Microcogeneración/Cogeneración

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1 JORNADA TÉCNICA: SOLUCIONES TECNOLÓGICAS INNOVADORAS Microcogeneración/Cogeneración Madrid, 30 de junio de /07/2011 1

2 ESEN EFICIENCIA Y SOLUCIONES ENERGÉTICAS QUIÉNES SOMOS? Empresa de Ingeniería y Servicios Energéticos (ESE/ESCO) que desarrolla sus actividades en el sector industrial, residencial y terciario. QUÉ HACEMOS? Desarrollamos proyectos llave en mano de ahorro energético integrando tecnologías de eficiencia y de renovables. Perseguimos un triple objetivo: 1. Reducción de la demanda energética (Ahorro Energético) 2. Maximización de la Eficiencia Energética 3. Optimización del coste de la energía primaria VALORES Integridad Solvencia técnica Profesionalidad Garantía 2 05/07/2011

3 ÍNDICE PARTE I. ASPECTOS TEÓRICOS 1. Definición Introducción. Por qué es positiva la cogeneración? 2. Descripción y características de las tecnologías existentes 2.1 Motores alternativos de combustión interna 2.2 Turbinas de gas 2.3 Otros 3. Ventajas e inconvenientes de las diferentes tecnologías 4. Principales oportunidades y barreras 5. Aspectos económicos y ambientales 1. Casos prácticos 1.1 Residencial 1.2 Terciario-Hospital PARTE II. CASOS PRÁCTICOS 3 05/07/2011

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5 INTRODUCCIÓN (MICRO)COGENERACIÓN Se entiende por cogeneración la producción conjunta, en proceso secuencial, de electricidad (o energía mecánica) y energía térmica útil. Se denomina microcogeneración a los procesos de cogeneración de hasta 50 kw eléctricos, aunque suele extenderse el concepto hasta potencias de 500 kwe o incluso 1000 kwe. VENTAJA COMPETITIVA DE LA COGENERACIÓN SUMINISTRO CONVENCIONAL COGENERACIÓN C. térmica η ref = 0,53 Caldera η ref = 0,9 Electricidad ACS Equipo cogeneración η E = 0,33 η V = 0,54 Electricidad ACS Red E = V = EDIFICIO EDIFICIO E = 27 V = /07/2011

6 TECNOLOGÍAS EXISTENTES TIPOS DE INSTALACIONES DE (MICRO)COGENERACIÓN 1. Motor alternativo de combustión interna (Ciclo Diesel, Ciclo Otto, ) 2. Turbina de gas (Ciclo Brayton) Ciclos combinados 3. Turbina de vapor (Ciclo Rankine) 4. Turbina ORC (Ciclo Rankine Orgánico) 5. Motor Stirling (Ciclo Stirling) 6. Pila de combustible 7. Motor de vapor Las tecnologías que dominan el mercado son los MACI y las TG. COMBUSTIBLES Cada tecnología es compatible con determinados combustibles: Gasóleo, biodiesel, gasolina, fuel, queroseno, gas natural, metano, propano, butano, hidrógeno, metanol, etanol, biomasa, carbón, etc. 6 05/07/2011

7 TECNOLOGÍAS EXISTENTES MOTORES ALTERNATIVOS DE COMBUSTIÓN INTERNA (MACI) Máquinas volumétricas consistentes en un dispositivo cilindro émbolo, en las que se introduce el combustible (gas, gasóleo, gasolina, etc) y el comburente a través de válvulas. Su principal ventaja es que transforman un alto porcentaje de la potencia como trabajo en el eje ELEVADO RATIO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA Equipos muy extendidos y sobradamente testados. Alto grado de desarrollo tecnológico derivado de la industria automovilística. Recuperación de calor en humos, agua de refrigeración y en lubricación. Elevado rango de potencias. Desde 5 kwe hasta más de kwe. 7 05/07/2011

8 TECNOLOGÍAS EXISTENTES TURBINAS DE GAS (TG) Turbomáquinas térmicas cíclicas motoras. Se componen de compresor, cámara/s de combustión y turbina. Ampliamente utilizadas en instalaciones de diversa índole. Fiables, de barato mantenimiento y sobradamente testadas. Rendimiento eléctrico algo inferior. Recuperación térmica solo a partir de humos de escape TEMPERATURAS MÁS ELEVADAS. Rango de potencias variado. Desde 15 kwe hasta varios cientos de MWe. 8 05/07/2011

