléctrica para su venta a red o, en algunos casos, para autoconsumo. En la mayoría de los casos dentro de estos sectores los sistemas empleados serán de pequeña potencia (< 1000 kwe), con lo que se tratará de sistemas de microcogeneración de acuerdo con cómo suele entenderse este término. Si bien existen diversas tecnologías dentro del ámbito de la cogeneración, a continuación se exponen sólo aquellas que actualmente tienen sentido técnico a nivel de microcogeneración y cuya aplicación comercial está más extendida: Motores alternativos de combustión interna. Microturbinas. Motores Stirling. Pilas de combustible. De estas tecnologías, las dos últimas se encuentran en la actualidad en fase de desarrollo y su aplicación comercial es aún escasa. También existen equipos para microcogeneración que operan según ciclo Rankine (turbina de vapor) pero su aplicación es muy escasa, con lo que no se considerarán. 12

14 A continuación se describirán las principales características de cada una de las tecnologías Descripción de las tecnologías Motores alternativos de combustión interna Los motores alternativos son máquinas volumétricas, consistentes básicamente en un dispositivo cilindro-émbolo, en las que se introduce a través de unas válvulas el aire y el combustible. Una vez efectuada la combustión, los gases resultantes de la misma son expulsados al exterior a través de las válvulas de escape. Mediante las reacciones químicas de combustión se libera la energía química del combustible y parte de esa energía es transformada en el efecto útil del motor. En los motores alternativos, aproximadamente el 30-35% de la energía que hay en el combustible es convertida en trabajo en el eje y, por tanto, de este orden será el potencial de generación de energía eléctrica mediante un alternador, considerando un elevado rendimiento para estos equipos (en torno al 90%). Algunos equipos actuales están logrando rendimientos eléctricos que se acercan al 40-45%. La energía restante es eliminada en forma de calor o energía térmica en los gases de escape. La fuente más conveniente de calor recuperable es la correspondiente al agua de enfriamiento de las camisas, que es utilizable prácticamente en su totalidad. En cambio, normalmente no es económicamente recuperable más de un 60% del calor de los gases de escape. Una tercera fuente de recuperación de calor sería el circuito de lubricación, aunque esta fuente tiene menor importancia. En términos generales, la distribución de las transformaciones de la energía primaria experimentadas en un motor alternativo de combustión interna suele tomar valores próximos a los siguientes: Trabajo en el eje: 30 35%. Electricidad: 27 32%. Alternador: 3 4%. Circuito refrigeración: 35 40%. Gases de escape: 20 25%. Circuito de lubricación: 5%. Transmisión por radiación del motor: 5%. Los rendimientos globales de estos equipos se sitúan entre un 65 90%. 13

15 Entre los principales fabricantes y distribuidores de estos equipos se pueden mencionar: Baxi Roca. Senertec Dachs. Besel. Giese Energator. Caterpillar. Tedom Microturbinas Una turbina es una turbomáquina térmica cíclica motora. Está constituida por un compresor para el comburente, una o varias cámaras de combustión y una turbina accionada por los gases calientes procedentes de la cámara de combustión. Una microturbina será sencillamente una turbina cuya potencia se encuentre dentro del rango de aquellas potencias entre las que entendemos el concepto de microcogeneración, normalmente desde unos 25 kwe hasta 1000 kwe. Estos equipos suelen emplear combustibles gaseosos (gas natural, propano, biogás, etc.) como fuente de energía, aunque también existen equipos capaces de funcionar con combustibles líquidos (gasolina, gasoil, keroseno, fuel, etc.). Mediante microturbinas, de manera general se logra convertir en energía eléctrica entre un 22 y un 27% de la energía contenida en el combustible. No obstante, existen fabricantes que aseguran lograr rendimientos eléctricos de entre un 29 y un 33% utilizando ciclos con regeneración. La energía restante (65-75% de la energía contenida en el combustible) se encuentra en su mayor parte en los gases de escape a una temperatura de unos 300 ºC. De esta energía, con cambiadores de calor adecuados puede lograr recuperarse entre un 60 y un 70%, es decir, entre un 40 y un 50% de la energía primaria contenida en el combustible. El rendimiento global de una microturbina se sitúa en torno a 65 85%. Entre los principales fabricantes y distribuidores de estos equipos se pueden mencionar: Capstone Turbec Salicru 14

16 Motores Stirling El motor Stirling basa su funcionamiento en el trabajo realizado por la expansión y contracción de un gas entre dos focos a diferente temperatura. Dicho gas puede ser helio, hidrógeno, nitrógeno o simplemente aire. Al igual que los motores de vapor, estos motores son considerados motores de combustión externa en tanto en cuanto la fuente de calor del foco caliente procede de un proceso externo siendo el calor transmitido a través de las paredes del motor. Esto hace que estos equipos sean extremadamente versátiles en cuanto al combustible a emplear, pudiendo diseñarse para emplear prácticamente cualquier tipo: gas natural, gasoil, gasolina, carbón, biomasa, etc. Al ser motores de combustión externa, se dispondrá de una fuente de calor externa, cuyo calor residual será recuperado para el fin térmico deseado. Este calor residual normalmente se obtiene en el circuito de refrigeración del motor. Mientras tanto, el motor Stirling generará energía eléctrica con rendimientos que variarán entre el 25-50%. Los rendimientos teóricos de este tipo de motores son los que más se pueden llegar a acercar a los rendimientos termodinámicos de Carnot. El rendimiento del aprovechamiento térmico puede alcanzar valores entre 40-60%. El rendimiento total de este tipo de equipos alcanza valores entre el 70-90%. Entre los principales fabricantes y distribuidores de estos equipos se pueden mencionar: Wishper gen Baxi Roca Solo Sunmachine Pila de combustible Las pilas de combustible son dispositivos electroquímicos que permiten la conversión directa de la energía química de un combustible en energía eléctrica. Al no ser necesario un proceso de combustión, se pueden lograr rendimientos eléctricos más elevados. Las pilas de combustible basan su funcionamiento en la reacción producida entre combustible y comburente en contacto a través de una membrana intercambiadora de protones. El flujo de cargas a través de la membrana origina la corriente eléctrica. 15

