Usos del biogás y la cogeneración. Jornada tècnica Tàrrega, dimecres 18 de maig de 2011

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1 Usos del biogás y la cogeneración Jornada tècnica Tàrrega, dimecres 18 de maig de 2011

2 ÍNDICE 1. Introducción 2. Situación energética. El Pla de l Energia de Catalunya El biogás: concepto y energía 4. La cogeneración 5. Producción de energía eléctrica en régimen especial. RD 661/2007 En el contexto de la situación actual y del desarrollo de las Energías Renovables y la Cogeneración en Catalunya y España, se introducirán conceptos técnicos y de la reglamentación más destacada y específica para sus aplicaciones a escala industrial. 2

3 1. INTRODUCCIÓN BIOGÁS METANO REFLEXIÓN SUMINISTRO DE ELECTRICIDAD, CALOR y/o COMBUSTIBLE DE FORMA SOSTENIBLE EL BIOGÁS NO ES SIMPLEMENTE UNA FUENTE DE ENERGÍA RENOVABLE kw ES UNA HERRAMIENTA DE GESTIÓN Implicaciones: cosubstratos, planes de gestión, zonas vulnerables, operación de plantas... La DA tratamiento de purines ventajas ambientales y energéticas La DA eliminación de purines de volumen contenido de N y P dosis aplicable a terreno 3

4 TRANSPORT E Y DISTRIBUCIÓN CARBÓN, GAS NATURAL, ENERGÍAS RENOVABLES COMBUSTIBLES; Gasolina, Gasoil, Queroseno,GLP, biocombustibles, etc. ENERGÍA ELÉCTRICA 2. SITUACIÓN ENERGÉTICA Energía primaria y energía fina CONSUMO DE ENERGÍA PRIMÀRIA OBTENCIÓN DE LOS PRODUCTOS ENERGÉTICOS NATURALES PETRÓLEO, GAS NATURAL, NUCLEAR, EERR INSTALACIONES DE TRANSFORMACIÓN: Refinerías, centrales eléctricas,... Esquema orientativo del recorrido de la energía desde la obtención hasta el consumo final, con un proceso de transformación previo (o no) en productos derivados o en energía eléctrica. La cantidad de energía primaria necesaria para satisfacer unas necesidades de energía final depende fuertemente del proceso de transformación NAFTAS, GLP, GAS NATURAL, USOS NO ENERGÉTICOS CONSUMO DE ENERGÍA FINAL Cocinas, calefacción,... Transporte, automóviles, aviación... Alumbrado, electrodomésticos, tracción eléctrica,... Plásticos, lubrificantes, asfaltos, fibras sintéticas, fertilizantes... 4

5 2. SITUACIÓN ENERGÉTICA. Datos Distribución del consumo de energía primaria en Catalunya : Participación de las EERR en el balance de energía primaria en Catalunya = 2,8%. Esta cifra tiene que aumentar hasta el 9,5% en el Distribución fuentes energéticas en el consumo de energía primaria (Catalunya 2007) Consumo energía primaria 26,8 millones tep Distribución fuentes energéticas renovables en el consumo de energía primaria (Catalunya 2007) Consumo energía primaria renovable 742 ktep Renovables; 2,8% Altres; 4,5% Biocarburants ; 13,7% Solar tèrmica; 2,6% Eòlica; 5,8% Solar fotovoltaica; 0,4% Nuclear; 19,7% Petroli; 48,2% Biogàs; 5,5% Residus renovables; 18,1% Hidràulica; 41,4% Gas Natural; 24,9% Biomassa agrària, animal i forestal; 12,6% 5

6 2. SITUACIÓN ENERGÉTICA. Datos Producción bruta de electricidad en Catalunya

7 SITUACIÓN ENERGÉTICA. Datos Producción bruta de electricidad en Catalunya Producció bruta d'energia elèctrica amb fonts d'energia renovable (GWh) Disminución producción hidroeléctrica Eòlica RSU Altres renovables (biomassa, biogas i fotovoltaica) Hidràulica La producción de EERR (no hidroeléctrica) ha aumentado en el periodo , aunque no ha compensado la reducción de la producción hidroeléctrica debida a la situación de sequía que vivió Catalunya en este periodo. 7

8 2. SITUACIÓN ENERGÉTICA. Datos Distribución del consumo de energía primaria en España Consumo energía primaria 130 millones tep Fuente: IDAE 8

9 2. SITUACIÓN ENERGÉTICA. Datos Generación energía eléctrica con fuentes renovables en España Producción bruta de electricidad GWh Fuente: IDAE 9

10 2. SITUACIÓN ENERGÉTICA. Datos Producción de energía primaria de biogás en la UE Suècia; 103,00 Polònia; 131,70 Espanya; 203,20 Holanda; 225,70 República Txeca; 90,00 Dinamarca; 93,80 (ktep) 2008* Bèlgica; 87,60 Grècia; 34,40 Biogás valorizado (no quemado a antorcha) Incremento de 4,4% respeto 2007 Vertederos 39% Edars 13% Àustria; 232,40 Agrícola, ganadero, codigestión y residuos domésticos 48% Itàlia; 410,00 França; 452,00 UK; 1.637,10 Alemanya; 3.675,80 Más potencial de crecimiento Alemania: en pocos años se ha convertido en el mayor productor de Biogás, gracias al desarrollo de plantas individuales de digestión (71% del total) 49% del total de E. primaria 42% sobre la Producción de Electricidad (*) estimación UK: el 87% de la producción de Biogás procede de vertederos 10

