Hibridación energética con gas natural

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1 Hibridación energética con gas Hibridación energética con gas 1. Qué es la hibridación? 2. La hibridación de diferentes fuentes 3. Hibridación de tecnologías con la misma fuente 2.1 Electricidad y gas : Caldera de condensación a gas bomba de calor eléctrica en edificios 2.2 Solar térmica y gas : Caldera de condensación a gas energía solar térmica en edificios 2.3 Energía geotérmica y gas : s de calor a gas energía geotérmica en edificios 2.4 olina y gas : Vehículos híbridos gasolina y gas 2.5 Electricidad y gas : Vehículos híbridos eléctricos y gas 3.1 Tecnologías con gas I: Microgeneración y calderas de condensación a gas 3.2 Tecnologías con gas II: s de calor y calderas de condensación con gas Qué es la hibridación energética? La hibridación consiste en la combinación de dos fuentes o dos tecnologías energéticas distintas (de modo secuencial o simultáneo) con el objetivo de alcanzar el máximo nivel de eficiencia, es decir, el máximo nivel útil disponible con el menor uso de recursos utilizados. En ambos casos el gas puede jugar un papel clave. Hay dos tipos de hibridación: La que combina varias fuentes (por ejemplo, solar térmica con gas ). La que combina varias tecnologías energéticas alimentadas con la misma fuente (por ejemplo, calderas de condensación con bombas de calor, ambas alimentadas con gas ). Claves de la hibridación energética Sostenibilidad Medioambiental Eficiencia Energética Sostenibilidad Económica La hibridación de diferentes fuentes 2.1. Electricidad y gas. Caldera de condensación a gas bomba de calor eléctrica en edificios Para satisfacer las demandas de climatización y agua caliente en los edificios, este sistema combina el uso de una caldera de gas con una bomba de calor eléctrica. La producción de agua caliente se realizará siempre con una caldera de condensación a gas, que garantiza un rendimiento óptimo y la potencia necesaria para un servicio continuo y satisfactorio. 1

2 Cuando la temperatura exterior es baja (normalmente, inferior a 7º C), el sistema de calefacción está garantizado por la caldera a gas obteniendo el máximo de los rendimientos. Por encima de esta temperatura la bomba de calor alcanza un rendimiento (COP) lo suficientemente alto como para que sea el dispositivo que aporte energía. Según la temperatura exterior y el rendimiento de la bomba de calor, se define el Punto de Bivalencia a partir del cual se trabajará con la caldera a gas o la bomba de calor eléctrica. Caldera de condensación a gas bomba de calor eléctrica Criterios de selección del generador Zona de trabajo para la Caldera Zona de trabajo para la de Coste funcionamiento Caldera ) Coste funcionamiento de (electricidad) -15 C 20 C Verificación de cúando COP de (coste) > COP Caldera (coste) Punto de Bivalencia. Temperatura de corte, normalmente 7º C Solar térmica y gas. Caldera de condensación a gas energía solar térmica en edificios Este sistema capta energía solar tanto directa como difusa, la almacena y la aplica a la consecución de agua caliente en edificios, evitándose, así, una parte del consumo s convencionales. La energía solar no suele ser suficiente para asegurar el 100 % del servicio durante todo el periodo de tiempo y los usuarios no pueden depender de factores externos para asegurar el 100% de su continuidad. El gas es quien mejor puede realizar la función de apoyo: es la energía de suministro continuo más económica y la fuente convencional con menores emisiones de CO 2 y de contaminantes locales (óxidos de nitrógeno y de azufre, partículas sólidas en suspensión). Energía aportada por la caldera y los colectores solares 6,00 Energía aportada por la caldera 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Energía aportada por los colectores Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre El equipo complementario (caldera a gas ) aporta la energía suficiente para alcanzar el nivel de confort demandado por el usuario. 2

3 Caldera de condensación a gas energía solar térmica en edificios Salida productos de la combustión Captador solar de energía Acumulador (solar) exterior de energía I/ Caldera mixta Kit solar I/Calefacción R/Calefacción VIVIENDA 1 Vaso de expansión llenado Intercambiador llenado exterior R/ I/ R/ Caldera mixta Kit solar Agua de red I/Calefacción R/Calefacción VIVIENDA 2 Agua de red 2.3 Energía geotérmica y gas. s de calor a gas energía geotérmica en edificios A través de una bomba de calor por absorción a gas, se intercambia con el subsuelo la energía necesaria para satisfacer la demanda de climatización y agua caliente sanitaria del edificio. De esta forma, en verano, para el uso de refrigeración, se utiliza el subsuelo para disipar la energía térmica y en invierno, para el uso de calefacción, se hace uso del mismo como fuente energética. Energía geotérmica y gas Demanda de calor Climatización Agua caliente sanitaria Climatización Demanda de frío Frío Agua caliente sanitaria 2.4. olina y gas en automoción. Vehículos híbridos gasolina gas. El tráfico rodado en las grandes ciudades es el principal responsable de los importantes niveles de contaminantes por la presencia de partículas y óxidos de nitrógeno. El uso del gas en la automoción es una alternativa que presenta considerables ventajas ambientales en cuanto a reducción de emisiones y permite al usuario una mayor economía. La transformación primaria ) a energía útil (mecánica) en los vehículos a gas se realiza mediante un motor alternativo de combustión interna, por lo que se utiliza la misma tecnología que poseen los vehículos convencionales que tienen derivados del petróleo (diésel, gasolina,..) como combustible. 3