17 Las pilas de combustible son dispositivos en fase de desarrollo en la actualidad. Inicialmente, el combustible empleado en estos dispositivos era casi exclusivamente hidrógeno. En la actualidad se están desarrollando nuevos tipos de membranas y de pilas de combustible que funcionan con combustibles como gas natural o incluso diesel. La reacción llevada a cabo en las pilas de combustible es de tipo exotérmico, con lo que se generará calor. Este calor residual es el que permite entender las pilas de combustible como equipos de microcogeneración. El rendimiento de la generación eléctrica respecto al combustible primario empleado puede alcanzar valores entre el 35-55%, mientras que el aprovechamiento del calor residual producido por la pila ronda valores entre el 40-60%. El rendimiento total de este tipo de equipos puede alcanzar valores entre el 70-90%. Entre los principales fabricantes y distribuidores de estos equipos se pueden mencionar: Baxi Roca Ceramic fuel cells Helion Resumen de características Tecnología Motores alternativos Combustión Interna Rend. eléct. Rend. térm. Rend. total Carga mínima T (ºC) Ruido (db) Coste Instalación /kwe 25-45% 40-60% 70-90% 50% Microturbinas 15-35% 40-60% 60-90% 75% Motores Stirling 20-50% 40-60% 70-90% 50% Pilas Combustible 25-55% 40-60% 70-90% Ilimitada Muy bajo Ventajas e inconvenientes de la misma Microcogeneración frente a tecnologías convencionales A la hora de diseñar el abastecimiento energético de un determinado edificio del sector residencial o terciario, la solución más habitual es acudir a la red de distribución eléctrica para las necesidades eléctricas y bien a la red de distribución de gas, o bien a suministro de gasóleo o de GLP para las necesidades térmicas. En ocasiones, las necesidades térmicas son cubiertas también mediante suministro eléctrico, empleando para ello radiadores eléctricos, sistemas de bomba de calor, acumuladores, termos eléctricos, etc. 16

18 La microcogeneración se plantea como una posible alternativa a este sistema convencional de abastecimiento energético. Los sistemas de microcogeneración se benefician del mayor rendimiento obtenido del combustible cuando se aprovecha el calor residual producido en el proceso de generación de electricidad para satisfacer demandas térmicas existentes. Por tanto, un sistema de microcogeneración puede permitir a un determinado edificio del sector residencial o terciario cubrir, total o parcialmente, sus necesidades de energía térmica generando a la vez energía eléctrica para autoconsumo (instalaciones aisladas) o para venta a red. Por tanto, la microcogeneración como alternativa a los modos convencionales de abastecimiento de energía a edificios del sector residencial y terciario presentará una serie de ventajas e inconvenientes. VENTAJAS: Mayor eficiencia en el uso de la energía primaria del combustible. Ahorro económico en la explotación de los suministros energéticos. Disminución de emisiones de gases de efecto invernadero. Liberación de espacio respecto a instalaciones solares térmicas y a sistemas convencionales. Posibilidad de auto-abastecimiento eléctrico en zonas aisladas o alejadas de la red. Disminución de las importaciones de combustible. Equilibrio de balanza comercial. Generación distribuida. Reducción de pérdidas en redes de distribución y transporte Mayor seguridad en el abastecimiento energético. Promoción de pequeñas y medianas empresas de generación de energía. Apertura de la competencia. INCONVENIENTES: Inversión inicial más elevada. Incertidumbre legislativa. Posible desconocimiento y desconfianza por parte de los usuarios. Necesidad de un mantenimiento y una gestión de la instalación específica. Gestión más compleja respecto a sistemas convencionales. 17

19 Comparación entre diferentes tecnologías de microcogeneración Las diferentes tecnologías expuestas anteriormente presentan una serie de ventajas e inconvenientes entre sí. Como se indicó, los sistemas de microcogeneración mediante motores alternativos de combustión interna y microturbinas, son dispositivos existentes a nivel comercial y que están perfectamente probados y testados. Los sistemas que funcionan mediante motores Stirling y las pilas de combustible, aunque ya se pueden encontrar a nivel comercial, se encuentran aún en fase de desarrollo y se espera que alcancen su plena madurez en los próximos años. Por tanto, esta cuestión será una desventaja intrínseca de estos sistemas respecto a los dos primeros que, como es lógico, se traducirá además en unos costes de instalación por kw más elevados. Cada una de las tecnologías tiene sus ventajas e inconvenientes respecto a las demás, con lo que habrá aplicaciones en las que será más recomendable una de ellas e instalaciones en las que será más recomendable otra. Tecnología Ventajas Inconvenientes Motores Alternativos de Combustión Interna Fiables y testados Compactos Alto rendimiento eléctrico Alta relación energía eléctrica/ energía térmica Variedad de combustibles Alta capacidad de modulación Aprovechamiento de energía térmica en diferentes focos y a baja T Mantenimiento más elevado Microturbinas Motores Stirling Pilas Combustible Fiables y testadas Aprovechamiento de energía térmica en un solo foco. Sencillez Alta T de la energía térmica Poco mantenimiento Alto rendimiento eléctrico Alta eficiencia Total versatilidad en combustibles Bajo mantenimiento Pequeño tamaño Alto rendimiento eléctrico Alta eficiencia Gran capacidad de modulación Baja relación energía eléctrica/energía térmica Menor capacidad de modulación Menor variedad de combustibles Equipos poco testados y escasamente comercializados Alto coste de inversión Equipos poco testados y escasamente comercializados Alto coste de inversión Combustibles limitados 18

