Número de Expediente: 1355SE3CT273 GOBIERNO DE EXTREMADURA CONSEJERÍA DE AGRICULTURA, DESARROLLO RURAL, MEDIO AMBIENTE Y ENERGÍA.

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1 ESTUDIO DE NECESIDADES DE SUSTITUCION DE CALDERAS CONVENCIONALES POR CALDERAS DE BIOMASA EN EL SECTOR PUBLICO E INDUSTRIAL DE EXTREMADURA PARA EL PROYECTO DE COOPERACION TRANSFRONTERIZA ESPAÑA- PORTUGAL Número de Expediente: 1355SE3CT273 GOBIERNO DE EXTREMADURA CONSEJERÍA DE AGRICULTURA, DESARROLLO RURAL, MEDIO AMBIENTE Y ENERGÍA. Dirección General de Medio Ambiente.

2 ÍNDICE 1. Introducción Objetivo del Estudio La Biomasa Tipos de biomasa Usos y aprovechamiento de la biomasa Características de la biomasa para su aprovechamiento energético Presentación de los combustibles sólidos biomásicos comercializados Metodología Análisis de los grupos Recopilación de datos Instalaciones de Biomasa Inversiones para las instalaciones de biomasa Características de la instalación calderas de biomasa Mantenimiento y los costes asociados calderas de biomasa Características de la instalación quemador de biomasa Mantenimiento y los costes asociados quemador de biomasa Recomendaciones y conclusiones Resultados del Estudio en el Sector Público Grupo Hospitales Grupo Centros de Salud Grupo Colegios Grupo Institutos Grupo Centro de Menores Grupo Oficinas Grupo Bibliotecas Grupo Piscinas Climatizadas Página 2 de 428

3 6.9. Grupo Instalaciones Deportivas Grupo Centros de Formación Grupo Juzgados Grupo Residencias de Mayores Grupo Centros de Investigación Resultados del estudio en el sector industrial Grupo Alimentarias Grupo Agroganaderas Grupo Hoteles Grupo Químicas Conclusiones Consumo energético por grupos Combustibles consumidos por grupos Consumo energético por instalaciones Coste energía por grupos Conclusiones Anexos Anexo I: Encuesta recopilación de datos Anexo II: Fotografías calderas visitadas Anexo I: Encuesta recopilación de datos Anexo II: Fotografías calderas visitadas Página 3 de 428

4 1. Introducción El desarrollo de las energías renovables, debe constituir una apuesta prioritaria de la política energética de cualquier país desarrollado. Las energías renovables tienen múltiples efectos positivos sobre el conjunto de la sociedad, entre otros, la sostenibilidad de sus fuentes, la reducción en las emisiones contaminantes, el cambio tecnológico, la posibilidad de avanzar hacia formas de energía más distribuidas, la reducción de la dependencia energética y del déficit de la balanza comercial, y el aumento del nivel de empleo y el desarrollo rural. En este sentido, Extremadura no ha sido ajena al desarrollo de las energías renovables, y ofrece un potencial de recursos energéticos tan variado como abundante. En la actualidad, con los mayores índices de radiación solar de Europa, ha visto crecer el sector solar hasta el punto de convertirse en referencia mundial del aprovechamiento térmico y fotovoltaico. Por otro lado, nuestra Comunidad Autónoma, con una gran superficie forestal y agrícola, y una industria agroalimentaria madura y desarrollada, es también una potencia nacional de recursos biomásicos. La biomasa supone un sector económico de una enorme y creciente importancia estratégica para el desarrollo de las energías renovables dentro de un modelo económico sostenible. Pero, junto a sus posibilidades, la biomasa adolece de importantes problemas que deben resolverse, y que se basan en la creación de un mercado sólido que alcance toda la cadena de valor para cada posible aprovechamiento. El concepto de biomasa ha sido definido de diferentes formas, unas veces haciendo referencia a la naturaleza de la materia y otras al origen de la misma. Entre las diversas definiciones se encuentran las siguientes: Masa de materia orgánica, no fósil, de origen biológico" (Diccionario de la Energía, Consejo Mundial de la Energía). "Fracción biodegradable de los productos, residuos y residuos de la agricultura (incluido sustancias vegetales y animales), forestales incluidos sus industrias, así como la fracción biodegradable de los residuos industriales y municipales" (Directiva 2001/77/EC sobre Promoción de electricidad producida por fuentes de energías renovables en el mercado interno de electricidad).(directiva 2003/30/CE relativa al fomento del uso de biocarburantes u otros combustibles renovables en el transporte) "Material de origen biológico excluyendo la materia incluida en las formaciones geológicas y transformadas fósiles" (Propuesta CEN TS Terminología). Página 4 de 428

5 Si normalmente a los sistemas de producción de energías renovables se les otorga un beneficio claro, la disminución de la carga contaminante provocada por los combustibles fósiles, en el caso de la biomasa existen otros beneficios como propiciar el desarrollo rural y proporcionar el tratamiento adecuado de residuos, en algunos casos contaminantes, o gestionar los residuos procedentes de podas y limpiezas de bosques limitando la propagación de incendios. El aprovechamiento de la masa forestal residual como combustible para calderas de biomasa es una de las soluciones para facilitar el saneamiento de los bosques. En este último caso podrían incluirse los rastrojos y podas agrícolas, cuya quema tradicional en el campo conlleva un riesgo añadido de incendios, y que pueden encontrar un nuevo mercado en la producción de energía. Otro aspecto a tener en cuenta es la posible reforestación de tierras agrícolas o desforestadas con cultivos energéticos, herbáceos o leñosos, con destino a la producción de biomasa, que aumentarían la retención de agua y la disminución de la degradación y erosión del suelo. Respecto a las aplicaciones energéticas, las calderas modernas de biomasa no producen humos como las antiguas chimeneas de leña, y sus emisiones son comparables a los sistemas modernos de gasóleo C y gas. La composición de estas emisiones es básicamente parte del CO 2 captado por la planta origen de la biomasa y agua, con una baja presencia de compuestos de nitrógeno y con bajas o nulas cantidades de azufre, uno de los grandes problemas de otros combustibles. La mayor ventaja es el balance neutro de las emisiones de CO 2, al cerrar el ciclo del carbono que comenzaron las plantas al absorberlo durante su crecimiento, ya que este CO 2 sólo proviene de la atmósfera en la que vivimos y necesita ser absorbido continuamente por las plantas si se desea mantener en funcionamiento la producción energética con biomasa. El uso de la biomasa como recurso energético, en lugar de los combustibles fósiles comúnmente utilizados, supone unas ventajas medioambientales de primer orden, como son: - Disminución de las emisiones de azufre. - Disminución de las emisiones de partículas. Página 5 de 428

6 - Emisiones reducidas de contaminantes como CO, HC y NO X. - Ciclo neutro de CO 2, sin contribución al efecto invernadero. - Reducción del mantenimiento y de los peligros derivados del escape de gases tóxicos y combustibles en las casas. - Reducción de riesgos de incendios forestales y de plagas de insectos. - Aprovechamiento de residuos agrícolas, evitando su quema en el terreno. - Posibilidad de utilización de tierras de barbecho con cultivos energéticos. - Independencia de las fluctuaciones de los precios de los combustibles provenientes del exterior (no son combustibles importados). - Mejora socioeconómica de las áreas rurales. El proyecto ALTERCEXA II, aprobado en el marco de la segunda convocatoria del Programa Operativo Territorial Transfronteriza España-Portugal ( ) y coordinado por la Consejería Agricultura, Desarrollo Rural, Medio Ambiente y Energía del Gobierno de Extremadura, tiene el objetivo general de fomentar la producción de energía con fuentes alternativas en las regiones de Centro, Alentejo y Extremadura. Las entidades participantes en el proyecto ALTERCEXA II, liderado por el Gobierno de Extremadura (universidades, centros de investigación, autoridades regional y locales) comparten la preocupación y trabajan hacia la aportación de soluciones desde el territorio que cubren a los grandes problemas del calentamiento global y la dependencia energética de fuentes no renovables y deslocalizadas. De ahí, que se plantee el objetivo común de dedicar esfuerzos a la búsqueda de soluciones y mejores tecnologías en la producción de energías alternativas, más respetuosas con el entorno y de origen local, como son la energía solar, eólica, biomasa, hidrógeno, etc. Si bien existe en ambos lados de raya una similar política y normativa de fomento de las energías renovables, existen diversos problemas de introducción en mercado de las mismas, y la necesidad de un mayor desarrollo y difusión de las mejores prácticas en todo el territorio. Estas problemáticas comunes a ambos lados de la frontera, necesitan ser abordadas conjuntamente de forma adecuada, a través de la propuesta de soluciones innovadoras y eficaces. Página 6 de 428