4 Km recorridos con Natural óleo 292 olina Instalación de un sistema Bi-Fuel en un vehículo Interruptor selector gas-fuel Unidad de control (centralita) Inyectores Regulador de presión del evaporador Tipos de motores: Se puede operar con motores de encendido provocado por chispa (motores Dedicados y Bi-fuel) o con una inyección piloto de gasóleo que inflama la mezcla de aire y gas (motores Dual Fuel). Depósito de gas Depósito de gasolina Distribuidor de gas En la actualidad, existe un mercado de vehículos a gas disponibles que se puede separar en 4 grupos: vehículos de tipo turismo, vehículos comerciales, autobuses y camiones. En cada uno de estos grupos, se presentan diferentes tipologías de motor y forma de gas que se han adaptado al mercado. A continuación se muestra qué tipos de vehículos producidos para gas hay en la actualidad en el mercado. Dedicados Ciclo Otto Operan exclusivamente con gas. Inyección Directa Ciclo Diésel Introducción de aire durante la fase de admisión. Inyección simultánea de diésel y gas al final de la fase de compresión mediante doble inyector. Transformación de vehículos híbridos a gas Bi-Fuel Preparados para trabajar alternativamente con dos combustibles. -gasolina. Introducción de aire y gas durante la fase de admisión. Piloto diésel para iniciar la combustión. TURISMOS Forma de gas VEHÍCULOS COMERCIALES Forma de gas AUTOBUSES Forma de gas CAMIONES Forma de gas De las tablas anteriores se aprecia como la opción bi-fuel (gas en turismos es la única que ha prosperado en el mercado de los motores ligeros. 4

5 2.5. Electricidad y gas en automoción.vehículos híbridos eléctricos gas. Un vehículo híbrido eléctrico combina un motor de combustión interna y un motor eléctrico para dar una conducción más eficiente. La mayor ventaja de los híbridos se obtiene en trayectos con continuas paradas y aceleraciones, es decir, en el entorno urbano. Conducción eficiente híbridos eléctricos 1 PUESTA EN MARCHA 2 CONDUCCIÓN NORMAL 3 ACELERACIÓN FUERTE 4 DECELERACIÓN 5 PARADA Solo funciona el motor eléctrico, alimentado por la batería (si la aceleración es suave) Funciona el motor térmico que arrastra al motor eléctrico que a su vez mueve las ruedas. Funciona el motor térmico, además también funciona el motor eléctrico para dar un suplemento de potencia El motor eléctrico hace de generador y recarga la batería. El motor térmico puede estar parado o girando sin consumir gasolina (para retener más) El motor eléctrico y el motor térmico están parados. Hibridación de tecnologías con la misma fuente 3.1 Tecnologías con gas I: Microgeneración y calderas de condensación a gas. La microcogeneración se realiza con equipos de pequeña potencia, de menos de 50 kw, que pueden ser instalados con facilidad y una inversión reducida en edificios del sector terciario y residencial. Mediante las máquinas térmicas de potencia se genera electricidad en el punto de consumo y el calor residual disipado (que habitualmente se pierde o se escapa ) es aprovechado para calentar el agua sin necesidad de recurrir a otra fuente de calor. Este tipo de generación térmica y de electricidad permite conseguir ahorros de hasta un 30% primaria al reducirse las pérdidas en el transporte y distribución de electricidad. Esquema básico microgeneración Evacuación humos 5% Red eléctrica Import/Export Combustible 100% Unidad Microcogeneración Electricidad 15 / 44% 55/80% Eficiencia sin microcogeneración Eficiencia con microgeneración Rendimiento global=(70+ 30)/(75+95)=58% Rendimiento global=(70+ 30)/(100)=100% Ahorro Energía primaria > 30 % Natural Natural Red Eléctrica Electricidad. 30 Electricidad. 30 Electricidad. 30 5

6 En estos momentos se está a la espera de definición por parte del Ministerio de Industria de un marco regulatorio que cubra todo lo relacionado con estos sistemas (vertido de electricidad excedente; precios; etc). En cualquier caso, los equipos de microgeneración deben diseñarse para trabajar en instalaciones que aseguren un gran número de horas anuales de funcionamiento para poder amortizar la inversión. Para cubrir la demanda de la instalación se puede realizar una instalación modular con un equipo que cubra la demanda base mediante microgeneración y otro que cubra las puntas a través de una caldera de condensación a gas Criterios de diseño Equipo base 2 Equipo base 1 Horas/año Caldera Equipo base demanda punta Tecnologías con gas II: s de calor y calderas de condensación a gas Para satisfacer las demandas de climatización y agua caliente sanitaria, esta tecnología de hibridación conjuga las bombas de calor a gas las calderas de condensación como sistema de apoyo. La particularidad de la bomba de calor se centra en el motor que acciona el compresor frigorífico. Se trata de un motor de combustión interna de gas que sustituye al accionamiento tradicional mediante un motor eléctrico. Las bombas de calor disponen además de un potencial de recuperación térmica adicional de los circuitos de refrigeración y de los gases de escape del motor. Motor eléctrico eléctrica Compresor caliente Condensador Evaporador Válvula de expansión Motor a gas refrigeración del motor desde el radiador a gas Compresor caliente Condensador Intercambiador de placas Evaporador (radiador) Válvula de expansión Absorción de calor del aire exterior Absorción de calor del aire exterior s de calor y calderas de condensación a gas de calor a gas Módulo hidrónico (BCG) Depósito de inercia VIVIENDA 1 I/Calefacción a frío (FAN-COIL) Acumulador (BCG) llenado Acumulador (Convencional) de agua R/Calefacción a frío (FAN-COIL) kit de recuperación de (BCG) Agua de red Caldera centralizada de agua I/Calefacción a frío (climatizador+conductos) R/Calefacción a frío (FAN-COIL) (climatizador+conductos) VIVIENDA 2 6

7 Fundación Natural Fenosa Plaça del, Sabadell Barcelona (España) Tel: Fax: Editor: Fundación Natural Fenosa Realización: septiembre

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