11 2. SITUACIÓN ENERGÉTICA. Datos Producción bruta de calor a partir de biogás en la UE (ktep) 2007* Àustria; 8,5 Luxemburg; 5 Bèlgica; 14,2 Espanya; 14,7 Suècia; 16,4 Finlàndia; 22,1 Alemanya; 23,2 UK; 61,9 França; 53,2 Aprovechamiento de calor: más difícil de evaluar Incremento Producción Calor respecto 2006: 2,5% Mitad de la producción: plantas CHP Consumo de calor: calefacción edificios, procesos industriales, etc., suministrado a través de sistemas de district heating Itàlia; 40,9 Dinamarca; 23,6 República Txeca; 23,9 Polònia; 34,2 11

12 2. SITUACIÓN ENERGÉTICA. Datos Producción bruta de calor a partir de biogás en la UE. El caso de Dinamarca Producción de energía primaria de biogás (ktep) Según la Agencia Danesa de la Energía: Considerando el ratio Producción Energía Primaria por habitante, Dinamarca ocupa la 4ª posición Producción bruta de calor a partir de biogás (ktep) Biogás: producido mayoritariamente en plantas colectivas de codigestión (purines i residuos agroalimentarios) Unidades de cogeneración con alto aprovechamiento del calor elevado número de pequeños district heatings suministran el 60% de la demanda doméstica 12

13 2. SITUACIÓN ENERGÉTICA. El Pla de l Energia de Catalunya El PLA D ENERGIES RENOVABLES La capacidad de intervención de Catalunya desde la perspectiva de la oferta de los grandes vectores energéticos (petróleo, gas natural y carbón) se encuentra muy limitada, ya que se trata de un problema marcado por la coyuntura internacional. En cambio, Catalunya tiene que actuar de forma proactiva en el máximo desarrollo posible de su potencial de energías renovables y desde la perspectiva de la demanda, apostando por el ahorro y la eficiencia energética como herramienta estratégica clave de su política energética. Esta actuación tiene que ser un esfuerzo conjunto de toda la sociedad catalana, desde su administración, empresas, instituciones y ciudadanos. La estrategia catalana para afrontar situaciones complejas futuras se sumará y coordinará con todas las iniciativas de ámbito estatal y europeo que se desarrollen en esta línea estratégica. 13

14 2. SITUACIÓN ENERGÉTICA. El Pla de l Energia de Catalunya El PLA D ENERGIES RENOVABLES Font d'energia renovable Pla de l'energia Consum d'energia primària l'any 2015 (ktep) Revisió 2008 Diferències Solar tèrmica 86,0 111,7 25,7 Solar fotovoltaica 10,2 57,9 47,7 Solar termoelèctrica 12,0 189,3 177,3 Eòlica 758,0 698,4-59,6 Hidràulica 528,0 504,3-23,7 Biomassa forestal i agrícola 306,6 306,6 0,0 Para el conjunto de las EERR, el objetivos en términos absolutos se reduce en un 8,3% (pasa de un consume de energía 1ª de origen renovable de 2.949,3 ktep a 2.703,4 ktep). Esta reducción es debida principalmente a la reducción en el objetivo previsto inicialmente para el biodiesel. En términos relativos, el objetivo aumenta ligeramente (pasa de representar el 9,5% del consumo total de energía 1ª en 2015 a representar el 10,0% en esta revisión). Biogàs 205,6 205,6 0,0 Bioetanol 58,7 93,9 35,2 Biodiesel 785,4 348,0-437,4 Percentatge renovables sobre el consum d'energia primària l'any 2015 Pla de l'energia Revisió 2008 Altres residus renovables 198,8 187,7-11,1 TOTAL (sense biocarburants) 2.105, ,5 156,3 total 9,5% 10,0% sense usos no energètics 11,0% 11,5% TOTAL 2.949, ,4-245,9 14

15 2. SITUACIÓN ENERGÉTICA. El Pla de l Energia de Catalunya El PLA D ENERGIES RENOVABLES - Reducción por cierre central de Cercs antes de Reducción por cierre de St Adrià antes de ciclos combinados previstos - Mantenimiento de las centrales existentes * Incluye las centrales eléctricas que usen RSI como combustible y la parte fósil de centrales eléctricas mixtas renovables / no renovables (plantas de reducción y metanización de residuos). 15