20 Posibilidades y barreras de implantación Existen diversos factores que hacen presagiar buenas oportunidades en el presente y el futuro para la microcogeneración dentro de los sectores residencial y terciario. Entre ellos se pueden destacar los siguientes: Factores legislativos: Con la aprobación del Real Decreto 616/2007 sobre fomento de la cogeneración y, sobre todo, con la posterior aprobación del Real Decreto 661/2007 que regula la producción de energía eléctrica en régimen especial, se ha creado un marco normativo que promueve y favorece las instalaciones de microcogeneración. Paralelamente a esto, con la entrada en vigor del nuevo Código Técnico de la Edificación, pasa a ser obligatorio cubrir parcialmente las demandas de ACS de los edificios nuevos y reformados mediante aporte de energías renovables o de sistemas de cogeneración. En muchas ocasiones resulta más interesante optar por la cogeneración en lugar de por la energía solar térmica u otro tipo de energías renovables, con lo que esta cuestión favorecerá la ejecución de proyectos de microcogeneración. Factores económicos: Una instalación de microcogeneración adecuadamente diseñada y gestionada genera una importante reducción de los costes de abastecimiento energético. Este es un criterio básico que hace que optar por esta tecnología sea recomendable. Empresas de Servicios Energéticos: Con la potenciación y promoción de las ESEs desde la Administración Central y Autonómica, se creará un tejido de empresas interesadas en promover, gestionar y explotar este tipo de instalaciones, resolviendo algunas de las problemas existentes para esta tecnología, como son los costes iniciales de inversión y las gestiones de tramitación y explotación de las instalaciones. Madurez de la tecnología: Pese a que se están desarrollando continuamente nuevos equipos cada vez más eficientes, la microcogeneración es una tecnología madura que viene utilizándose desde hace muchos años con millones de horas de funcionamiento acumuladas entre todos los equipos instalados en el mundo. Sensibilidad de la sociedad por el ahorro de energía: Cada vez es mayor la sensibilización y la preocupación de la sociedad por el ahorro de energía, y por los ahorros económicos y los beneficios medioambientales que esto conlleva. Por tanto, este hecho facilitará una mayor predisposición por parte de los promotores y usuarios de edificios hacia este tipo de tecnología, lo cual, sin duda constituye un incremento de las oportunidades y posibilidades de los sistemas de microcogeneración. 19

21 En cuanto a las barreras aún existentes de cara a acometer un proyecto de microcogeneración se pueden destacar las siguientes: Tramitación de permisos y gestión: Una de las principales barreras existentes a la hora de implantar este tipo de tecnologías se encuentra en la tramitación de los permisos necesarios y en la posterior gestión de la instalación. Es necesario acudir a personal experto en este tipo de cuestiones ya que los gestores o administradores de edificios del sector residencial y terciario normalmente no disponen de medios para realizarlo por sí mismos. No obstante, como se ha indicado, la proliferación de Empresas de Servicios Energéticos supondrá una reducción del peso de esta barrera. Costes iniciales de inversión elevados: Las instalaciones de microcogeneración requieren un coste de inversión elevado que, en ocasiones, supone una barrera a la hora de decidirse por esta tecnología. Desconocimiento de la tecnología: Este tipo de sistemas son aún bastante desconocidos por parte de los usuarios, lo que supone de por sí una barrera para la tecnología Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Para evaluar los aspectos energéticos de un sistema de microcogeneración, debe hacerse por comparación respecto al abastecimiento mediante sistemas convencionales. En la práctica, la sustitución de una caldera por una microcogeneración que suministre la misma energía térmica, conllevará un aumento del consumo de combustible en el emplazamiento. Pero habrá que tener en cuenta la energía eléctrica cogenerada. Esa cantidad de energía eléctrica habría supuesto un gasto de combustible en el mix de generación de nuestro sistema eléctrico. Por tanto, habrá que considerar el ahorro de energía que ha supuesto al mix la puesta en la red de la energía cogenerada. Para establecer el ahorro energético que se producirá con estos equipos, se compararán los siguientes sistemas de abastecimiento: Abastecimiento convencional. Energía térmica: Caldera convencional de gas natural η = 85%. Energía eléctrica: Suministro de red. Rendimiento mix generación η = 44%. Abastecimiento mediante microcogeneración. Unidad de microcogeneración: η eléctrico = 30%, η térmico = 60% 20

22 Considérese ahora un edificio que tenga una instalación de cogeneración que cubre una demanda térmica de 100 MWh/año y una demanda eléctrica de 50 MWh/año, empleando para ello 167 MWh/año de energía primaria en forma de gas natural (η global = 90%). Si comparásemos esta situación con aquella en la que se genera esa misma cantidad de energía mediante un sistema convencional como el propuesto, se obtendría lo siguiente: AHORRO ENERGÉTICO Abastecimiento de 100 MWh de energía térmica y 50 MWh de energía eléctrica Sistema convencional Microcogeneración Energía primaria combustible 118 MWh 167 MWh Energía eléctrica generada 0 MWh 50 MWh Energía eléctrica adquirida a red 50 MWh 0 MWh Energía primaria necesaria mix 114 MWh 0 MWh Energía primaria total necesaria = 232 MWh = 167 MWh Ahorro de energía primaria = 65 MWh (28%) Para realizar este cálculo se han considerado unos rendimientos promedio y un determinado tipo de sistema de abastecimiento convencional. Existen diversas distribuciones de rendimientos para los diferentes equipos de cogeneración, como se ha indicado, y también existen infinidad de modos de abastecimiento energético convencionales, particularmente en lo referente a las necesidades térmicas, con lo que para cada situación se pueden repetir los cálculos de manera análoga Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) La principal razón por la cual se ejecutan proyectos de microcogeneración es debido a que estas instalaciones, adecuadamente diseñadas y gestionadas, resultan rentables desde el punto de vista económico. Este hecho viene dado por el favorable marco normativo que establece las retribuciones para la venta de electricidad a red de las instalaciones de microcogeneración. Estas retribuciones vienen reguladas por el RD 661/2007 de 25 de mayo. En este Real Decreto se establecen las tarifas y primas para cada tipo de instalación en función del tipo de tecnología empleada, el combustible y la potencia. Están definidas las siguientes categorías: a) Categoría a): Productores que utilicen la cogeneración (u otras formas de generación a partir de energías residuales). 21