7 2. Objetivo del Estudio El objetivo de este estudio, es realizar un análisis de la viabilidad técnica y económica de la sustitución de calderas convencionales, alimentadas por gas, gasóleo o fueloil, por calderas de biomasa, tanto en el sector público como industrial de Extremadura. 3. La Biomasa. La biomasa, como energía renovable, permite acumular la energía que se ha fijado durante el periodo de crecimiento de la planta. A través de distintos procesos de transformación, esta energía se libera, obteniendo calor, electricidad o energía mecánica. Una de las características de la biomasa, como fuente de energía renovable, es la gran heterogeneidad de recursos aprovechables, lo que hace que existan diferencias para cada proyecto de aprovechamiento de biomasa, en cuanto a la logística, aprovisionamiento y el aprovechamiento energético. En el contexto energético, la biomasa puede considerarse como la materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía. Estos recursos biomásicos pueden agruparse de forma general en agrícolas y forestales. La Comunidad Autónoma de Extremadura es una de las mayores de España en potencial de residuos agrarios, forestales, ganaderos y agro-industriales susceptibles de aprovechamiento para usos térmicos. Algunos estudios, cuantifican en más de t/año los residuos agrícolas, más de t/año los residuos agro-industriales, en aproximadamente t/año los residuos forestales y en unas t/año los residuos de mataderos. El conjunto de todos ellos supondría un potencial energético, basándonos en su poder calorífico inferior, de GWh/año, del que una cantidad importante podría utilizarse para usos térmicos. Si comparamos esa cifra con la demanda en 2009 en Extremadura para usos térmicos con productos petrolíferos y gas natural que fue de GWh, significaría que teóricamente podríamos cubrir, si todos esos residuos se destinaran a usos térmicos, 5,75 veces la demanda térmica en productos fósiles. En la práctica, no será posible materializar todo este potencial. Para la determinación de la demanda energética final de biomasa de uso térmico, se ha considerado la misma proporción que a nivel nacional partiendo de los datos publicados por el Ministerio de Página 7 de 428

8 Industria, Energía y Medio Ambiente. Con un consumo a nivel nacional de ktep, se estima un consumo regional de 87,40 ktep Tipos de biomasa En función de su origen diferenciamos distintos tipos de biomasa, como son: Biomasa natural: es la disponible en los ecosistemas silvestres, cuya presencia no ha sido provocada por actividad humana con fines industriales. Biomasa residual procedente de actividad antropogénica: es la biomasa procedente del desarrollo principal de diferentes actividades, entre las que se encuentran: - Forestal, es aquella generada durante el aprovechamiento de madera y tratamiento silvícola de las masas vegetales, así como los residuos de industrias forestales, tanto de primera como segunda transformación de la madera. - Agrícola, constituida por restos de cosechas y residuos procedentes de las mismas, así como aquellos procedentes de la industria procesadora de productos agrícolas. - Ganadera, como deposiciones, deshechos y despojos animales, etc. - Fracción biodegradable de los residuos municipales. Cultivos energéticos: son aquellos cultivos cuyo único fin es la de producción de biomasa con fines energéticos. Las principales características de los distintos tipos de biomasa se describen a continuación: Biomasa residual procedente de aprovechamientos forestales La biomasa residual forestal abarca tanto los residuos producidos en el monte, de los tratamientos y aprovechamientos de las masas vegetales, así como los residuos producidos en las industrias forestales de primera y segunda transformación de la madera. BIOMASA EXTRAÍDA INDUSTRIA 1ª TRANSFORMACIÓN INDUSTRIA 2ª TRANSFORMACIÓN APROVECHAMIENTOS FORESTALES RESIDUOS FORESTALES RESIDUOS INDUSTRIALES Página 8 de 428

9 Residuos forestales procedentes del monte Nos referimos en este caso a los residuos generados en las operaciones de limpieza, poda, corta de las masas forestales. Particularmente, en la Estrategia para el uso energético de la biomasa forestal residual, se define biomasa forestal residual como La producida durante la realización de cualquier tipo de tratamiento silvícola o aprovechamiento final en masas forestales, sin considerar fustes ni ramas con diámetros mayores a 7 cm en punta delgada. Estos residuos pueden utilizarse para usos energéticos dadas sus excelentes características como combustibles. Con la maquinaría apropiada se puede astillar o empacar para mejorar las condiciones económicas del transporte al obtener un producto más manejable y de tamaño homogéneo. La generación de biomasa tiene su origen en distintas operaciones de aprovechamiento forestal y como consecuencia se trata de un material heterogéneo, siendo éstas operaciones las siguientes: Podas, clareos, selección de rebrotes. Tratamientos realizados en montes cuyo aprovechamiento principal es la madera, se generan ramas de podas, árboles y pies enfermos y material procedente del estrato subarbustivo. Leñas procedentes de trasmochos y pies no maderables. Se trata de ramas y troncos de pies malformados o enfermos. Cortas finales. Actuaciones sobre masas forestales destinadas a ser cortadas para su aprovechamiento final y provocar la regeneración de la superficie, con un importante objetivo económico. En estos casos el material está compuesto por ramas, despuntes, hojas y acículas. Aperturas de vías y cortafuegos. En estas operaciones se obtienen fustes, tocones, ramas y estrato subarbustivo. Desbroce sobre el matorral. Suponen un coste importante, motivo por el cual se llevan a cabo tan sólo de forma puntual. Para realizar el aprovechamiento energético de estos residuos forestales se requiere contar con adecuados sistemas de extracción, selección, acopio y posterior tratamiento Residuos industriales procedentes de la industria forestal La generación de biomasa tiene su origen en distintas operaciones procedentes de la industria forestal, siendo éstas operaciones las siguientes: Aserraderos. Los principales residuos generados en estas industrias son cortezas, serrines, virutas, costeros y leñas. Estos residuos suelen ser aprovechados para otros usos como Página 9 de 428

10 fabricación de derivados de madera como en el caso de serrines o como materia prima para la fabricación de tableros en el caso de los costeros y leñas. Estos residuos a su vez pueden utilizarse con fines energéticos para autoconsumo de la propia industria maderera, por ejemplo en secaderos de madera, industrias de pasta de celulosa, etc. En el caso de virutas, astillas y costeros estos se pueden utilizar para la producción de calor, mientras que todos ellos (cortezas, serrines, virutas, costeros y leñas), triturados, secados y compactados pueden utilizarse para la elaboración de pélets. Segunda transformación. Como consecuencia de la fabricación de muebles, utensilios y otros productos de madera se generan tacos, virutas y serrines, que pueden ser aprovechados energéticamente, no obstante estos residuos suelen ser utilizados también como materia prima para la elaboración de tableros, así como en explotaciones agropecuarias. Otros residuos de madera. Se trata de envases y embalajes de madera como palés. Cuando estos se rompen o entran en desuso, constituyen un residuo susceptible de ser valorizado. En la actualidad en Extremadura existen varias empresas, que están utilizando estos residuos para su aprovechamiento aunque de momento no con fines energéticos. Los residuos procedentes de la industria forestal (industria de transformación de la madera) pueden ser aprovechados energéticamente bien mediante la combustión directa, o bien mediante su acondicionamiento o transformación. Las principales etapas que tienen lugar en el proceso de transformación de la biomasa forestal tanto de la procedente del monte como la que procede de la industria de transformación de la madera son el astillado, secado natural, secado forzado, molienda y densificación. En la siguiente figura se muestran las distintas etapas que pueden tener lugar en el proceso de transformación de la biomasa, observándose que en función de la aplicación a la que se destine o la calidad del producto que se desee obtener será necesario aplicar o no distintas etapas. (Fuente: Ortiz et al., 2003). Página 10 de 428

11 Biomasa residual de cultivos agrícolas. Se distinguen en este apartado los residuos de cultivos agrícolas tradicionales, cuyo destino final es la producción de alimento. Dentro de los residuos agrícolas con potencial aprovechamiento como combustible, se diferencian los residuos procedentes de cultivos leñosos, de los residuos procedentes de cultivos herbáceos, siendo sus características distintas y por tanto su logística y modo de aprovisionamiento. Residuos procedentes de cultivos leñosos. Se trata de los restos de poda, arranque y cosecha de árboles frutales, vid, olivos, etc. El tratamiento de estos residuos es similar al definido para los residuos forestales, siendo uno de los factores más importantes la reducción del volumen con objeto de optimizar los costes del transporte. Estos residuos presentan el inconveniente de que su generación es muy estacional, coincidiendo con los distintos periodos de tratamiento agrícola, y por otro lado la parcelación y diferentes propietarios hacen que para obtener una cantidad importante de este recurso haya que contar con multitud de ellos. Estos motivos hacen que sean necesarias instalaciones de acopio de la biomasa, de tal forma que hagan posible disponer de cantidades importantes distribuidas a lo largo del año. Residuos procedentes de cultivos herbáceos. Estos proceden de la cosecha de cultivos como cebada, trigo, maíz, etc. Su principal característica es la estacionalidad de la recolección según el cultivo, por lo que en este caso son también necesarios centros de acopio para asegurar la disponibilidad de la biomasa. Página 11 de 428