16 2. SITUACIÓN ENERGÉTICA. El Pla de l Energia de Catalunya El PLA D ENERGIES RENOVABLES Biogás y residuos: principales barreras Baja producción de biogás de algunos subproductos orgánicos y alta sensibilidad de la producción a la composición de estos subproductos. Fuerte regulación de los precios en el sector ganadero, lo que dificulta la repercusión de las inversiones en mejoras medioambientales. Dificultad en la gestión de los residuos (especialmente los purines porcinos), que en muchos casos deriva en la falta de interés de los ganaderos por la tecnología de la digestión anaerobia. La falta de sistemas de manejo adecuados de las deyecciones ganaderas puede derivar en una disminución de la producción global de biogás (los purines frescos producen más biogás que los purines envejecidos). Uso por parte de muchos agricultores de abonos químicos en vez de purines o otros subproductos orgánicos. Esto puede deberse a la desconfianza en la aplicación del purín o a cuestiones de comodidad o por los malos olores del purín. 16

17 2. SITUACIÓN ENERGÉTICA. El Pla de l Energia de Catalunya El PLA D ENERGIES RENOVABLES Biogás y residuos: propuestas de actuación Promoción de instalaciones de aprovechamiento energético del biogás (por producción térmica y/o eléctrica) en todos los ámbitos (depuradoras de aguas residuales, vertederos, etc.) y muy especialmente en el sector ganadero. Fomento a la introducción de tecnologías que incrementen la producción de biogás (codigestión). Asegurar la viabilidad económica de las plantas de biogás con el sistema de primas del Régimen Especial de Producción Eléctrica. Líneas de ayudas a las instalaciones. Soporte a proyectos de I+D que contribuyan a mejorar los beneficios energéticos de la tecnología de la digestión anaerobia y a proyectos de demostración. Trabajo conjunto con la Agencia de Residus de Catalunya, el DAR, Gesfer y el GIRO, con el objetivo de elaborar un Pla de Biogàs a Catalunya Trabajo conjunto con el DAR y con el Departament de Territori i Sostenibilitat con el objetivo de encontrar soluciones a la problemática relacionada con la contaminación de los suelos por nitratos (consorcio GESFER). 17

18 2. SITUACIÓN ENERGÉTICA. El Pla de l Energia de Catalunya Aplicaciones en el sector ganadero Impulso a nuevas plantas de biogás con codigestión anaerobia de purines Mejora de la retribución con el RD 661/2007 grupo b.7.2 Subvenciones a fondo perdido ( ) Se han impulsado inversiones del ordren de 44 MM 6 nuevas plantas en operación / 2 en construcción / 11 proyectos a punto de ejecución

19 2. SITUACIÓN ENERGÉTICA. Directiva Europea Energías Renovables 2009/28/CE Directiva 2009/28/CE DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO, 23 de abril de 2009 Objetivos Europa Define una serie de objetivos energéticos/ambientales obligatorios para el 2020: 20% de energía primaria de origen renovable (incluyendo calor y frío, biocombustibles y renovables eléctricas) 10% de biocarburants para el transporte en la UE y en cada estado miembro. Reducción del 20% de las emisiones de GEH respecto 1990 Por eso se considera necesario la mejora del 20% de la eficiencia respecto del escenario tendencial. 20%Renovables Objetivo del 20 20% Eficiencia Para el % Emisiones 19

20 3. EL BIOGÁS: CONCEPTO Y ENERGíA La Digestión Anaerobia y el Biogás Es un proceso microbiológico de descomposición de la materia orgánica, en ausencia de oxígeno, produciendo un combustible gaseoso llamado Biogàs. Puede aplicarse a residuos con contenido de materia orgánica. Residuos agrícolas y ganaderos Residuos industriales orgánicos Aguas residuales y municipales FORSU Composición El biogás es un combustible gaseoso, formado principalmente por metano y dióxido de carbono La composición media es: Componentes principales: CH % CO % Otros gases presentes: N % O 2 0-0,5 % H 2 0-0,05 % H 2 S ppm H 2 O <14 % COVs < 2 % 20

21 3. EL BIOGÁS: CONCEPTO Y ENERGíA Valor energético Poder calorífico inferior = kcal/m 3 (6,4 kwh/m 3 ) Gas Natural: PCI = kcal/m 3 = 10 kwh/m 3 Valores orientativos; su variabilidad depende básicamente del porcentaje de metano en el biogás 1 m 3 de Biogás equivale a 0,64 m 3 de Gas Natural 21

22 3. EL BIOGÁS: CONCEPTO Y ENERGíA Obtención y usos energéticos Vertederos de RSU (aprovechamiento directo) BIOGÁS Filtrado mecánico Eliminación partículas CALDERA DE GAS Composición media: Digestión anaerobia de la fracción orgánica de RSU CH 4 : 50% - 60% CO 2 : 40% - 50% Otros gases presentes Limpieza Eliminación SH 2 i NH 3 TURBINAS DE GAS Digestión anaerobia de lodos de edar Digestión anaerobia de residuos ganaderos y otros residuos orgánicos N % O 2 0-0,5 % H 2 0-0,05 % H 2 S ppm H 2 O <14 % COVs < 2 % Concentración Eliminación CO 2 Síntesis combustibles líquidos MOTORES DE GAS RED DE GAS TRANSPORTE URBANO 22

23 3. EL BIOGÁS: CONCEPTO Y ENERGíA Obtención y usos energéticos Tipologías de instalaciones con biogás Plantas de biogás codigestió Vertederos Ecoparques 23