23 1) Grupo a.1. Instalaciones que incluyan una central de cogeneración de alto rendimiento (tal como se define en el anexo I del propio Decreto) 1.- Subgrupo a.1.1. Cogeneraciones que empleen como combustible gas natural. 2.- Subgrupo a.1.2. Cogeneraciones que empleen como combustible gasóleo, fuel-oil o gases licuados de petróleo (GLP) 3.- Subgrupo a.1.3. Cogeneraciones que utilicen como combustible biomasa y/o biogás. 4.- Subgrupo a.1.4. Cogeneraciones que utilicen otros tipos de combustible, como gases residuales de refinería, de coquería, combustibles de proceso, carbón y otros no contemplados en los apartados anteriores. 2) Grupo a.2. Instalaciones que incluyan una central que utilice energías residuales procedentes de cualquier instalación. A partir de estas categorías, grupos y subgrupos así definidos, se establecen las diferentes tarifas y primas para los rangos de potencias contemplados en el Real Decreto. Con carácter trimestral, esas tarifas son revisadas. Las que se muestran a continuación son las correspondientes al primer trimestre de 2011, publicadas en la Orden ITC 3353/2010 de 28 de diciembre. 22

24 23

25 Existen dos posibilidades para la venta de energía dentro del régimen especial. La primera consiste en la venta a tarifa, que sería la venta a un precio fijo que se establece trimestralmente y que es el que figura en las anteriores tablas como tarifa regulada. La otra posibilidad es vender la electricidad al precio que resulte en el mercado, pero complementándolo mediante la prima que figura en las tablas anteriores. La opción seleccionada deberá mantenerse durante periodos de al menos un año. Para establecer un criterio que permita definir qué instalaciones de microcogeneración pueden considerarse de alta eficiencia y cuáles no, de cara a poder beneficiarse de este sistema retributivo favorable, se define el Rendimiento Eléctrico Equivalente (REE) del siguiente modo: 24

26 El cumplimiento de este REE es condición mínima para poder optar a este sistema retributivo. No obstante, las instalaciones que ofrezcan un rendimiento mejor al mínimo exigido para su categoría, pueden beneficiarse de un complemento económico adicional por eficiencia. Dicho complemento por eficiencia consiste en un plus para los kwh eléctricos vendidos a red y se calcula del siguiente modo: Siendo: REEmínimo: Rendimiento eléctrico equivalente mínimo exigido según la tabla anterior. REEi: Rendimiento eléctrico equivalente acreditado por la instalación en el año considerado. Cmp: Coste unitario de la materia prima del gas natural (en c /kwhpcs) publicado periódicamente por el Ministerio de Industria, Turismo y Comercio. Conociendo el sistema retributivo existente, se puede simular el balance económico de una instalación. Para ello se verá el siguiente ejemplo. 25

27 Ejemplo Considérese una instalación de microcogeneración constituida por una microturbina de 65 kwe y 120 kwt de potencia nominal. El consumo nominal de la microturbina es de 224 kw gas natural. Considérese que dicha instalación ha sido diseñada para operar en torno a h/año. Se considerará que la instalación vende energía eléctrica a red según tarifa regulada. La energía térmica es aprovechada en la propia instalación, evitando el su parte equivalente de consumo de gas natural en una caldera convencional con un rendimiento del 85%. Se consideran los siguientes términos: Coste gas natural... 0,04 /kwh Tarifa regulada para venta de electricidad (a.1.1 <0,5 MW)... 0, /kwh REEmínimo... 0,59 Cmp... 0, /kwhpcs RefH (para generación de agua caliente)... 0,9 La producción de energía será la siguiente: E = 65 kw x h/año = kwh/año V = 120 kw x h/año = kwh/año Consumo de energía: Q = 224 kw x h/año = kwh/año Así, el REE de la instalación será: REE i = 0,717 Con lo que será muy superior al REE = 0,59 exigido como mínimo pudiendo acogerse al complemento por eficiencia. El balance económico de la instalación será, por tanto, el siguiente: Venta de electricidad: 26

28 Ahorro gas natural en caldera: Coste del combustible: Mantenimiento instalación: /año Balance anual: /año Inversión total: Tasa de retorno simple: 3,5 años Como puede comprobarse, la rentabilidad de una instalación como la propuesta en este ejemplo es perfectamente contrastable. La rentabilidad de una instalación de microcogeneración depende en gran medida de las horas/año de funcionamiento de la misma. A la hora de diseñar estas instalaciones deberá buscarse aquél que permita un mayor número de horas de funcionamiento a plena carga, con lo que será preferible disponer una instalación de menor potencia funcionando durante un mayor número de horas que una instalación de más potencia funcionando menos horas. Sobra decir que la instalación debe dimensionarse de acuerdo a demandas térmicas y, salvo en el caso de instalaciones aisladas para autoabastecimiento, nunca según criterio de demanda eléctrica. La electricidad producida debe considerarse como un valioso subproducto del proceso que es vendido generando beneficios. También influyen en los resultados económicos el combustible empleado en la instalación original y el empleado en el sistema de microcogeneración. Reemplazar generación de energía térmica mediante combustibles más costosos (electricidad, gasóleo, GLP) en sistemas convencionales, por energía térmica microcogenerada mediante combustibles más económicos (gas natural, biomasa), permitirá lograr unos beneficios económicos más elevados. Otro factor que influirá en la viabilidad y rentabilidad de este tipo de instalaciones será la evolución de los precios de la energía. En un marco en el que se prevé el gradual encarecimiento de los combustibles y de los costes de la electricidad, la utilización de sistemas de cogeneración de alta eficiencia resultará cada vez más rentable ya que, pese a que la fuente de energía se encarecerá, el diferencial con el precio de la electricidad lo hará en mayor medida dejando márgenes más jugosos para este tipo de instalaciones. 27