9 TECNOLOGÍAS EXISTENTES OTRAS TECNOLOGÍAS MOTOR STRILING: Motores basados en la contracción y expansión de un gas entre dos focos a diferente temperatura. Se consideran motores de combustión externa, con lo que pueden emplear cualquier tipo de combustible. Las instalaciones de cogeneración mediante este tipo de motores se encuentran en fase de desarrollo. PILA DE COMBUSTIBLE: Dispositivos electroquímicos que permiten la conversión directa de la energía de un combustible en electricidad. No requieren partes móviles con lo que son muy silenciosos. Dispositivos en fase de desarrollo. Funcionamiento inicialmente limitado a uso de H 2 como combustible. Se están investigando membranas que empleen gas natural e incluso gasóleo. TURBINAS DE VAPOR, TURBINAS ORC, MOTORES DE VAPOR 9 05/07/2011

10 VENTAJAS E INCONVENIENTES TECNOLOGÍA VENTAJAS INCONVENIENTES MACI 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 TG Fiables y testadas Aprovechamiento de energía térmica en un solo foco. Sencillez Alta T de la energía térmica Poco mantenimiento Baja relación energía eléctrica/energía térmica Menor capacidad de modulación Menor variedad de combustibles M Stirling Alto rendimiento eléctrico Alta eficiencia Total versatilidad en combustibles Bajo mantenimiento Pequeño tamaño Equipos poco testados y escasamente comercializados Alto coste de inversión Fuel Cell Alto rendimiento eléctrico Alta eficiencia Gran capacidad de modulación Equipos poco testados y escasamente comercializados Alto coste de inversión Combustibles limitados 10 05/07/2011

11 VENTAJAS E INCONVENIENTES Tecnología Rend. eléct. Rend. térm. Rend. total Carga mínima T (ºC) Ruido (db) Coste Inst ( /kwe) MACI 25-45% 40-60% 70-90% 50% TG 15-35% 40-60% 60-90% 75% M Stirling 20-50% 40-60% 70-90% 50% Fuel Cell 25-55% 40-60% 70-90% Ilimitada Muy bajo /07/2011

12 OPORTUNIDADES Y BARRERAS OPORTUNIDADES Marco legal favorable. RD 661/2007, próxima Directiva Europea, Interesantes beneficios económicos. Venta eléctrica en Régimen Especial Empresas de Servicios Energéticos. Principales interesadas en diseñar, implantar, gestionar e invertir en estas instalaciones dada su rentabilidad Madurez de la tecnología. Muchas horas de funcionamiento acumuladas Sensibilidad social hacia el ahorro energético. BARRERAS Tramitación de permisos y gestión. Procesos administrativos largos y complejos. En especial para micro. Próximo Decreto simplificará esto Costes iniciales de inversión elevados. En ocasiones el cliente no puede o no quiere asumir el sobrecoste de la inversión. ESEs Desconocimiento de la tecnología. La tecnología es aún desconocida para el público general. Divulgación, formación e información 12 05/07/2011

13 ASPECTOS ECONÓMICOS Y AMBIENTALES ASPECTOS ECONÓMICOS Ahorro económico por autoconsumo o por venta de electricidad a red conforme a RD 661/2007. Suele resultar más rentable venta a red. Diversas categorías en función de combustibles, potencia y antigüedad. Posibilidad de venta a tarifa o a mercado + prima. Complementos por eficiencia, discriminación horaria y energía reactiva. Existencia de exigencias en cuanto la eficiencia mínima de la instalación. Necesidad de aprovechamiento máximo de la energía térmica. Justificación del REE de la instalación. Justificación de la obtención del rendimiento mínimo y del complemento por eficiencia /07/2011

14 ASPECTOS ECONÓMICOS Y AMBIENTALES ASPECTOS AMBIENTALES El ahorro de emisiones de CO 2 que se producirá al reemplazar un sistema de generación separada por una cogeneración dependerá de: 1. Tipo de combustible empleado originalmente y en la cogeneración 2. Emisiones asociadas al mix de generación eléctrica 3. Rendimiento de la instalación térmica original 4. Rendimiento del sistema de cogeneración (REE) COMPARATIVA DE EMISIONES DE CO 2 Mismo combustible (Cálculo según PES) Diferentes combustibles Cogeneración Menores Evaluar Producción separada Más elevadas Evaluar 14 05/07/2011

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16 CASO I: MANCOMUNIDAD PROPIETARIOS SITUACIÓN DE PARTIDA Comunidad de propietarios formada por un total de 212 viviendas. Suministro de ACS y calefacción mediante calderas de gasóleo (η 0,9). Consumos anuales medios de ACS y calefacción: ACS Calefacción l gasoil/año l gasoil/año kwh útiles/año kwh útiles/año Necesidad: SUSTITUCIÓN ENERGÍA PRIMARIA SOLUCIÓN PROPUESTA Propuesta de diversas alternativas incluyendo cogeneración con gas natural. Cobertura de la base de demanda de ACS, con eventual apoyo a calefacción. Picos de ACS cubiertos mediante apoyo de caldera /07/2011