12 Biomasa residual de industrias agroalimentarias Los residuos agroindustriales se generan en industrias de procesado de materias primas como industrias de frutos secos (cáscara de almendras, piñas, etc.), producción de aceite (hueso de aceituna, orujillo, orujo, etc.), industrias conserveras, industria arrocera (cáscara de arroz), azucareras, etc. Los residuos procedentes de industrias agroalimentarias son muy variables en cuanto a su tamaño, composición, densidad, humedad, poder calorífico por lo que su estudio hay que realizarlo individualmente. En muchos casos estos residuos son utilizados como fuente de energía térmica en la propia industria, como por ejemplo en extractoras y almazaras. Entre los residuos agroindustriales utilizados como biomasa con aprovechamiento energético, destacan los siguientes: Frutos secos. Los principales residuos procedentes de las industrias de procesado de frutos secos son la cáscara de almendras, piñas, piñones. Se trata de una biomasa de elevada densidad energética y una baja humedad. El poder calorífico inferior de este tipo de biomasa (en adelante PCI), entendido éste como la energía realmente aprovechable, una vez evaporada el agua producida en la combustión, se sitúa en torno a Kcal/Kg. en base seca. Residuos procedentes del olivar: - Orujo. Se trata de un subproducto del proceso de obtención del aceite de oliva, como consecuencia del centrifugado o prensado de la aceituna. El orujo generado en las almazaras es almacenado en balsas para su posterior procesado, denominado repaso. - Orujillo. El orujo una vez secado y sometido a un proceso de extracción de aceite, se transforma en orujillo, con menor contenido en humedad que el orujo, en torno al 10%. Se utiliza para la generación de energía térmica en industrias y para generación de energía eléctrica. Es comúnmente empleado en las extractoras como aporte térmico para el secado del orujo, así como para calderas de generación de vapor para el proceso. - Hueso de aceituna. Se considera un combustible con unas características excepcionales debido fundamentalmente a una elevada densidad y bajo contenido en humedad. Se ha utilizado fundamentalmente en calderas de las propias extractoras o almazaras. Últimamente se está comenzando a comercializar para el sector doméstico. - Celulosa del olivar. Aunque en menor medida, a las almazaras suele llegar restos de ramas de los olivares. Página 12 de 428

13 Azucareras. Existen plantas que aprovechan el bagazo, que es un residuo procedente del proceso de producción del azúcar que se usa como combustible. Conservas vegetales. Debido a su contenido en celulosa, los residuos procedentes de industrias de elaboración de conservas vegetales como pueden ser las tomateras, constituyen una importante fuente de biomasa. Cáscara de arroz. La cascarilla de arroz se suele acumular en industrias arroceras y se puede utilizar tanto para fines energéticos por combustión como gasificación. Residuos de industrias vinícolas. Como consecuencia de la obtención del vino se genera un residuo sólido el orujo de uva, constituido por los hollejos (pieles y pulpa), raspones (restos de ramificaciones de racimos) y semillas de uva. Este subproducto se destina fundamentalmente para la obtención de alcohol vínico. La aplicación energética tradicional del orujo de uva es en las calderas de las destilerías, una vez extraído el alcohol y desecado hasta un 20%-30% de humedad, con un PCI variable entre las y Kcal/Kg Cultivos energéticos Los cultivos energéticos son aquellos cultivos implantados y explotados con el único objetivo de obtener biomasa. Estos al igual que los residuos pueden ser cultivos forestales o agrícolas. Los cultivos energéticos deben poseer unas características tales que permitan su adaptación en terrenos marginales, poseer unos altos niveles de productividad de biomasa, requerimiento de maquinaria convencional, que no contribuyan a degradar el medio ambiente, etc. Existen distintos tipos de cultivos energéticos según la finalidad de éstos, distinguiéndose. - Cultivos oleaginosos para la producción de aceite transformable en biodiesel. - Alcoholígenos, para la producción de bioetanol a partir de fermentación de azúcares. - Lignocelulósicos, para la producción de biocombustibles sólidos para la generación de energía térmica o eléctrica. Debido a que el presente estudio está dirigido a los combustibles sólidos biomásicos nos centraremos en los cultivos lignocelulósicos. Especies forestales. Dentro de las especies leñosas utilizadas como cultivos energéticos se encuentran las mismas que han sido cultivadas para la industria maderera, papelera, etc. Entre estas destacan sauces, eucaliptos, chopos, especies del género Quercus. El tratamiento de estas Página 13 de 428

14 especies para aprovechamiento energético es muy similar al de la biomasa procedente de residuos forestales. Una especie que se está desarrollando como cultivo energético en la actualidad con buenos resultados es la paulownia. Se trata de un árbol caducifolio que puede alcanzar metros de altura, de copa ancha y ramas ascendentes, un poco tortuosas, con corteza de color grisáceo fisurada y hojas de enorme tamaño. Especies agrícolas. Entre las especies herbáceas utilizadas como cultivos energéticos se encuentran las especies que han sido cultivadas tradicionalmente para otros usos como los cereales, la colza, el girasol y de nuevas especies que se están introduciendo para este uso específico, como la colza etíope (Brassica carinata A. Braun), el Sorgo (Sorghum bicolor L.) y el cardo (Cynara cardunculus L.) Usos y aprovechamiento de la biomasa El aprovechamiento de la biomasa con fines térmicos, produce calor, agua caliente sanitaria o vapor, ya sea para los usos tanto a nivel doméstico como industrial. La mayor parte del consumo de biomasa para generar energía térmica se produce en las mismas industrias que generan el residuo, como por ejemplo almazaras y extractoras de aceite, aunque otras industrias que consumen combustibles fósiles, podrían utilizar biomasa para producir la energía térmica que necesitan en sus procesos industriales. Por otro lado, se encuentra el uso doméstico y residencial de las calderas de biomasa, bien como calefacción o para la producción de agua caliente sanitaria. Asimismo, es de destacar la implantación de estos equipos, en el sector terciario y en edificios públicos. Entre los residuos utilizados para la generación de energía térmica se encuentran los residuos forestales, agrícolas y de industrias agrícolas. En ocasiones se utilizan estos residuos tratados, transformados en pélets, briquetas o astillas, lo que encarece el producto Características de la biomasa para su aprovechamiento energético. Entre las características físico-químicas de los biocombustibles sólidos destacan las siguientes Humedad. El contenido en humedad de los combustibles biomásicos es muy variable (desde un 10% a un 40% en base húmeda), por lo que en muchos casos es necesario un secado previo a su utilización. El Página 14 de 428

15 contenido en humedad afecta enormemente tanto al funcionamiento de los equipos y rendimientos de los procesos, como a la cantidad y calidad de los productos obtenidos Tamaño y forma de las partículas. Hay una gran variedad de tamaños de partícula que pueden presentarse. La forma de los productos también varía (polvo, hojas, trozos de madera), lo cual dificulta su manejo, transporte, transformación y conversión energética Densidad La densidad de la biomasa se puede establecer de 2 formas siguientes: Densidad real y densidad aparente. La densidad aparente es la relación entre el peso y el volumen aparente de una partida de madera. Cuanto menor sea la densidad aparente que tiene la biomasa mayor será el coste de su transporte. Es necesario por tanto conseguir productos más compactos y fácilmente utilizables. La heterogeneidad de la biomasa y el tipo de aprovechamiento determina el tipo de tratamiento para su uso. - Secado natural o forzado - Astillado, triturado o molienda - Densificación: pélets, briquetas o empacado Poder calorífico El poder calorífico de un combustible es la cantidad de energía desprendida en la reacción de combustión, referida a la unidad de masa de combustible. Puede ser medido seco o saturado con vapor de agua; y neto o bruto. (Bruto significa que el agua producida durante la combustión ha sido condensada en líquido, liberando así su calor latente; Neto significa que el agua permanece como vapor). El poder calorífico superior permite conocer la energía contenida en la biomasa estudiada incluyendo aquella que se consumirá en evaporar el agua producida en la combustión. La energía realmente aprovechable, una vez evaporada el agua producida en la combustión, se denomina poder calorífico inferior y se obtiene a través de fórmulas empíricas que relacionan el poder calorífico superior con la composición del biocombustibles utilizado. A continuación se recoge una tabla con los poderes caloríficos de diferentes tipos de biomasa (Fuente: VVAA ): Página 15 de 428

16 PODERES CALORÍFICOS PARA DISTINTOS TIPOS DE BIOMASA Tipos de Biomasa PCS (Kcal/Kg) PCI (según contenido en humedad (Kcal/Kg.) Humedad (%) PCI Humedad (%) PCI Leñas y maderas Coníferas Frondosas Leñas y maderas Coníferas Frondosas Serrines y virutas Coníferas Frondosas autóctonas Frondosas tropicales Cortezas Coníferas Frondosas Vid Sarmientos Ramilla de uva Orujo de uva Aceite Hueso Orujillo Cáscara de frutos secos Almendra Avellana Piñón Cacahuete Paja de cereales Cascarillas de arroz Residuos de campo Presentación de los combustibles sólidos biomásicos comercializados Entre los formatos de biocombustibles sólidos más empleados en el ámbito doméstico, residencial y de edificios públicos, destacan los pélets, las astillas, las briquetas y trozas. Página 16 de 428