29 Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) Las ventajas desde el punto de vista medioambiental de estos equipos, van ligadas a las disminuciones en el consumo de energía primaria conseguidas por la mayor eficiencia de estas instalaciones. Cuanto más se reduce el consumo primario de un determinado combustible, menores emisiones de CO 2 se producen. No obstante, el impacto en cuanto a emisiones de CO 2 que implica la sustitución de una determinada instalación de abastecimiento energético por una instalación de microcogeneración, variará mucho en función de la instalación original y del sistema de cogeneración que la sustituya. Uno de los factores que más influirá en las emisiones de CO 2 será el combustible empleado. Cada fuente de energía tiene una determinada tasa de emisiones de CO 2 asociada, que depende también del proceso que se emplee para su transformación en energía final. Por ejemplo, en el proceso de combustión del gas natural para su aprovechamiento térmico, cada kwh de energía primaria empleado generará 0,216 kg de CO 2. Las emisiones asociadas a cada kwh consumido de energía eléctrica varían en función del mix de generación de cada país y del grado de utilización que haya habido durante ese periodo de cada una de las tecnologías instaladas. El último dato para España indica que el consumo de 1 kwh en baja tensión en el sector doméstico implica como media la emisión de 0,350 kg de CO 2. Este es un valor que se ha ido reduciendo los últimos años debido al cada vez mayor peso en el mix de generación de las energías renovables y los ciclos combinados de gas natural y a la disminución en el uso de carbón. Por tanto, conocidas las emisiones asociadas a estas fuentes de energía y para una instalación de microcogeneración que generase 100 MWh de energía térmica y 50 MWh de energía eléctrica, se pueden estimar fácilmente las emisiones de CO 2 evitadas: EMISIONES DE CO 2 Abastecimiento de 100 MWh de energía térmica y 50 MWh de energía eléctrica Sistema convencional Microcogeneración Emisiones de CO 2 in situ 25,5 tco 2 36,1 tco 2 Emisiones CO 2 electricidad mix 17,5 tco 2 0 tco 2 Emisiones CO 2 totales sistema 25,5 + 17,5 = 43,0 tco 2 36,1 tco 2 Ahorro de energía primaria 43,0 36,1 = 6,9 tco 2 (16%) 28

30 No obstante, como se ha indicado, estos valores son muy sensibles al tipo de combustible empleado en el sistema convencional y en la microcogeneración, así como también del ratio energía eléctrica/energía térmica del sistema de microcogeneración. Puede llegar a darse el caso en que el sistema de cogeneración genere mayores emisiones de CO 2 que el sistema de abastecimiento convencional, aún incluso siendo viable económicamente la sustitución del sistema de convencional por el de microcogeneración. Supóngase para ello que en el caso anterior el abastecimiento térmico del sistema convencional consiste en una caldera de gas natural. Esta aportación energética se reemplaza por una microcogeneración con un motor de gasóleo con un 30% de rendimiento eléctrico y un 60% de rendimiento térmico. Teniendo en cuenta que, según el IDAE, las emisiones de CO 2 derivadas de la combustión de gasóleo son de 0,294 kg CO 2 /kwh primario, se obtienen los siguientes resultados. EMISIONES DE CO 2 Abastecimiento de 100 MWh de energía térmica y 50 MWh de energía eléctrica Sistema convencional Microcogeneración Emisiones de CO 2 in situ 25,5 tco 2 49,1 tco 2 Emisiones CO 2 electricidad mix 17,5 tco 2 0 tco 2 Emisiones CO 2 totales sistema 25,5 + 17,5 = 43,0 tco 2 49,1 tco 2 Ahorro de energía primaria 43,0 49,1 = -6,1 tco 2 (incremento del 14%) Sin perjuicio de que llevar a cabo esta sustitución resultase viable desde el punto de vista económico, puede verse que la rentabilidad medioambiental sería, cuando menos, discutible. Esta apreciación puede llevarse al extremo suponiendo un caso en el que el sistema convencional de abastecimiento térmico sea una caldera de biomasa o una instalación solar térmica. Este sistema de generación térmica es considerado neutral desde el punto de vista de las emisiones de CO 2. Por tanto, una posible sustitución de energía térmica generada mediante biomasa, por energía térmica y eléctrica cogeneradas mediante una instalación que emplee cualquier combustible fósil implicará un incremento notable en las emisiones de CO 2. Con ello pretende hacerse ver que debe estudiarse detenidamente cada situación y cada propuesta de modificación, no solo desde el punto de vista técnico y económico, sino también desde el punto de vista de las emisiones de CO 2, ya que no en todos los casos se logra reducir éstas. Los aspectos medioambientales deberán ser considerados como un factor más a la hora de decidir la idoneidad o no de una determinada instalación bajo unas determinadas condiciones concretas. 29

31 Casos prácticos En este punto se presentan unos ejemplos para comparar aspectos energéticos, económicos y medioambientales de una instalación convencional frente a una de microcogeneración Caso práctico nº 1 A continuación se propone un caso práctico mediante el cual se pretenden mostrar los pasos a seguir en la elaboración de un estudio de viabilidad para una microcogeneración. El caso práctico se realizará para un hotel en el cual se pretende cubrir la demanda de ACS mediante esta tecnología, evitando así la instalación de paneles solares térmicos. Este es un ejemplo característico en el que las instalaciones de microcogeneración ofrecen resultados muy interesantes. Descripción del edificio Se considerará un hotel de 3 estrellas con 60 habitaciones dobles ubicado en Madrid. Se dispone de su perfil mensual de demanda de ACS, para cuya estimación se ha tenido en cuenta la ocupación del hotel y la temperatura del agua de red. Demanda ACS (kwh) Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre TOTAL Para garantizar el suministro de ACS con independencia del perfil de consumo diario, y para evitar el sobredimensionamiento de las instalaciones, se proyectará la instalación con un depósito de acumulación que permita satisfacer la demanda máxima diaria, que sería, según el CTE, de 55 l/persona día a 60 ºC. Por tanto, en caso de una ocupación del 100%, 120 personas x 55 l = l/día. Así, la instalación dispondrá de l de acumulación, en uno o varios depósitos, según convenga. 30