24 3. EL BIOGÁS: CONCEPTO Y ENERGíA Obtención y usos energéticos 24

25 3. EL BIOGÁS: CONCEPTO Y ENERGíA Obtención y usos energéticos Aplicaciones domésticas Caldera Motor o Turbina Inyección a red Pilas de combustible Agua caliente Electricidad ACS y Climatización (*) Viviendas unifamiliares Calefacción de distrito o redes de calefacción centralizadas: urbanizaciones, viviendas, edificios públicos, industrias, etc. Refrigeración por absorción Aplicaciones industriales Calefacción proceso digestión Calefacción explotaciones ganaderas Secado en un proceso industrial Refrigeración por absorción (*) Calor para calefacción en invierno y ACS todo el año y producción de frío en verano (sectores industrial y residencial) máquinas aire ac. de compresión mecánica + concentración en franjas horarias problemas de capacidad y regulación el sistema eléctrico Alternativa : sistemas que utilicen EERR y se basen en el consumo de energía térmica en lugar de eléctrica para su funcionamiento (como el método de absorción) eficiencia energética y ventajas medioambientales 25

26 3. EL BIOGÁS: CONCEPTO Y ENERGíA Obtención y usos energéticos Planta de biogás Tratamiento Rendimiento biogás materiales Composición metano en biogás Poder calorífico biogás (PCI) Rendimiento eléctrico / térmico CHP Horas funcionamiento planta t/año purines t/año cosubstratos 17 m 3 BG/t purín 100 m 3 BG/t cosubstrato 65% CH 4 6,5 kwh/m 3 37% / 40% h/año Ejemplo: Planta biogás 500kW m 3 BG/año MW e h/año MW e h/año Resultados Energía primaria en biogás (kwhpci/año) Energía eléctrica generada (kwh/año) Energía térmica generada (kwh/año) Potencia eléctrica instalada (kw) Potencia térmica instalada (kw) Resultados kwhpci/año kwh/año k Wh/año 403 kw 436 kw L fueloil Electricidad anual para 900 familias Calor anual para 150 viviendas 26

27 3. EL BIOGÁS: CONCEPTO Y ENERGíA La planta de biometano más grande del mundo Güstrow, norte de Alemania Empezó a funcionar en junio 2009 Nawaro BioEnergie AG / EnviTec Biogás Características técnicas Alimentación: t/año de cultivos energéticos 46 millones m 3 biometano Se inyectarán a la red existente de gas natural 55 MWt Potencia instalada 42 millones Inversión Puede cubrir las necesidades energéticas de una población de habitantes Tratamiento: Compresión y enfriamiento (parte del CO 2 eliminado) + scrubber con agua (resto de CO 2 y H 2 S eliminados); 55% 97% CH 4 Depósitos biometano Alimentación a la red de distribución a larga distancia. La planta vende el biometano a empresas de comercio de gas a un precio conectado con el del gas natural; estas empresas venden luego el biometano a los usuarios de centrales de CHP y consiguen un mayor precio para la electricidad procedente del gas renovable. Alemania: existen 18 plantas que ya inyectan biometano en la red de gas natural (otros 20 proyectos en desarrollo) Objetivo del Gobierno alemán en 2020: sustitución del 6% de gas natural por biometano 27

28 3. EL BIOGÁS: CONCEPTO Y ENERGíA Publicaciones ICAEN - Número 1 Quadern Pràctic Producció de biogàs per codigestió anaeròbia Guía práctica para el desarrollo y operación de plantas de aprovechamiento energético de biogás a partir de purines y otros productos orgánicos Disponible en pdf Apartado Publicacions Objetivo: - Difusión del proceso - Proporcionar herramientas de estudio y reflexión para poder evaluar el funcionamiento, la eficacia del proceso y la viabilidad económica de los proyectos, desde una perspectiva realista Destinatarios: Ganaderos y técnicos que quieran implantar el proceso de generación y aprovechamiento energético del biogás Puntos destacados que se tratan: Aplicación de la DA a materiales orgánicos Descripción del funcionamiento químico y biológico de la DA Instalaciones que componen una planta de biogás Aplicación a las deyecciones ganaderas y otros cosubstratos Ejemplos de cálculo de rendimientos y producción de energía Normativa energética relacionada Análisis económico de instalaciones (3 ejemplos) Colección Demos Demo 102: 1ª planta en Catalunya de codigestión anaerobia de purines con aprovechamiento energético procedente exclusivamente del biogás que se genera durante el proceso 28

29 4. LA COGENERACIÓN Principios de la cogeneración Definición: Generación simultanea en un mismo proceso, de energía térmica y eléctrica a partir de una fuente de energía primaria (combustible) La energía térmica es el producto y la energía eléctrica el residuo La cogeneración es la forma más eficiente de transformación de la energía contenida en combustibles fósiles; Aprovecha entorno al 80-90% de la energía contenida en el combustible; transformando en electricidad un 30-40% y en calor útil el 50-40%. Clima benigno de España, en comparación con países del centro y norte de Europa No existencia generalizada de redes de distribución de calor Limitan la viabilidad de CHP por dificultades en valorizar el calor excedente. En zonas o proyectos en que esta valorización no sea posible, la viabilidad puede estar muy condicionada por las tarifas eléctricas. 29