17 Los pélets de biomasa son un biocombustible estandarizado a nivel internacional. Se conforman como pequeños cilindros procedentes de la compactación de serrines y virutas molturadas y secas, provenientes de serrerías, de otras industrias, o se producen a partir de astillas y otras biomasas de diversos orígenes. Poseen un diámetro menor o igual a los 25 mm. Su constitución compacta y su reducido tamaño permiten la automatización de la alimentación de las calderas de biomasa mediante un sistema de tornillo sin fin. Presentan una mejor combustión debido a su alta densidad, mayores facilidades para su transporte y comercialización y menor espacio para su almacenamiento. Estas características permiten utilizar el pélet como una buena alternativa al gasóleo de calefacción. Las astillas de madera, son trozos pequeños de forma irregular procedente de la fragmentación de la biomasa forestal de entre 5 mm a 100 mm de longitud. Su calidad depende fundamentalmente de la materia prima de la que proceden, de su recogida y de la tecnología de astillado. La astilla procedente de los aprovechamientos forestales es totalmente natural, y no contiene ningún tipo de aditivo, constituyendo un biocombustible limpio de cara a la emisión de gases contaminantes. Tiene una baja densidad y una superficie específica muy superior a la de la leña, lo que disminuye el tiempo de inicio de la combustión. El proceso de secado es caro, pero aumenta el poder calorífico. Las briquetas están constituidas por biomasa comprimida, bien de serrín, desechos agrícolas, o carbón vegetal, que se compactan mediante alta presión. Su tamaño y forma son variables, poseen entre un 20 y un 10 % de humedad. Las trozas, se corresponden con trozos de madera de frondosas o coníferas o mezcla de ambas. El único tratamiento que poseen es el corte. La humedad es variable requiriendo un proceso de secado antes de su uso hasta alcanzar un porcentaje en humedad en torno al 20 %. Página 17 de 428

18 Entre los biocombustibles procedentes de residuos agroindustriales, destacan el orujo y orujillo tanto de aceituna como de uva, así como cáscara de frutos secos. El Orujo de aceituna se produce en el proceso de centrifugación y prensado de la aceituna para la fabricación de aceites. Asimismo, en el proceso de obtención del vino, tras el prensado, se obtiene un subproducto que es el orujo de uva. El orujillo es biomasa residual procedente de procesos agroindustriales, existiendo en el mercado el orujillo de aceituna procedente de la extracción de aceite de orujo y el orujillo de uva, que se obtiene tras someter al orujo de uva a un proceso químico. Biocombustibles procedentes de cultivos herbáceos, suelen presentarse principalmente como pacas de paja o paja picada. La paja se caracteriza por tener una baja densidad energética, por lo que son necesarias grandes cantidades de combustible para su aprovechamiento. Página 18 de 428

19 4. Metodología El objetivo de este estudio, es realizar un análisis de la viabilidad técnica y económica de la sustitución de calderas convencionales, alimentadas por gas, gasóleo o fueloil, por calderas de biomasa, tanto en el sector público como industrial de Extremadura. En primer lugar, se realizó un análisis del tipo de instalaciones, tanto en el sector público como privado, que eran susceptibles de poseer calderas convencionales. De este análisis, se identificaron una serie de tipos de instalaciones, que se organizaron en grupos hasta un total de 17. De esta forma, se establecieron los siguientes grupos: TIPO DE INSTALACIONES IDENTIFICADAS Sector Nº Grupo Subgrupo Público Industrial 1 Hospitales Hospitales 2 Centros de Salud Centros de Salud 3 Colegios Colegios 4 Institutos Institutos 5 Centros de Menores Centros de Menores 6 Oficinas Oficinas 7 Bibliotecas Bibliotecas 8 Piscinas Climatizadas Piscinas Climatizadas 9 Instalaciones Deportivas Instalaciones Deportivas 10 Centros de Formación Centros de Formación 11 Juzgados Juzgados 12 Residencia de Mayores Residencia de Mayores 13 Centros de Investigación Centros de Investigación 14 Alimentarias 15 Agroganaderas Aceituneras Vegetales Bodegas Cárnicas Quesería Turrón Avícola Destilería Tratamiento de Grasas Matadero Piensos 16 Hoteles Hoteles 17 Químicas Químicas Página 19 de 428

20 4.1. Análisis de los grupos El análisis ha partido en el estudio de cada uno de los grupos definidos, y en la identificación, de instalaciones, que poseían calderas convencionales, alimentadas por gas, gasoil o fueloil, para la obtención de vapor, agua caliente, vapor o cualquier otro uso. Para el sector público, se contactó con una muestra representativa del territorio extremeño, de unidades de gestión de diferentes organismos públicos, en la búsqueda de instalaciones dentro de su ámbito de control, que tuvieran en uso calderas convencionales para la obtención de calefacción y/o agua caliente sanitaria. Las unidades administrativas con las que se contactó y en las se identificaron calderas convencionales en uso, dentro de su área de gestión fueron: Administración Estatal: - Ministerio del Interior - Ministerio de Justicia - Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente - Ministerio de Empleo y Seguridad Social Administración Autonómica: - Consejería de Empleo, Empresa e Innovación - Consejería de Administración Pública - Consejería de Agricultura, Desarrollo Rural, Medio Ambiente y Energía - Consejería de Educación y Cultura - Consejería de Salud y Política Social Administración Local: - Ayuntamiento de Badajoz - Ayuntamiento de Cáceres - Ayuntamiento de Plasencia - Ayuntamiento de Mérida - Ayuntamiento de Navalmoral de la Mata - Ayuntamiento de Don Benito Página 20 de 428

21 - Ayuntamiento de Villanueva de la Serena Por otro lado, para el sector privado, se contactó con una muestra representativa del tejido industrial extremeño, mediante consultas a través de páginas Web y entrevistas telefónicas, en la búsqueda de instalaciones, que tuvieran en uso calderas convencionales para la obtención de vapor, calefacción y/o agua caliente. En primer lugar se contactó con asociaciones empresariales, denominaciones de origen y clusters, entre los que destacamos: Cluster de la Energía de Extremadura Cluster del Turismo de Extremadura Cluster del Corcho Cluster Alimentario Cluster de Envases, Transporte y Logística de Mercancías Cluster del Metalmecánico Consejo Regulador de la Denominación de Origen Torta del Casar Consejo Regulador de la Denominación de Origen Queso de la Serena Consejo Regulador de la Denominación de Origen Ribera del Guadiana Asociación de Empresas Vinícolas de Extremadura (ASEVEX) Otras Una vez consultadas estas organizaciones y las empresas que la integraban, el siguiente paso fue el contacto directo con las empresas, para invitarles a participar en la elaboración del estudio, con la aportación de los datos técnicos de las calderas convencionales que disponían, así como datos de consumo Recopilación de datos Una vez identificadas aquellas instalaciones que poseían calderas convencionales y que estaban dispuestas a participar en la realización del estudio, comenzó la recopilación de datos con el trabajo de campo. El trabajo de campo ha sido una de las principales actuaciones de este estudio. La obtención de información, se realizó a través de una breve encuesta, que fue diseñada con el objetivo de facilitar la recopilación de los datos necesarios para la realización del estudio. Dicha encuesta se recoge en el Anexo I de este informe. Página 21 de 428

22 Los datos básicos que se solicitaban a las diferentes instalaciones se resumen en: Datos administrativos: Razón social, dirección, persona de contacto. Datos de las calderas: Número, marca, modelo y potencia. Combustible utilizado Usos de la caldera Consumo de la caldera En algunos casos, la encuesta fue enviada por correo electrónico para su cumplimentación y posterior devolución, y en otros casos se realizaron visitas a las instalaciones para recabar in situ la información. Una vez terminado el trabajo de campo, se procedió a ordenar toda la información recabada, para comenzar los diferentes estudios de viabilidad, según los grupos establecidos. Página 22 de 428