32 En el mes más desfavorable la temperatura del agua de red se sitúa en unos 6 ºC, con lo que para el calentamiento hasta 60 ºC el salto térmico será de unos 54 ºC. Dentro de este periodo más desfavorable, en los días con plena ocupación habrá un consumo de l de agua a 60 ºC. La energía que será necesario aportar en esos días será de 414 kwh. Un equipo térmico que funcione de manera continua 24 h/día, deberá tener una potencia de 17,25 kw para ser capaz de generar aquella energía. Por tanto, como caldera de apoyo y de emergencia se instalará una caldera de gas natural de 25 kw. Esta caldera cubriría la demanda térmica en caso de avería del equipo de microcogeneración y cubriría los picos de demanda que no alcanzase la microcogeneración. Instalación propuesta Se propone la instalación de un equipo de microcogeneración mediante motor alternativo de combustión interna de la marca Dachs. Se empleará el modelo de gas natural G-5.5 cuyas principales características técnicas son las siguientes. La potencia eléctrica del equipo es de 5,5 kw mientras que la potencia térmica es de 12,5 kw. Teniendo en cuenta la potencia térmica de este equipo y la demanda del hotel, se pueden obtener las horas de funcionamiento que tendrá el equipo a lo largo del año. Con ello se podrá estimar también la producción de energía eléctrica y el consumo de combustible para, así, evaluar la viabilidad del proyecto. 31

33 Resultados En el siguiente gráfico se muestra la comparativa entre la demanda de energía para ACS en el hotel y la capacidad de generación mensual del equipo Dachs. Como se puede comprobar, en los meses más fríos la capacidad de generación será insuficiente con lo que deberá emplearse la caldera auxiliar. En cambio, en los meses cálidos el equipo de microcogeneración generará exceso de energía térmica con lo que deberá modular su funcionamiento o parar durante determinados intervalos. Teniendo esto en cuenta, se considerarán las siguientes horas de funcionamiento de la instalación de microcogeneración. Horas de funcionamiento Enero 744 Febrero 672 Marzo 744 Abril 712 Mayo 704 Junio 680 Julio 688 Agosto 712 Septiembre 720 Octubre 744 Noviembre 720 Diciembre 744 TOTAL

34 Por tanto, a partir de estas horas de funcionamiento se obtendrán los diferentes parámetros de operación de la instalación: Horas anuales de funcionamiento: h/año. Energía térmica generada: V = kwh/año. Energía eléctrica generada: E = kwh/año. Gas natural consumido: Q = kwh/año. Rendimiento eléctrico equivalente: REE = 0,869. Complemento por eficiencia: Comp efic = 0,01866 /kwh. Tarifa venta electricidad RD 661/2007: 0, /kwh. Tarifa adquisición gas natural: 0, /kwh. Considerando que la inversión necesaria para acometer una instalación como la propuesta se situaría en torno a , los ratios económicos en comparación con el abastecimiento de ACS mediante únicamente una caldera de gas natural con un rendimiento del 94%, serían los siguientes. Coste equivalente de la energía mediante sistema convencional: /año. Coste combustible microcogeneración: /año. Venta energía eléctrica microcogeneración: /año. Sobrecoste mantenimiento instalación microcogeneración: /año. Coste de la energía mediante microcogeneración: /año. Ahorro económico respecto al sistema convencional: /año. Inversión: La Tasa de Retorno de la inversión es de unos 5,5 años. De este modo, en vista de los anteriores resultados, puede comprobarse que un sistema de microcogeneración de estas características puede resultar económicamente muy interesante. Más aún si se compara el coste y los retornos con los de una instalación solar térmica diseñada para cumplir con los requerimientos del Documento HE-4 del CTE. 33

35 Caso práctico nº 2 Para este ejemplo situaremos un edificio de 3 plantas, con 6 viviendas en Gipuzkoa. Tipo vivienda vivienda multifamiliar Nº Dormitorios 3 Nº personas 4 Nº litros/persona 22 por persona Provincia Guipúzcoa Nº Viviendas 6 M 2 90 Tiempo de uso B (medio) Potencia/m Wat/h Temperaturas 2010 Teniendo en cuenta estos datos obtenemos las necesidades caloríficas del edificio. MES Consumo ACS (kw h) Consumo calefacción (kw h) Total (kw h) Enero 989, , ,69 Febrero 876, , ,73 Marzo 932,60 837, ,60 Abril 865,67 810, ,67 Mayo 875,50 0,00 875,50 Junio 828,84 0,00 828,84 Julio 837,43 0,00 837,43 Agosto 856,47 0,00 856,47 Septiembre 847,26 810, ,26 Octubre 894,53 837, ,53 Noviembre 902, , ,51 Diciembre 989, , ,69 TOTAL ,91 34

36 Consumo 4.000, , , , , , , ,00 kw h 2.000, , , , , ,53 ACS Calefacción TOTAL 1.000,00 875,50 828,84 837,43 856,47 500,00 0,00 Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre De acuerdo con los datos recogidos nuestro edificio deberá estar dotado de una caldera central convencional que funcione mínimamente entre los valores de 0,82 y 3,50 MW. En el mercado encontramos una que funciona desde los 0,5 a los 4 MW. Una vez determinado el aparato, se realizan los cálculos para determinar el consumo de energía primaria, el coste y las emisiones de CO 2 de la instalación con la caldera central convencional. Las características de la caldera son: Rendimiento 0,915 % Consumo de gas Potencia térmica útil kw h kw h Con los datos de necesidades y los datos de la caldera calculamos el consumo, el coste y las emisiones de CO 2 que tendrá nuestra instalación. MES Potencia térmica Consumo de gas Compra de Emisiones de requerida (kw h) (kw h) gas ( ) CO2 (kg) Enero 3.500, ,51 163, ,11 Febrero 3.144, ,61 146,70 996,33 Marzo 1.769, ,28 82,55 560,65 Abril 1.675, ,67 78,17 530,90 Mayo 875,50 956,48 40,84 277,38 Junio 828,84 905,50 38,67 262,60 Julio 837,43 914,90 39,07 265,32 Agosto 856,47 935,69 39,95 271,35 Septiembre 1.657, ,55 77,31 525,06 Octubre 1.731, ,70 80,78 548,59 Noviembre 3.332, ,77 155, ,82 Diciembre 3.500, ,51 163, ,11 TOTAL , , ,21 35