30 4. LA COGENERACIÓN Unidad de Cogeneración Generación de biogás Unidad de Cogeneración Unidad compacta / Contenedor Motor + Intercambiadores + Distribuidores calor + Tuberías biogás Coste construcción tubería agua caliente hasta consumidores = 150 /m Experiencia práctica: pérdidas de calor = 3% cada km tubería Para largas distancias, aconsejable instalar CHP cerca consumidores; Coste construcción tubería para biogás = 70 /m ( humedad del gas) (Datos Asociación Alemana de Biogás) 30

31 4. LA COGENERACIÓN Unidad de Cogeneración CHP a partir de Biogás Entrada Pérdidas 20% Calor para usos externos 50% Generación simultánea de electricidad y calor Rendimiento global 80-90% Energía Primaria Calor 45% Electricidad 35% Pérdidas 15% Calor a proceso 35% Rendimiento eléctrico 30-43% Depende del tamaño de motor Rend. unidades CHP grandes (a partir de 200kWe) > CHP pequeñas Rendimiento térmico 38-45% Fuente de calor: agua caliente 80-90ºC de la refrigeración de gases de escape Si no existe demanda de calor en las cercanías, el calor se podría convertir en electricidad Ciclo Orgánico de Rankine (ORC) se conecta aguas abajo del CHP: Q calienta un fluido especial que se evapora rápidamente el vapor alimenta una turbina genera electricidad Alemania: primer ORC en planta biogás: 2006 / CHP 600 kwe suministro para ORC 70 kw 31

32 4. LA COGENERACIÓN Principios de la cogeneración Se dimensiona para suministrar el calor útil demandado en uno o más centros próximos Proceso industrial Climatización Centrales de cogeneración Central nuclear Ciclos combinados entre 5 y 10 MW MW 400 MW Implicaciones Pequeño tamaño y ubicación en polígonos o centros de servicios sistemas de cogeneración conectados a las redes eléctricas de distribución (tensión entre 1 y 36 kv) pequeñas centrales conectadas a las mismas redes donde se conectan las fábricas o los edificios grandes de servicios. Ventaja : centro productivo centro consumidor No es necesario transportar la electricidad grandes distancias Cuantitativamente CHP ahorran una media del 6% de energía eléctrica en concepto de pérdidas de transporte y distribución evitadas. Cualitativamente Concepto = Generación distribuida 32

33 4. LA COGENERACIÓN Principios de la cogeneración Principales requisitos para la aplicación de los sistemas de cogeneración en un proceso industrial Existencia simultánea de demandas de energía térmica y eléctrica importantes Demanda de energía en forma de calor por parte del usuario (vapor, agua caliente, aceite térmico, aire caliente, etc.) Energía eléctrica: producto con mayor valor económico de los sistemas CHP; a diferencia del calor es más fácilmente transportable puede tener otros clientes distintos del propio usuario (venta a la red pública o a terceros). Período de como mínimo horas/año. Especialmente indicados para la alimentación energética de procesos de tipo continuo, con regímenes de 24 horas/día y con interrupciones como máximo semanales, ya que en otras condiciones de operación se incide notablemente en la vida de los equipos y en la rentabilidad misma de los proyectos 33

34 4. LA COGENERACIÓN Tecnologías de cogeneración Diversos tipos de máquinas que procesan los combustibles de forma directa o indirecta (empleando otros fluidos generados a partir de ellos). - Turbina de gas Máquinas más frecuentes - Turbinas de vapor - Motor alternativo La diversidad de soluciones tecnológicas que ofrecen los sistemas de CHP, permite una cierta adaptación a las necesidades de cada proceso en concreto, y en consecuencia la mejor aplicación para cada tipo de proceso. 34

35 4. LA COGENERACIÓN Tecnologías de cogeneración Funcionamiento Turbina de gas Turbina de vapor Motor de combustión interna Operan según ciclo Brayton. Compuesta por 3 secciones: Compresor: comprime el gas a elevadas presiones. Cámara de combustión : se mezclan el combustible con el aire comburente. Combustión a presión constante. Turbina de potencia: el gas caliente producido por la combustión se expande a través de la turbina y la hace girar para llevar a cabo trabajo (aprovechar su energía mecánica) Operan según ciclo Rankine. Se genera el vapor en una caldera, de la cual sale en unas condiciones de elevada T y P. En la turbina se transforma la energía térmica del vapor en energía mecánica, por expansión, que es aprovechada por un generador para producir electricidad Tanto en ciclo Diesel como en ciclo Otto. Cámara cerrada o cilindro: se quema una mezcla comprimida de aire y combustible, con el fin de incrementar la P y generar con suficiente potencia el movimiento lineal alternativo del pistón. (obtiene energía mecánica directamente de la energía química de un combustible que arde dentro de una cámara de combustión) Cogeneración de pequeña escala P < 1 MWe Micro-cogeneración P < 50 kwe (Directiva 2004/8/CE, 11/02/2004) 35