23 5. Instalaciones de Biomasa El cambio a equipos de biomasa es muy recomendable en los casos de emplear equipos de gasóleo o gas propano en la actualidad, aunque existen diversas formas de hacer ese cambio, según el tipo de biomasa que se decida emplear: PÉLETS CALDERA ASTILLAS CALDERA PÉLETS QUEMADOR. Cada caso concreto precisa una solución específica, hay que hacer un traje a medida para cada instalación, siendo difícil sacar conclusiones generales. Las instalaciones de Pélets basadas en calderas son relativamente económicas (el ratio de inversión de las calderas suele estar alrededor de 300 /kw), pero el pélet es el tipo de biomasa menos económica, con lo que los ahorros son menores que con astillas. Estas instalaciones tienen un funcionamiento totalmente automático, con bajo mantenimiento, y la vida de las instalaciones puede llegar a 20 años. Las instalaciones de Astillas (así como otros tipos de biomasa, al ser policombustibles) son más costosas que las de pélets (el ratio de inversión suele estar alrededor de 400 /kw), pero los ahorros producidos con la astilla son los mayores posibles. Estas instalaciones tienen un funcionamiento totalmente automático, con bajo mantenimiento, y la vida de las instalaciones puede llegar a 20 años. Las instalaciones de Pélets basadas en Quemadores son las más económicas de todas las opciones (el ratio de inversión suele estar alrededor de 60 /kw), que posibilita que el plazo de amortización de la inversión sea reducido. Estas instalaciones requieren de frecuentes operaciones de limpieza (la ceniza se deposita por el interior de la caldera), siendo importante el mantenimiento, y la vida de las instalaciones puede llegar a 10 años, aunque depende del equipo al que se acople el quemador. Es importante destacar que esta no es una solución universal, y se debe verificar, sí se puede acoplar un quemador de biomasa a la caldera ya existente. Página 23 de 428

24 5.1. Inversiones para las instalaciones de biomasa En las siguientes tablas, se muestra una estimación de costes para una instalación completa de biomasa, que incluya los siguientes elementos: Equipos de biomasa (caldera o quemador), con todos los accesorios (tanques de inercia, sistemas de alimentación automática de biomasa desde el silo, sistemas de control y regulación, transporte, montaje y puesta en marcha, etc. ). Obra civil necesaria, para realizar la sala de calderas (no necesaria con los quemadores) y el silo de combustible. Restos de elementos y montaje (salida de humos, instalación hidráulica, bombas, válvulas, tuberías, conexionado eléctrico, etc.) En todos los casos, se consideran precios de equipos de alta gama y prestaciones, con precios de mercado, para dotar de la necesaria calidad y credibilidad a los presupuestos. Es importante destacar que los importes son orientativos, y que el valor exacto depende de un estudio detallado para un caso determinado. Los importes se muestran sin IVA. Página 24 de 428

25 En el caso de Caldera para Astillas, con caldera policombustible: COSTES INSTALACION ASTILLA-CALDERAS (SIN IVA) CALDERA OC RESTO TOTAL KW /KW /KW Los ratios de inversión varían desde los 855 /kw para las instalaciones de pequeña potencia (33 kw), hasta los 281 /kw de los de gran potencia (667 kw). Página 25 de 428

26 En el caso de Caldera para Pélets: COSTES INSTALACION PELETS-CALDERAS (SIN IVA) CALDERA OC RESTO TOTAL KW /KW /KW Los ratios de inversión varían desde los 453 /kw para las instalaciones de pequeña potencia (33 kw), hasta los 269 /kw de los de gran potencia (667 kw). Página 26 de 428

27 En el caso de Quemador de Pélets: COSTES INSTALACION PELETS-QUEMADOR (SIN IVA) CALDERA SILO RESTO TOTAL KW /KW /KW Los ratios de inversión son de 60 /kw para todas las instalaciones, independientemente de la potencia. Estos valores se han obtenido a partir de la experiencia del año en el norte de la provincia de Cáceres con los secaderos de tabaco, donde se han instalado una elevada cantidad de estos sistemas. En la siguiente gráfica se muestran todos los costes unitarios, recogidos en las tablas anteriores, distinguiendo según el tipo de solución con biomasa, y el consumo energético anual en kwh/año: Página 27 de 428

28 Se observa que el coste de inversión es inferior en el caso de quemadores, y en el caso de astillas y pélets está bastante igualado a medida que aumenta el consumo energético y por tanto la potencia. Página 28 de 428

29 Casos que empleen gasóleo Se analiza en primer lugar el periodo de amortización de los equipos de biomasa (medido en años) en base al ahorro producido, y en función del consumo energético en kwh/año: Se observa que en el caso de Calderas, es más ventajoso el uso de astillas frente a los pélets cuando el consumo energético anual es mayor a kwh/año, esto es, con un consumo mayor de litros/año. Por debajo de este valor, es más interesante el uso de pélets, desde el punto de vista económico. La mayor parte de instalaciones de biomasa se amortizan en un periodo de 3-5 años, sin tener en cuenta ningún tipo de subvención ni ayuda pública, ni otro tipo de ayuda económica. El periodo de amortización con Quemadores es muy reducido, pero es una solución parcial que tienen varios inconvenientes (mayor mantenimiento, no vale en todos los casos, menor duración frente a una caldera nueva, etc.), por lo que se recomienda para los casos de menor consumo, donde no sea viable la instalación de una caldera de pélets. No se debe considerar como una solución universal. Se recomiendan para aquellos casos en que el coste proporcional de las soluciones de Página 29 de 428

30 calderas son especialmente caras, con periodos de retorno de más de 5 años. Esto se produce con un consumo de kwh/año. Por tanto, se pueden establecer los siguientes RANGOS de soluciones con biomasa: Hasta kwh/año: quemadores de pélets. Entre y kwh/año: calderas de pélets. A partir de kwh/año: calderas de astillas (policombustibles). El ahorro obtenido (en euros/año) con el uso de biomasa, para cada uno de los tres casos de biomasa, en función del consumo energético anual, es el siguiente: El ahorro obtenido con el uso de astilla es un 40% mayor que en el caso de pélets, siendo éste un aspecto a tener en cuenta, además del periodo de amortización de las inversiones. Página 30 de 428

31 Casos que empleen gas propano Se analiza en primer lugar el periodo de amortización de los equipos de biomasa (medido en Años) en base al ahorro producido, y en función del consumo energético en kwh/año: Se observa que en el caso de Calderas, es más ventajoso el uso de pélets frente a las pélets mientras el consumo energético anual sea menor a kwh/año, esto es, con un consumo menor de Kgs/año. A partir de este valor, los tiempos de amortización son casi iguales a la astilla, y sin embargo el ahorro anual que genera es mayor. La mayor parte de instalaciones de biomasa se amortizan en un periodo de 2-3 años, sin tener en cuenta ningún tipo de subvención ni ayuda pública, ni otro tipo de ayuda económica. El periodo de amortización con Quemadores es muy reducido, de menos de un año, pero es una solución parcial que tienen varios inconvenientes (mayor mantenimiento, no vale en todos los casos, menor duración frente a una caldera nueva, etc., por lo que se recomienda para los casos de menor consumo, donde no sea viable la instalación de una caldera de pélets. No se debe considerar como una solución universal. Se recomiendan para aquellos casos en que el coste proporcional de las soluciones de calderas son especialmente caras, con periodos de retorno de más de 6 años. En este caso no se recomienda su uso, ya que las calderas de pélets tienen retornos menores a 4 años. Página 31 de 428

32 Por tanto, se pueden establecer los siguientes RANGOS de soluciones con biomasa: Hasta kwh/año: calderas de pélets. A partir de kwh/año: calderas de astillas (policombustibles). El ahorro obtenido (en euros/año) con el uso de biomasa, para cada uno de los tres casos de biomasa, en función del consumo energético anual, es el siguiente: El ahorro obtenido con el uso de astilla es un 23% mayor que en el caso de pélets, siendo éste un aspecto a tener en cuenta, además del periodo de amortización de las inversiones. Página 32 de 428

33 Casos que empleen gas natural Se analiza en primer lugar el periodo de amortización de los equipos de biomasa (medido en Años) en base al ahorro producido, y en función del consumo energético en kwh/año: Se observa que en todos los casos es muy complicado amortizar una nueva instalación de biomasa en base a los ahorros producidos respecto al gas natural. En el caso de los quemadores de pélets se consiguen periodos de amortización menores a diez años, en concreto 5 años, sin embargo se debe reconocer que esta opción es desaconsejable, ya que las superiores prestaciones, menor mantenimiento y comodidad el gas natural, desaconsejan el cambio. En el caso de astillas, se vislumbra que el cambio puede ser interesante con consumos mucho mayores de los mostrados, ya que la curva muestra tendencia decreciente. En el caso de pélets en base a caldera, es del todo desaconsejable, ya que el ahorro producido frente al gas natural es reducido, y los periodos de amortización están por encima de los 20 años, lo que lo hace totalmente inviable. Página 33 de 428

34 El cambio a biomasa no se amortiza en un periodo menor de 5 años, sin tener en cuenta ningún tipo de subvención ni ayuda pública, ni otro tipo de ayuda económica. Por tanto, no se pueden establecer RANGOS de soluciones con biomasa, ya que se desaconseja el cambio desde gas natural en todos los casos. El ahorro obtenido (en euros/año) con el uso de biomasa, para cada uno de los tres casos de biomasa, en función del consumo energético anual, es el siguiente: El ahorro obtenido con el uso de astilla es un 250% mayor que en el caso de pélets, siendo éste un aspecto a tener en cuenta, además del periodo de amortización de las inversiones. Página 34 de 428