17 ACS EN UN BLOQUE DE VIVIENDAS SOLUCIÓN PROPUESTA Equipo de cogeneración seleccionado para el proyecto: Viessmann Vitobloc EM 50/81 Potencia eléctrica 50 kw Potencia térmica 81 kw Potencia consumida 145 kw Rendimiento eléctrico 34,5 % Rendimiento térmico 55,8 % Rendimiento total 90,3 % Importe tarifa /07/2011

18 ACS EN UN BLOQUE DE VIVIENDAS kwh SOLUCIÓN PROPUESTA ACS cogeneración ajustado (kwh) Demanda ACS útil Cogeneración ajustado /07/2011

19 ACS EN UN BLOQUE DE VIVIENDAS RESULTADOS OBTENIDOS La cogeneración abarata sustancialmente el coste de generación de ACS. Venta de energía eléctrica producida con arreglo al RD 661/2007 según modalidad de tarifa + prima. La instalación, conforme a la anterior curva, funcionará 7800 h/año. Energía kwh/año REE = 0,909 (mínimo exigido = 0,495) E. Eléctrica (E) E. Térmica (V) E. Consumida (Q) Comp Efic = 1,1 (1/REE mín 1/REE i ) Cmp Cmp = 0, /kwh PCS (Marzo 2011) Comp Efic = 0,02581 /kwhe Comp Reactiva = % de 0, /kwhe 19 05/07/2011

20 ACS EN UN BLOQUE DE VIVIENDAS RESULTADOS OBTENIDOS Precios de referencia Coste gas natural 0,035 /kwh PCS Tarifa venta electricidad 0, /kwhe Complemento eficiencia 0, /kwhe Tarifa eléctrica total 0, /kwhe Balance económico de la Microcogeneración: Precios de referencia Ingreso venta electricidad /año Ahorro gas por generación térmica año Coste gas cogeneración (40.093) /año Mantenimiento instalación (7.000) /año Balance /año 20 05/07/2011

21 CASO II: HOSPITAL URBANO SITUACIÓN DE PARTIDA 250 Camas m 2 /Planta 4 Plantas Demanda Térmica: ACS Lavandería Vapor Calefacción Refrigeración 21 05/07/2011 Copyright ESEN 2010

22 DEMANDA TÉRMICA DEMANDA TÉRMICA AGREGADA MENSUAL (kwh) ACS LAVANDERÍA VAPOR CALEFACCIÓN REFRIGERACIÓN 22 05/07/2011 Copyright ESEN 2010

23 TRIGENERACIÓN HOSPITAL SOLUCIÓN PROPUESTA + BUDERUS LOGANOVA EN240 MÁQUINA DE ABSORCIÓN 23 05/07/2011 Copyright ESEN 2010

24 TRIGENERACIÓN HOSPITAL RESULTADOS OBTENIDOS Operativos: Demanda Eléctrica Cubierta: 100% Demanda Térmica Cubierta: 86.9 % REE: 50.5% > 49.5% 24 05/07/2011 Copyright ESEN 2010

25 TRIGENERACIÓN HOSPITAL RESULTADOS OBTENIDOS Inversión Balance Económico Ingreso Venta Electricidad: Ahorro por Generación Térmica: Coste Gas Cogeneración: Mantenimiento: Balance: /07/2011 Copyright ESEN 2010

26 CONCLUSIONES La cogeneración, tanto en grandes potencias como a nivel micro, es una solución tecnológica que permite cubrir demandas de energía térmica con un mejor aprovechamiento de la energía primaria. Esto se traduce en importantes ventajas económicas frente a sistemas convencionales. Existen diversas tecnologías en cuanto a equipos de cogeneración. Cada una tiene sus ventajas e inconvenientes y será más adecuada para determinadas aplicaciones. Se están desarrollando nuevas tecnologías que se irán incorporando al mercado durante los próximos años. La normativa existente y la que se encuentra en desarrollo, favorecen el mercado de la cogeneración. El actual RD 661/2007 supone un marco estable que garantiza la venta eléctrica a precios ventajosos, siempre que se cumplan los mínimos establecidos en cuanto a eficiencia. Existen diversas aplicaciones en las que las instalaciones de cogeneración encajan a la perfección. Con el desarrollo de equipos de pequeña potencia cada vez más eficientes, aplicaciones como el apoyo a la generación de ACS en edificios resultan cada vez más interesantes. Además, estos equipos permiten reemplazar los paneles solares térmicos HE-4 CTE. Las instalaciones de cogeneración son muy versátiles, pudiendo emplearse en sistemas de trigeneración utilizando máquinas de absorción /07/2011 Copyright ESEN 2010

27 GRACIAS POR SU ATENCIÓN 05/07/2011

28 ESEN Eficiencia y Soluciones Energéticas Francisco Nieto: [email protected] Rubén Bermejo: [email protected] Tlf /07/2011