36 4. LA COGENERACIÓN Tecnologías de cogeneración Funcionamiento Aprovechamiento térmico Turbina de gas Flujo único gases calientes ( ºC) Fácil aprovechamiento energético. Gases con alto contenido de O 2 (15% aprox) por el exceso de aire con de combustión (impuesto por las limitaciones de resistencia mecánica en los materiales de las partes de la turbina sometidas a alta T) Límite importante en el rendimiento mecánico pero Ventajas Los gases = comburente para segunda combustión que permite elevar su T y posibles usos en procesos industriales Motor alternativo Focos de calor recuperable: - gases de escape ºC, con menor volumen que turbinas de gas - refrigeración del bloque del motor y del aire de carga - refrigeración del aceite lubricante. Recuperación térmica a niveles: - Agua o aire caliente hasta 90 ºC - El calor de refrigeración a baja T (del lubricante): agua caliente hasta 40 ºC (habitualmente es evacuado mediante torres de refrigeración o aerorrefrigerantes sin aprovecharse. Aplicación cuando es necesaria energía térmica a T máx. 90 ºC 36

37 4. LA COGENERACIÓN Tecnologías de cogeneración Combustible: el gas natural 20% del gas natural consumido en España - Combustible más fácilmente utilizable en cualquiera de las máquinas térmicas existentes - Permite una generación de energía respetuosa con el medio ambiente - Creciente disponibilidad de GN canalizado y su favorable marco tarifario Ventajas turbina de gas Ventajas motor a gas - Menor peso especifico. - Menor ocupación de espacio. - Mayor nivel térmico del calor recuperado - Un único nivel térmico. - Mayor variedad de configuraciones. - Mayor rendimiento eléctrico. - Mayor rendimiento global. - Mayor variedad de combustibles. - Mejores prestaciones a carga parcial. prodigar la aparición de instalaciones de CHP con GN en la última década. Suelen emplearse turbinas de gas en instalaciones grandes y/o con consumos de calor a elevada T motores a gas en instalación es pequeñas y con consumos de calor a baja T 37

38 4. LA COGENERACIÓN Tecnologías de cogeneración Ventajas Mejor eficiencia en el uso de la energía primaria frente a sistemas convencionales Respecto a la producción por separado de electricidad y calor: una planta de 1 MW e puede ahorrar hasta 900 Tep/año Seguridad de suministro y estabilidad de red. Potenciar la competitividad industrial Aumento de la diversificación energética Utilización de GN, biomasa, combustibles y fuentes de calor residuales Utilización de combustibles menos contaminantes. La CHP está siendo impulsada por parte de las distintas administraciones energéticas (europea, estatal y autonómica), en base a programas que la incluyen entre sus objetivos: Estudios de viabilidad, fomento de nuevas instalaciones, fomento de plantas de pequeñas potencias, auditorías energéticas 38

39 5. PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN RÉGIMEN ESPECIAL. RD 661/2007 Introducción al Régimen Especial En España, la generación eléctrica Régimen Ordinario Régimen Especial REAL DECRETO 661/2007, de 25 de mayo, por el que se regula la actividad de producción de energía eléctrica en régimen especial. Productores de energía eléctrica (< 50MW) a partir de cogeneraciones, instalaciones de EERR y de tratamiento de residuos Clasificación por grupos o categorías en función de las energías primarias utilizadas, de las tecnologías de producción y de los rendimientos energéticos obtenidos 39

40 5. PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN RÉGIMEN ESPECIAL. RD 661/2007 Introducción al Régimen Especial a) Cogeneració b) Energies renovables c) Residus amb valorització energètica a.1) Cogeneració que compleixi un rendiment energètic mínim a.1.1) GN (95% E 1ª mín) o (35% + biomassa i/o biogàs) a.1.2) Gasoil, f ueloil o GLP (95% de E 1ª mín) a.1.3) Biomassa i/o biogàs (90% E 1ª mín) a.1.4) Altres combustibles a.2) Autoproducció b.1) Solar b.1.1) fotovoltaica b.1.2) termoelèctrica b.2) Eòlica b.2.1) terra b.2.2) mar b.3) Geotèrmica i onades b.4) Centrals hidroelèctriques <= 10 MW b.5) Centrals hidroelèctriques 10 < P < 50 MW b.6) Biomassa (90% E1ª mín) b.6.1) Cultius energètics b.6.2) Residus d'activitats agrícoles o de jardineries. b.6.3) Residus d'aprof itaments f orestals. b.7) Biogàs b.7.1) Biogàs d'abocadors. b.7.2) Biogàs procedent de digestió anaeròbia b.7.3) Fems i biocombustibles líquids. b.8) Biomassa (90% E1ª mín) b.8.1) Instal lacions industrials del sector agrícola. b.8.2) Instal lacions industrials del sector f orestal. b.8.3) Licors negres de la indústria paperera. c.1) RSU <10 MW (70% E 1ª) c.2) Altres residus no contemplats anteriorment (70% E 1ª) c.3) Residus (50% E 1ª) c.4) Productes explotacions mineres, qualitats no comercials (25% E 1ª) PCI < 2200 kcal/kg 40