35 5.2. Características de la instalación calderas de biomasa Diseño Diseño de instalaciones con caldera de biomasa: Se describen los aspectos a tener en cuenta a la hora de realizar un correcto dimensionamiento de una instalación de biomasa: Realizar todos los diseños, en la medida de lo posible, para funcionar permanentemente. Cuanto más continuo sea el funcionamiento, sin paradas, mejor trabaja la caldera. No apagar la calefacción de noche, sólo bajar consignas. Minimizar las paradas de la caldera, y que trabaje aunque sea a baja potencia. Tomar las medidas necesarias para disponer del máximo tiempo posible para que el sistema se ponga a régimen. Las calderas de biomasa tardan cierto tiempo en ponerse a régimen, normalmente unos minutos, y hay que darles tiempo suficiente para que realicen correctamente el proceso, no se les puede meter prisa. Utilizar acumuladores de inercia: a la izquierda se puede observar uno. Sirven para almacenar agua caliente, y sirve como apoyo al funcionamiento de la caldera. o o Permiten al sistema adecuar mejor sus ciclos a los largos ciclos de la caldera. Utilizar estratificación en el depósito de inercia para asegurar apoyo a ACS. Se puede aprovechar el hecho natural de que lo caliente se sitúa arriba (estratificación), para que esta parte superior se utilice para generar el ACS. Página 35 de 428

36 Ejemplo de esquema para caldera de biomasa: En la siguiente imagen se muestra el esquema hidráulico habitual de una caldera de biomasa trabajando con depósito de inercia, en lo que se denomina esquema en T, donde en los extremos de la T se encuentran la caldera, del tanque de inercia y la carga a la que se abastece de agua caliente. Con el esquema en T, en cuanto la caldera tiene temperatura suficiente, empieza a suministrar a consumo, no hay que cargar el acumulador antes. El sobrante de potencia instantánea permite cargar el acumulador. Si de repente cesa el consumo, podemos almacenar la energía sobrante. Se apaga la caldera poco a poco, de forma controlada y suave. Cuando vuelve la demanda tenemos energía en reserva hasta que la caldera está a régimen. Se pueden extraer las siguientes conclusiones: Página 36 de 428

37 El ahorro en el precio de la caldera al dimensionarla ajustada a la necesidad real puede permitir una de mejor rendimiento. La caldera trabajará en un régimen mejor para sus características =>Ahorro de energía Potencia de la caldera: es muy importante No Sobredimensionar Importante que el quemador trabaje en ciclos muy largos, y dentro de su rango de potencia. Diseñar la instalación para que la/s caldera/s funcione/n de forma permanente, en la medida de lo posible sin intermitencias. El cálculo es igual que con cualquier otro combustible, según RITE. Calcular, en la medida de lo posible, según el cálculo global del envolvente, no por la suma de los parciales, que siempre es más elevada la potencia. Tiempos: se debe tener en cuenta que los ciclos de trabajo de la caldera de biomasa son más largos que una caldera fósil, ya que su funcionamiento es más lento en lo relativo a arranque y parada, así como en los tiempos de reacción ante cambios de parámetros (tienen una elevada inercia térmica). El tiempo de arranque y puesta a régimen es largo (15 a 60 minutos). Arrancar el sistema con antelación. Página 37 de 428

38 El tiempo de parada es también largo (15 a 60 minutos). Mucha atención al calor residual al parar. Atención a termostatos con histéresis pequeñas Depósito de inercia: este elemento es muy importante para el correcto funcionamiento de las calderas de biomasa, y es muy importante en la mayor parte de los casos. Utilizar depósito de inercia para alargar ciclos y evitar puntas. Utilizar depósito de inercia para independizar los consumidores de la caldera en sí. Utilizar depósito de inercia para almacenar calor residual al parar. Tamaño según recomendación del fabricante y características de instalación. Lo habitual litros por kw de potencia. En usos con puntas fuertes => mayor. En usos muy estables => menor. Si consumo siempre igual, y la instalación permite evacuar el calor residual, podemos prescindir. Preguntar siempre a fabricante, nos jugamos la garantía. En calderas de troncos puede ser necesario mayor de 50 litros por kw. Inercia y ACS: se puede utilizar el depósito de inercia como apoyo para generar ACS: Generar ACS desde depósito inercia, aprovechando la estratificación (la parte superior es la más caliente) Menos problemas de legionella en grandes acumulaciones. El tanque de inercia, con su gran volumen, sirve de almacén de energía para generar el ACS, no hace falta tener un gran volumen de ACS. En generación de ACS, procurar generar en 24h el consumo diario, no concentrado en pocas horas, en la medida de lo posible. No tiene sentido buscar la generación instantánea de ACS con biomasa. Caldera más pequeña y mejor régimen: si el ACS se genera durante todo el día, se necesita menos potencia. Útil en grandes almacenes, con un uso esporádico del ACS. Sustitución solar: se puede emplear biomasa en vez de energía solar. Página 38 de 428

39 Sala de Calderas La sala de calderas es el recinto donde se sitúa la caldera de biomasa, además de todos los elementos auxiliares que posibilitan su funcionamiento. Medidas: un aspecto muy importante a tener en cuenta con los equipos de biomasa es lo relativo a dimensiones y medidas, debido tanto al espacio que ocupan, como a las necesidades de espacio para hacer un correcto mantenimiento. Las calderas de biomasa suelen ser mucho más grandes que las fósiles Las distancias a paredes, etc. son las habituales del RITE, aunque a veces para poder desmontar sinfines puede ser mayor. Seguir indicaciones de fabricante. Las que tienen intercambiador vertical requieren altura adicional y menos distancia en puerta. Prever espacio para el sistema de transporte de combustible, para la acumulación de combustible y para el depósito de inercia. Importante dejar espacio suficiente para realizar un correcto mantenimiento. Complementos: El resto de materiales de instalación que componen la sala de calderas, son los habituales en cualquier caldera convencional: Vaso de expansión, válvulas de seguridad, bombas circuladoras, etc.). Ventilación: se debe prestar especial atención a la aportación de aire de combustión en la sala de calderas, igual que con el resto de calderas. En calderas se necesita la ventilación adecuada para su tiro y para la renovación de aire en la sala, igual que cualquier otra caldera. Se toma como referencia los mismos valores y consideraciones que el gasoil. Página 39 de 428

40 En el caso de chimeneas domésticas, especialmente las abiertas, necesitan entrada de aire del exterior. Atención a reflujos de tiro provocados por vientos fuertes, extractores o malas ubicaciones de ventilaciones Mantenimiento y los costes asociados calderas de biomasa Una de las solicitudes más habituales respecto a las instalaciones, es que las tareas de mantenimiento sean mínimas. Para esto hay que tener en cuenta que no todas las calderas de biomasa ofrecen las mismas prestaciones, todo lo contrario, y que por tanto se debe prestar atención a la correcta elección de la caldera de biomasa, considerando todos los aspectos que incidan en el mantenimiento posterior, así como en sus costes. Las calderas más automáticas y eficientes, y que por tanto requieren menor mantenimiento, son más caras que las más sencillas, que requieren mayor mantenimiento, en muchos casos diario. Esto implica costes y molestias. Los aspectos más importantes a tener en cuenta para minimizar el mantenimiento son los siguientes: Sistemas de recogida automática de ceniza: con capacidad de almacenamiento para varias semanas (usualmente, un mes). Con esto se minimiza el tiempo a emplear en retirar la ceniza, que se depositan en unos contenedores externos a la caldera, que se deben retirar. En esta operación se pierde alrededor de un minuto. Sistemas automáticos de regulación: tiro de la caldera, condiciones en cámara de combustión, regulación del aire de combustión y cantidad de combustible. Si la caldera está dotada de estos sistemas, no hará falta estar pendiente de ella, funcionará de manera completamente automática. Sistemas de limpieza automática de su interior: ceniza en su interior, turbuladores, etc. Con ello se minimizan las tareas de mantenimiento externo. Sistemas robustos de alimentación de combustible: Con un buen sistema de trasvase de la biomasa desde el silo hasta la caldera, empleando sinfines robustos que funcionen incluso en el caso de tratar con biomasas en principio no tolerables (como trozos más grandes de lo admisible, en el caso de astillas), e impedir la rotura de estos sistemas. También debe disponer de sistemas anti-atascos, mediante sistemas de inversión del sentido de giro (requiere alimentación trifásica). Página 40 de 428