37 Ahora calcularemos lo que nos aportaría la máquina de microcogeneración que instalaríamos, para comparar los consumos, precios y las emisiones de CO 2. Emplearíamos un motor de combustión interna con un consumo de kw h y un rendimiento global de 89,7%. El motor nos da una potencia térmica útil de 778 kw h y una potencia eléctrica útil de 600 kw h. Se debe encontrar el caso más adecuada para cada instalación, ya que no conviene tener la maquina constantemente parándose. En nuestro caso, la aportación no llega en ningún momento al mínimo de la necesidad del edificio, por lo que la maquina no dejara de funcionar en ningún momento (excepto en las paradas obligatorias que son de 2 horas al día). Rendimiento 89,7 % Consumo de gas Potencia térmica útil Potencia eléctrica útil kw h 778 kw h 600 kw h Finalmente calcularemos los ahorros económicos, de CO 2, de producción térmica, etc. MES Potencia térmica aportada (kw h) Potencia eléctrica aportada (kw h) Ahorro de gas ( ) Venta de Electricidad ( ) Emisiones de CO 2 evitadas (kg) Enero 778,00 600,00 33,22 192,00 225,62 Febrero 778,00 600,00 33,22 192,00 225,62 Marzo 778,00 600,00 33,22 192,00 225,62 Abril 778,00 600,00 33,22 192,00 225,62 Mayo 778,00 600,00 33,22 192,00 225,62 Junio 778,00 600,00 33,22 192,00 225,62 Julio 778,00 600,00 33,22 192,00 225,62 Agosto 778,00 600,00 33,22 192,00 225,62 Septiembre 778,00 600,00 33,22 192,00 225,62 Octubre 778,00 600,00 33,22 192,00 225,62 Noviembre 778,00 600,00 33,22 192,00 225,62 Diciembre 778,00 600,00 33,22 192,00 225,62 TOTAL 9.336, ,00 398, , ,44 36

38 30.000,00 Convencional Vs Microcogeneración , , , , ,00 0,00 Consumo de gas (kw h) Compra de gas ( ) Ahorro de gas ( ) Convencional Venta de electricidad ( ) Microcogeneración Ahorro total Emisiones de CO2 evitadas (kg) Como se puede ver el ahorro conseguido es elevado tanto económicamente, como en emisiones de CO Alumbrado exterior MARWEN LEYN Descripción de la tecnología LEYN cuyas siglas significan Lighting Exacyl You Need, es una herramienta de control y gestión sobre los consumos eléctricos sobre instalaciones de alumbrado exterior. Gracias a este sistema podemos establecer una regulación de flujo en función del horario o necesidades del cliente, además nos permite conocer en tiempo real el estado de las lámparas, si hay robo de energía o del cableado. La tecnología LEYN es un sistema compuesto por lámparas LED regulables y un Software LEYN, el cual es capaz de ahorrar entre un 70% - 85% de ahorro en un consumo eléctrico Ventajas e inconvenientes de la misma Esta tecnología cuenta con numerosas ventajas entre ellas destacamos: - Regulación de intensidad de la lámpara LED 0 100% incrementando su vida útil. - Optimiza el consumo energético de las luminarias en base permitiendo controlar la facturación. 37

39 - Información en tiempo real del estado de las lámparas de la instalación. - Permite controlar de distinta forma las luminarias de un mismo circuito. - Gracias al sistema se consigue una optimización de la iluminación, reduciendo la dispersión y el deslumbramiento. - Cuantificar el ahorro energético conseguido Posibilidades y barreras de su implantación Este sistema es idóneo para todos aquellos gestores de alumbrado exterior. Este sistema esta indicado para que lo utilicen empresas de Servicios Energéticos que precisen de un control integral de las instalaciones tanto de mantenimiento como de control de consumos, obteniendo un ahorro económico significativo Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) Gracias a este software podemos llevar un control de los consumos en cada momento monitorizándolos. Con este sistema no solo existe la posibilidad de conocer dichos consumos si no de regular las intensidades de las lámparas y de conocer posibles incidencias, lo que se traduce en menos consumo y por tanto más ahorro Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.) El software se instala en cada dispositivo situado en cada cuadro pudiendo controlar hasta dos líneas. El precio del software está supeditado al número de cuadros y número de líneas adicionales. Así pues cuanto mayor sea el número de cuadros menor será el precio, hasta un precio mínimo y el número de líneas adicionales se cobran a un precio fijo independientemente del número. Los equipos necesarios para el funcionamiento del sistema tales como Pcs, inyectores, lámparas, etc. No estarían incluidos en el supuesto precio antes explicado. El Periodo de retorno del producto dependerá del tipo de instalaciones existentes, pero aunque sea un sistema caro, en pocos años provocará el retorno de la inversión Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) El principal aspecto ambiental es la reducción de CO 2 debido a la disminución de consumos energéticos, y a la menor utilización de vehículos del personal de mantenimiento. 38

40 LEC A Descripción de la tecnología LEC A es un controlador de energía trifásico, diseñado para controlar y estabilizar el voltaje suministrado a elementos de iluminación. Utilizando LEC A, se puede reducir el voltaje que se suministra a los circuitos de iluminación en hasta 35 voltios, en pasos de 2,5 voltios cada uno Ventajas e inconvenientes de la misma. El equipo promueve entre 15% a 35% de ahorro de energía al instante, además de ser un estabilizador de voltaje. Gracias a ser un estabilizador se crea una protección total contra sobrecalentamiento y sobrecarga. El LEC A cuenta con una pantalla y teclado incorporados para una fácil programación, teniendo una Integración perfecta con sistemas de gestión de energía (EMS). Este equipo además de ser compacto y de gran eficacia no produce distorsión armónica ni interferencias electromagnéticas (THD/EMI free). El LEC A cuenta con un Reloj de tiempo rea que permite utilizar el LEC en el modo automático y otro Reloj astronómico que regula el encendido dependiendo de la fecha y hora, lo que ahorra un 5 o 10% de energía. Otra de sus ventajas es que el LEC A permite activar circuitos de iluminación que funcionan según diversos horarios. Este modo es ideal para aplicaciones que combinan circuitos de iluminación externos e internos conectados al mismo tablero eléctrico o zonas con más diferente iluminación. El principal inconveniente es su ineficacia con lámparas LED Posibilidades y barreras de su implantación. Este equipo cuenta con varios modelos dependiendo de la intensidad entre 20A 250A siendo los mayores idóneos para todos aquellos gestores de alumbrado exterior aunque también se puede utilizar en carreteras, túneles, centros de logística, fábricas, estaciones de servicio, de comercio. Es ideal para colocar en centros de mandos con un gran número de luminarias tanto VSAP como de Halogenuros. La barrera más significativa que presenta el equipo es su ineficacia con luminarias LED. 39