41 5. PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN RÉGIMEN ESPECIAL. RD 661/2007 Régimen económico Mantiene el sistema análogo al anterior RD 436, en que se puede optar por vender la energía eléctrica : a tarifa regulada (ahora desligada de la TMR) a mercado (ahora con límites inferior y superior para la suma del precio de mercado + la prima). a) Venta al distribuidor según tarifa regulada P venda = P tarifa + Complemento reactiva Coste desvíos b) Venta al libre mercado P venda = P mercado + Prima + Complemento reactiva + Garantía potencia Coste desvíos Tarifa regulada: cantidad fija que se determina en función de la categoría, grupo y subgrupo al que pertenece la instalación Prima: cantidad adicional al precio que resulte del mercado organizado y que se determina en función de la categoría, grupo y subgrupo al que pertenece la instalación Para algunas instalaciones de la categoría b (renovables) se establece una prima variable en función del precio del mercado de referencia 41

42 5. PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN RÉGIMEN ESPECIAL. RD 661/2007 Régimen económico Tarifas 2011 para las instalaciones de los grupos a.1.3 (b.7) y b.7, para los primeros 15 años: Grupo Subgrupo Potencia eléctrica Tarifa regulada c /kwh Prima de referencia c /kwh Límit superior c /kwh Límit inferior c /kwh a.1.3) Cogeneraciones que supongan alto rend. energético y satisfagan los requisitos que se determinan en b.7.2) anexo I. Cogeneración con biogás y/o biomasa (mín. 90% de la energía primaria utilizada) Biogás generado en digestores P 500 kw 14,41 11, P 500 kw 10,75 7, b.7) b.7.1) Biogás de vertedero 8,63 4,56 9,67 8,03 Instalaciones que utilicen como combustible principal biomasa procedente de estiércoles, biocombustibles b.7.2) o biogás b.7.3) Biogás generado en digestores Estiércoles y biocomb. líquidos P 500 kw 14,11 11,03 16,55 13,33 P 500 kw 10,45 6,72 11,91 10,31 5,78 3, 81 8,99 5,50 Residuos biodegradables industriales Lodos de edar urbanas o industriales Residuos sólidos urbanos Residuos ganaderos Residuos agrícolas Otros a los que sea aplicable la digestión anaeróbica Anexo II RD 661/2007: materiales a partir de los que se puede generar biogás mediante digestión anaerobia (individualmente como en codigestió) 42

43 5. PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN RÉGIMEN ESPECIAL. RD 661/2007 Régimen económico Actualización y revisión de tarifas, primas y complementos Los importes de las tarifas, primas, complementos y límites inferior y superior de la categoría b) (renovables) se actualizaran anualmente cogiendo como referencia: IPC 0,25 hasta el 31 de diciembre de 2012 IPC 0,5 a partir del 2013 Durante el año 2010, en base al seguimiento del PER , así como de los nuevos objetivos que se incluyan en el siguiente PER , se procederá a la revisión de las tarifas, primas, complementos y límites superior y inferior. Cada 4 años a partir de entonces se realizará una nueva revisión. Estas revisiones no afectaran a las instalaciones con acta de puesta en marcha otorgada antes del 1 de enero del segundo año posterior al año en el que se haya efectuado la revisión. Las tarifas y primas de los subgrupos a.1.1 y a.1.2 sufrirán una actualización trimestral en función de las variaciones de los valores de referencia de los índices de precios de combustibles definidos en el anexo VI del RD661 y el IPC en ese mismo periodo. 43

44 5. PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN RÉGIMEN ESPECIAL. RD 661/2007 Régimen económico Mantenimiento de las tarifas y primas Objetivos de potencia PEn (*) (MW) PO (MW) Gn (%) Cogeneración % Solar PV % Solar termoeléctrica % Eólica % Hidráulica =< 10MW % Biomasa (b6 y b8) % Biomasa (b7) % Residuos Sólidos Urbanos % (*) Potencia equivalente que cuenta con inscripción definitiva n = marzo 2011 Fuente: CNE (Comisión Nacional de Energía) 44

45 5. PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN RÉGIMEN ESPECIAL. RD 661/2007 Régimen económico Energía eléctrica Se contemplan 3 opciones: Verter toda la potencia a la red Verter la potencia sobrante a la red Verter la potencia al consumo propio del cliente Energía térmica RD 661/2007 Crea un escenario favorable para las CHP con biomasa y biogás Exigente con aquellas CHP con poca valorización del calor Definición RD 661: La energía térmica útil es la producida en un proceso de cogeneración para satisfacer, sin superarla, una demanda económicamente justificable de calor y/o refrigeración y, por tanto, que sería satisfecha en condiciones de mercado mediante otros procesos, de no recurrirse a la cogeneración. Es decir, la energía térmica útil es aquella que, si no fuera producida por la instalación, debería producirse de otra forma (consumiendo combustible), para satisfacer una demanda de calor o frío existente, tanto a efectos de un proceso industrial, como de climatización de un edificio. 45