41 Sistemas de seguridad adecuados. La caldera debe disponer de diversos sistemas de protección contra retroceso de llama hasta el silo, de seguridad por sobretemperatura, apagado de incendios, tiro insuficiente, etc. Las calderas propuestas en estos estudios tipo contemplan todas estas opciones, siendo calderas de altas prestaciones. La inversión es mayor que con calderas más sencillas, pero se consiguen alcanzar las prestaciones deseadas, minimizando las tareas de mantenimiento. Con ello se obtiene el resultado deseado. No obstante, es muy importante destacar que las instalaciones donde se instale biomasa deben disponer de Personal de Mantenimiento, que será el mismo que se ocupaba de las instalaciones de combustibles fósiles. Sin este personal, el uso de biomasa será dificultoso, porque aunque las necesidades son bajas, hace falta que se esté atento a las incidencias de la instalación, igual que con el resto de instalaciones. Uno de los principales problemas en las instalaciones públicas son las deficiencias en el mantenimiento de las instalaciones, lo que no se resuelve con el uso de biomasa, a pesar del ahorro generado Características de la instalación quemador de biomasa Se debe prestar atención a los siguientes aspectos: Control temperatura: Preferentemente usar la propia regulación del quemador Al modular reducimos arranques y paradas Con su propia sonda en una vaina en la caldera En un sitio que la lectura de temperatura sea significativa Para aplicaciones industriales usar sonda de alta temperatura Si no se fundirá Evitar condensación: Al bajar la potencia del quemador es fácil que la caldera trabaje más fría Instalar un termostato tarado a 60-65ºC que permita arrancar las bombas solo cuando la caldera alcanza esa temperatura. O montar una mezcladora al retorno Si es de fundición no será un problema para el metal, pero se ensuciará mucho más. Si es de chapa si que tendremos oxidación Eso también nos disminuirá el tiro Página 41 de 428

42 Asegurar el tiro suficiente Garantizar tiro suficiente En la cámara de combustión debemos asegurar depresión. Notaremos que no la hay porque tiende a salir humo si abrimos algún registro o la puerta. Los quemadores de gasoil generan presiones importantes que los de biomasa no Podemos tener problemas importantes de falta de tiro en calderas que antes funcionaban bien Evitar excesivo tiro. Es importante destacar que los quemadores de biomasa dejan toda la biomasa en el interior de la caldera, por lo que los requerimientos de limpieza y mantenimiento serán elevados, máxime si la caldera dispone de intercambiador horizontal (tubos por los que circulan los humos en la caldera, que transmiten el calor al agua). En este caso, la acción de la gravedad hará que los tubos horizontales se colmaten con facilidad e cenizas volantes, que pueden dificultar mucho el funcionamiento del sistema Mantenimiento y los costes asociados quemador de biomasa El problema principal que ocasionan los quemadores de biomasa es el ensuciamiento en el interior de la cámara de combustión, y del propio quemador, teniendo unos requerimientos de limpieza elevados, de al menos una vez por semana, aunque ello dependerá del tipo de combustible empleado, el tipo de quemador, el tipo de caldera, el ajuste de funcionamiento del sistema, etc. Una de las solicitudes más habituales respecto a las instalaciones es que las tareas de mantenimiento sean mínimas. Para esto hay que tener en cuenta que no todos los equipos de biomasa ofrecen las mismas prestaciones, todo lo contrario, y que por tanto se debe prestar atención a la correcta elección del equipo de biomasa más adecuado, considerando todos los aspectos que incidan en el mantenimiento posterior, así como en sus costes. Los quemadores automáticos y eficientes (existen modelos que no introducen cenizas en el interior de la cámara de combustión, son quemadores sin ceniza ), y que por tanto requieren menor mantenimiento, son más caros que los más sencillos, que requieren mayor mantenimiento, en muchos casos diario. Esto implica costes y molestias. Los aspectos más importantes a tener en cuenta para minimizar el mantenimiento son los siguientes: Sistemas de limpieza automática de ceniza: estos quemadores son autolimpiantes, y realizan un barrido o limpieza de la zona de combustión, eliminando impurezas y escorias, de manera que la combustión siempre sea la correcta. Página 42 de 428

43 Sistemas automáticos de regulación: tiro de la caldera, condiciones en cámara de combustión, regulación del aire de combustión y cantidad de combustible. Si la caldera está dotada de estos sistemas, no hará falta estar pendiente de ella, funcionará de manera completamente automática. Sistemas robustos de alimentación de combustible: Con un buen sistema de trasvase de la biomasa desde el silo hasta la caldera, empleando sinfines robustos que funcionen incluso en el caso de tratar con biomasas en principio no tolerables (como trozos más grandes de lo admisible, en el caso de astillas), e impedir la rotura de estos sistemas. También debe disponer de sistemas anti-atascos, mediante sistemas de inversión del sentido de giro (requiere alimentación trifásica). Sistemas de seguridad adecuados. La caldera debe disponer de diversos sistemas de protección contra retroceso de llama hasta el silo, de seguridad por sobretemperatura, apagado de incendios, tiro insuficiente, etc. Los equipos propuestos en estos estudios tipo contemplan todas estas opciones, siendo de altas prestaciones. La inversión es mayor que con equipos más sencillos, pero se consiguen alcanzar las prestaciones deseadas, minimizando las tareas de mantenimiento. Con ello se obtiene el resultado deseado. No obstante, es muy importante destacar que las instalaciones donde se instale biomasa deben disponer de personal de mantenimiento, que será el mismo que se ocupaba de las instalaciones de combustibles fósiles. Sin este personal, el uso de biomasa será dificultoso, porque aunque las necesidades son bajas, hace falta que se esté atento a las incidencias de la instalación, igual que con el resto de instalaciones. Uno de los principales problemas en las instalaciones públicas son las deficiencias en el mantenimiento de las instalaciones, lo que no se resuelve con el uso de biomasa, a pesar del ahorro generado Recomendaciones y conclusiones En la siguiente tabla se muestra un resumen de las recomendaciones respecto a la factibilidad del uso de biomasa, según el tipo de combustible fósil y el rango de consumo energético: Página 43 de 428

44 USO DE LA BIOMASA Gasóleo Propano Gas Natural Tipo de Rango Amort. Ahorro Rango Amort. Ahorro Rango Amort. Ahorro Equipo Kwh/año años % Kwh/año años % Kwh/año años % Caldera pélets Calderas astillas Quemador pélets ,5 2,5 22,4 49,9 < ,5-13, ,1 3,4 37,7 3,1 2,1 7,8 > ,6 > ,5-49,2 4,1 2,5 23,6 < ,8 49,9-0,4 63,5-5,0 13,5 Por tanto, en la mayor parte de casos es posible encontrar la manera de realizar el cambio a biomasa, y beneficiarse de un importante ahorro de costes, salvo en el caso de consumir gas natural, donde no se aconseja (salvo casos particulares). Se debe destacar que la alternativa de quemadores no es una solución universal, sino una manera económica pero con varias limitaciones, que hacen que se deba estudiar cada caso de manera particular. Se debe destacar que el cambio a biomasa se puede realizar de tres maneras: Mediante recursos propios, para hacer frente a las inversiones. Esta opción implica tener liquidez. Solicitando un préstamo, de manera que la inversión se costee con el ahorro. Esta opción implica endeudarse. Recurrir a una ESE (Empresa de Servicios Energéticos), que formaliza un contrato para vender la energía con un ahorro de costes respecto a la situación anterior. Es necesario un consumo energético mínimo anual (normalmente kwh/año). También existen opciones intermedias, que pueden mezclar las tres opciones anteriores, en diferentes proporciones. En este sentido, el mercado de la biomasa es muy dinámico, va evolucionando y ofreciendo nuevas alternativas de manera continua. Página 44 de 428

45 El paso a biomasa se está realizando en toda España, tanto en instalaciones públicas como privadas, de manera generalizada, aunque gradualmente, dado la necesidad de hacer nuevas inversiones. Primero se está haciendo en aquellas instalaciones con un mayor consumo energético, donde el ahorro de costes es mayor. En este sentido, conviene priorizar y actuar primero sobre las instalaciones con mayor consumo energético, para que los resultados del cambio a biomasa sean más interesantes. A medida que el sector se desarrolle, y haya una mayor oferta de servicios y posibilidades, el mercado se irá desarrollando hacia consumos energéticos menores. En el caso de Extremadura, se debe tener en cuenta que existe una elevada dispersión de instalaciones, y que los consumos energéticos por lo general no son muy elevados, así que se debe realizar el cambio a biomasa de manera gradual y planificada. Una opción muy interesante es agrupar varios consumidores térmicos cercanos, mediante una instalación de biomasa que abastezca a varios usuarios. Esto se denomina calefacción de distrito o district heating De esta manera se disminuyen los costes y se optimiza el mantenimiento. Sin embargo, hay que poner de acuerdo a varios usuarios, siendo esta una de las mayores dificultades. Página 45 de 428