41 Aspectos energéticos (consumos, ahorros, etc.) El equipo LEC A produce de forma inmediata, tras su instalación, ahorros significativos derivados del control de flujo en las luminarias, alrededor del 15 a 35% de ahorro de energía. Otro aspecto importante es su función de estabilizador de tensión, lo que conlleva un ahorro evitando picos de consumo de energía Aspectos económicos (costes, periodos de retorno de la inversión, etc.). El precio del equipo se encuentra en una horquilla de el equipo más pequeño 20A y el de el más grande de 250 A. El ahorro es directamente proporcionales a la reducción de la energía consumida, al gastar entre un 15% y un 35% menos de energía reduciremos el coste en ese porcentaje. Otro dato importante es que gracias al estabilizador de tensión tendremos un ahorro en el gasto de mantenimiento debido al aumento de la vida de las lámparas Aspectos medioambientales (ventajas, emisiones evitadas, etc.) El principal aspecto ambiental es la reducción de CO 2 debido a la disminución de consumos energéticos, y a la menor necesidad de lámparas nuevas con el descenso que ello conlleva de producción de residuos Caso práctico En este caso práctico vamos a mostrar un ejemplo de la utilización de un Reductor de flujo, Lec A Trifásico. Como situación base, ponemos un ejemplo de una calle ancha (2 carriles por sentido) con una instalación vieja y gastada por el tiempo, con báculos de 9 m. cuyas lámparas son de Vapor de Sodio de Alta Presión de 250W. Datos de la instalación: TIPO DE LÁMPARA Nº LÁMPARAS POTENCIA UNITARIA POTENCIA TOTAL HORAS ENCENDIDO / AÑO VSAP

42 Datos de Consumo con el Lec: Considerando: Que el tiempo de encendido del alumbrado son 4100h/año Que por sobretensión de 6% tenemos un exceso de consumo del 14% Realizamos la reducción de flujo en un 40% durante 2300 h. El precio del Kw medio es de 0,17 Precio del Reductor de Flujo es 6150 Nº Lámparas Vapor de Sodio (ud.) 50 Potencia de lámpara (W) 250 Potencia de lámparas instalada+12w eq aux (kw) 13,10 Consumo total del suministro (kwh/año) ,00 Exceso de consumo por sobretensión DEL 6% (14%) ,40 OPTIMIZACIÓN Consumo del suministro con reducción Ahorro kwh/año ,40 kwh/año Después de ver los datos anteriores con el reductor de flujo podemos sacar las siguientes conclusiones: Ahorro Energético ,4 kwh/año Ahorro Económico 3.327,1 Inversión 6.150,0 Periodo de retorno Reducción CO2 (Kg/año) 1,8 años 7.828,6 Kg /año 41

43 3.1.4 Calidad de la Energía HERZIO Sistemas modulares de compensación automática de energía reactiva Descripción de la tecnología Ciertos receptores necesitan campos magnéticos para su funcionamiento (motores, transformadores, neveras...) y demandan otro tipo de energía denominada energía reactiva. Es una energía que realmente no se consume, pero que circula por cables y devanados afectando a la instalación, y a todo el sistema eléctrico en su conjunto. Las baterías de condensadores crean una energía reactiva capacitiva que anula la energía reactiva inductiva, consiguiendo así el cliente una mayor eficiencia energética en la instalación y se deja de pagar en la factura eléctrica el incremento por concepto de energía reactiva. Hay varios tipos de compensación de energía reactiva, en función de dónde se sitúe la batería de condensadores, automática (global o parcial) o fija, se exponen a continuación unas figuras con las diferentes opciones: 42

44 Compensación automática global, donde se conecta una batería en el cuadro principal, resultando la opción más económica, descargando el transformador principal, y evitando los recargos de la compañía eléctrica, aunque no así a las líneas de la instalación. Compensación parcial, donde se colocan baterías automáticas en distintas zonas de la instalación. Es la solución habitual en grandes consumidores de energía, descarga transformadores de cabecera, y descarga líneas distribuidoras hasta las zonas seleccionadas. 43

45 Compensación fija, aplicable a cargas puntuales con demanda constantes de energía reactiva (motores, trafos). Actualmente, los sistemas más modernos reúnen las siguientes características: Algoritmos de control mejorados, permiten un mayor número de escalones, para una regulación más fina. Modularidad. Consiste en armarios pre-cableados, con seccionador y regulador, de forma que se introduzcan de forma sencilla nuevos módulos o se sustituyan rápidamente en caso de necesidad. Es un aspecto fundamental, ya que ahorra importantes labores de mantenimiento e instalación y posibilita el sobredimensionamiento del armario de forma que se puedan añadir módulos posteriormente, si la instalación es ampliada. 44

46 Analizador y gestión de alarmas. Las baterías de condensadores son sensibles en general a las sobretensiones, y en especial a la presencia de armónicos en las instalaciones (habrán de ser filtrados previamente a la instalación de la baterías, o emplear baterías con filtros desintonizados incorporados) es por ello, que el regulador ha de poseer capacidades de analizador de redes, calculando los parámetros relacionados con la calidad de la energía, permitiendo su visualización y actuando en consecuencia, generando alarmas o desconectando la batería cuando sea necesario. Se recuerda que los principales fabricantes ofrecen gratuitamente en sus páginas web programas para el cálculo y dimensionamiento del sistema de baterías de condensadores Ventajas e inconvenientes de la misma o Ventajas técnicas Disminución de la potencia de las instalaciones Mejor aprovechamiento de los transformadores y de las líneas Evita sobredimensionamiento de la aparamenta. Mejores niveles de tensión Menores pérdidas reduciendo el calentamiento de los conductores. o Ventajas económicas Se evitan los recargos en la tarifa eléctrica que penalizan el consumo de energía reactiva, que han sufrido un incremento desde el 1 de enero de 2010 (BOE 31/12/09). 45