46 5. PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN RÉGIMEN ESPECIAL. RD 661/2007 Régimen económico Energía térmica Rendimiento de las instalaciones de cogeneración: EL (E V) R Q E REE V Q - RefH E= Energía eléctrica Q= Consumo Energía Primaria V= Calor útil consumido RefH= Valor de referencia del rendimiento para la producción separada de calor En generación anual Aprovechamiento de calor útil para climatización de edificios: se efectúan 2 liquidaciones semestrales (octubre-marzo y abril-septiembre) Se retribuye la electricidad, que asociada a la energía térmica útil cumpliría con el REE requerido: E REE RefH * 1 η e V 1 REE mín. E RRE = E eléctrica que cumpliría con el REE mín. requerido (no podrá superar el valor de la electricidad vendida) η= rendimiento exclusivamente eléctrico de la instalación 46

47 5. PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN RÉGIMEN ESPECIAL. RD 661/2007 Régimen económico Formas de entrega de la Energía térmica Tabla: Rendimientos de Referencia (RefH) Tipo de combustible Vapor / agua caliente Uso directo de gases de escape Hulla/coque 88% 80% Calor útil Lignito 86% 78% Turba 86% 78% Combustibles de madera 86% 78% Agua líquida / fluidos térmicos Vapor de agua Gases calientes Calor para refrigeración Combustibles sólidos Biomasa agrícola 80% 72% Residuos biodegradables (municipales) Residuos no renovables (municipales e industriales) 80% 72% 80% 72% Esquisto bituminoso 86% 78% Hidrocarburos (gasoil+fueloil), GLP 89% 81% Si la T es = o > 250ºC emplear columna uso gases escape Combustibles líquidos Biocombustibles 89% 81% Residuos biodegradables 80% 72% Residuos no renovables 80% 72% Si la T es < 250ºC emplear columna vapor Combustibles gaseosos Gas natural 90% 82% Gas refinería/hidrógeno 89% 81% Biogás 70% 62% Gas de horno de coque, gas de alto horno, otros gases residuales 80% 72% 47

48 5. PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN RÉGIMEN ESPECIAL. RD 661/2007 Régimen económico Rendimiento eléctrico equivalente Anexo II RD661/2007 Será condición necesaria para poder acogerse al régimen especial, para las instalaciones del grupo a.1 que el REE de la instalación, en promedio de un período anual, sea igual o superior al que le corresponda según la siguiente tabla: Para aquellas instalaciones cuya potencia instalada sea menor o igual 1MW, el valor del REE mínimo requerido será un 10% inferior al que aparece en la tabla anterior por tipo de tecnología y combustible. Para el biogás > 50% (> 1MW) > 45% ( 1MW) 48

49 5. PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN RÉGIMEN ESPECIAL. RD 661/2007 Régimen económico Ejemplos. Aprovechamiento energía térmica Planta biogás 347kWe 388kWt Consumo térmico kwh/año % vs producido Digestores % Granja % Máquina absorción ,5% Total calor útil REE 45,2% (> 45%) 49

50 kwh 5. PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN RÉGIMEN ESPECIAL. RD 661/2007 Capacidad tratamiento Energía eléctrica Energía térmica Planta biogás 500We 539kWt Tm/año / 20% cosubstratos kwh/año kwh/año % vs producido ACS y calefacción kwh/año 64,5% Municipio Régimen económico Ejemplos. Aprovechamiento energía térmica Digestores kwh/año 20% Total calor útil 800 habitantes 325 viviendas kwh/año REE 58,5% (> 45%) Previsión demanda térmica municipio vs suministro planta BG Demanda ACS (kwh) Demanda Calefacción (kwh) Possibilidades planta BG (kwh) Necesidades auxiliares (kwh) enero febrero marzo abril mayo junio julio agosto septimebre octubre noviembre diciembre

51 5. PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN RÉGIMEN ESPECIAL. RD 661/2007 Régimen económico Complemento por Eficiencia Todas las plantas que sobrepasen los REE mínimos exigidos pueden percibir un complemento por eficiencia. Sólo aplicable a cogeneración. REEmin= rend. eléctrico equivalente mínimo por tecnología REEi= rend. eléctrico equivalente acreditado por la planta 1 1 Cn = coste de la materia prima calculada de acuerdo con la Complement o eficiencia 1,1* * Cn REE mín REE formulación recogida en el artículo 8 de la Orden i ITC/1660/2009, de 22 de junio, por la que se establece la metodología de cálculo de la tarifa de último recurso de gas natural (publicado en el BOE trimestralmente) Ejemplo: Planta Biogás REEi = 60% 8000 h/año 2 MW 500 kw 50% REEmín 40% REEmín Para Cn = 20 MWhPCS Fuente: IDAE /año /año 51

52 5. PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN RÉGIMEN ESPECIAL. RD 661/2007 Régimen económico Registro de Pre-asignación Real Decreto-ley 6/2009, de 30 de abril, por el que se adoptan determinadas medidas en el sector energético y se aprueba el bono social La inscripción en el Registro de pre-asignación de retribución será condición necesaria para el otorgamiento del derecho al régimen económico establecido en el RD 661/

53 Gracias por su atención Pamplona 113, 3a planta Barcelona Tel Fax