46 6. Resultados del Estudio en el Sector Público El presente apartado analiza la viabilidad técnico-económica del uso de biomasa, describiendo las características fundamentales de la propuesta con biomasa para cada uno de los grupos públicos objeto de este estudio, de manera que puedan obtenerse por una parte, un importante ahorro de costes energéticos, y por otra parte, las ventajas medioambientales expuestas en el apartado 1 de este documento. Se analiza un caso tipo, y se extrapolan resultados para todo el grupo, en base a unos rangos de consumo energético anual, tipificando las diferentes opciones que se pueden presentar. En primer lugar se han analizado los datos disponibles de cada uno de los grupos en Extremadura, tomados de diversos usuarios, a través de las encuestas y visitas realizadas, a fin de determinar el caso tipo que resulte representativo de un grupo de usuarios. Tras la descripción de dicho caso tipo, que es característico del grupo, con un determinado consumo energético y cierto combustible fósil, sí es el caso, se analizan otros escenarios para el resto de combustibles fósiles, así como diferentes valores del consumo energético. Con los resultados anteriores, se establecen unas conclusiones, de manera que se oriente sobre la viabilidad técnica y económica del uso de biomasa en las instalaciones. Para la estudio técnico del caso tipo, se ha utilizado el software RET Screen ( elaborado por el Ministerio de Recursos Naturales del Gobierno de Canadá, que es un excelente método de simulación para proyectos de energías limpias, habiendo sido empleado para: Cálculo de potencia en biomasa, según datos meteorológicos (NASA) y el consumo energético actual. Análisis económico. Análisis financiero y rentabilidad. Se ha analizado la factibilidad de la propuesta, dando prioridad al hecho de que la nueva instalación se vaya pagando con el ahorro obtenido al usar biomasa, lo que deja un interesante ahorro, sin coste para el cliente. Este hecho es de suma importancia al tratarse de instalaciones de titularidad pública, con dificultades para realizar inversiones y aumentar el endeudamiento. Página 46 de 428

47 En el estudio de viabilidad técnico-económico de sustitución de calderas convencionales por calderas de biomasa, para cada uno de los grupos definidos, se ha tenido en cuenta como referencia para todos los estudios: Los poderes caloríficos (PCI, poder calorífico inferior) considerados para los combustibles fósiles son los siguientes: o o Gasóleo: 10 kwh/litro Gas propano: 12,88 kwh/kg o Gas natural: 9,2 kwh/n m 3 Para el diseño de la instalación se parte de los datos meteorológicos de la ubicación escogida para un caso tipo, en este caso Mérida (Badajoz), que se encuentra en el centro de Extremadura, y se selecciona como representativa del clima de la comunidad. La siguiente imagen muestra los datos que maneja el programa RETscreen: En la realización del análisis económico, se han considerado varios aspectos: o o o Coste de las inversiones a realizar para llevar a cabo la mejora Disminución anual de los costes energéticos Aumento por costes de mantenimiento/operación asociados a la mejora energética a introducir. Página 47 de 428

48 En la realización del análisis financiero: o o El programa RETscreen realiza el análisis de viabilidad financiera, simulando las condiciones del crédito a solicitar para pagar las nuevas instalaciones. Se ha considerado un crédito reembolsable subsidiado (tipo revolving ), como las ayudas FIDAE-JESSICA (gestionados por el BBVA y el IDAE), con un tipo medio del 5% para un periodo de 5 años. Dos consideraciones previas muy importantes: o o En el estudio no se va a considerar ningún tipo de subvención. Los cálculos se realizan no incluyendo el IVA. Página 48 de 428

49 6.1. Grupo Hospitales Instalaciones en el estudio: 9 Página 49 de 428

50 Datos generales del grupo Los hospitales disponen de las siguientes características comunes: Tipo de edificación: en bloque y concentrado, con preponderancia de habitaciones de los usuarios residentes. Uso: residencial, incluyendo aseo, servicio de comedor e incluso lavandería (mediante vapor). Ubicación: suelen estar situadas en la periferia del casco urbano. Consumo de energía: Tienen consumo de calor durante todo el año, para los siguientes usos: o o Calefacción: unos 5-6 meses al año, representando un 85% del consumo anual. El consumo es elevado, la temperatura de consigna para el edificio suele ser alta (20-24ºC), debido a las necesidades de los enfermos. Agua Caliente Sanitaria (ACS): durante todo el año, representando un 15% del consumo anual. Ocupación: permanente (24 horas al día, 365 días al año). Para poder caracterizar el grupo, se han obtenido datos de varias instalaciones en Extremadura, con los que se ha determinado un caso tipo, un rango de consumos energéticos, y con todo ello se han establecido unos rangos para poder tomar decisiones respecto a las instalaciones del sector. El esquema de principio empleado en la actualidad es el siguiente: Con respecto a los datos de consumo de energía obtenido a través de la toma de datos en 9 hospitales de la Comunidad Autónoma, indicando el tipo de combustible fósil empleado, su consumo anual y el valor del consumo energético anual en kwh/año, los datos disponibles son: Página 50 de 428

51 Instalación Gasoil (l/año) Propano GN (kg/año) (m 3 /año) Gasoil (Kwh/año) CONSUMO ENERGÍA Propano (Kwh/año) GN (Kwh/año) (Kwh/año) Hospital Hospital Hospital Hospital Hospital Hospital Hospital Hospital Hospital Hospital Con respecto a la intensidad del consumo de energía y las potencias instaladas en la actualidad, los datos disponibles son los siguientes: Instalación Combustible KW MESES D/M % CALEFACCIÓN ACS TOTAL H PP/DÍA KW MESES D/M % H PP/DÍA Hospital 1 Gas natural Hospital 2 Gasoleo Hospital 2 Gas Natural Hospital 3 Gasoleo Hospital 4 Gas natural Hospital 5 Gas natural Hospital 6 Gasoleo Hospital 7 Gas natural Hospital 8 Gas natural Hospital 9 Gas natural KW H PP/DÍA Se ha estimado el porcentaje de consumo en usos de calefacción en un 85%, siendo el restante 15% para ACS. Junto con el ciclo de trabajo de la demanda térmica, se ha estimado la carga de trabajo de las calderas existentes, en la forma de Horas de trabajo a plena potencia de las calderas cada día (h PP/día), que sirve para estimar la carga de trabajo de las calderas y el grado de sobredimensionado de las mismas (muy habitual en calderas de combustible fósil, que se dimensionan por potencia instantánea). Se observa que la mayor parte de las instalaciones disponen de calderas que trabajan entre 5 y 10 horas al día. Para calcular esto, se hace uso: t (tiempo en horas) = E (energía en kwh) / P (potencia en kw) Se observa que este tipo de instalaciones tiene consumo energético todo el año, aunque el mayor porcentaje se concentra en los meses de invierno. El consumo de ACS es muy constante a lo largo del año y su peso en el total se considera del 15%, siendo el restante del 85% el de calefacción. Página 51 de 428

52 Con respecto al combustible fósil empleado en la actualidad, se observa el siguiente reparto, para las instalaciones analizadas: Combustible Nº % Gasóleo 3 30,0% Gas Propano 0 - Gas Natural 7 27,3% Otros 0 - De todos los casos, hay uno (hospital 2) que tienen consumo en dos fuentes fósiles diferentes, gasóleo y gas natural. Se han incluido en el análisis como si fueran dos usuarios independientes, a fin de simplificar el análisis. Realmente sólo hay 9 hospitales, pero se considera en adelante como 10 centros de consumo independientes Datos técnicos del caso tipo Se establecen las características del caso tipo, a partir del conjunto de datos del total de usuarios, a partir de un análisis estadístico de los datos existentes. Con ello se establece un caso que debe ser representativo del grupo, al representar a un número importante de instalaciones Consumo Energético El parámetro fundamental que determina el caso tipo es el consumo energético a lo largo de un año, medido en kwh/año. Se ha efectuado un análisis estadístico de los datos, con los siguientes resultados: Página 52 de 428

53 Número de valores: 10 Mínimo: kwh/año Máximo: kwh/año Media aritmética (µ): kwh/año Desviación estándar (σ): kwh/año Los dos últimos parámetros se calculan de acuerdo con la distribución de campana de Gauss, que representa la distribución normal de una muestra: De acuerdo con la distribución normal, el 68,26% de los valores de consumo energético se encuentran entre los valores de: Página 53 de 428

54 ( µ σ ) = = kwh/año ( µ + σ ) = = kwh/año Como caso tipo representativo, se adopta como significativo el valor de kwh/año, que es el valor promedio obtenido. Para el total de 10 instalaciones, el consumo de energía conjunto asciende a kwh/año, con el siguiente desglose: Gasóleo: kwh/año 23,3% Gas propano: 0 kwh/año 0% Gas natural: kwh/año 76,7% Tipo de Combustible Del total de 10 casos de los que se disponen de datos, en cuanto al tipo de combustible empleado en la actualidad se observa que el gas natural es el más frecuente, al estar presente en el 70,0% de los 10 casos analizados. En el estudio de viabilidad se ofrecerá un comparativo del coste de energía respecto de las tres opciones de combustibles fósiles: gasóleo, gas natural y gas propano. Se ha efectuado un análisis estadístico del precio unitario de la energía (en c /kwh, los kwh se miden en PCI - Poder Calorífico Inferior), con los siguientes resultados: Página 54 de 428

55 Mínimo: 5,9500 c /kwh Máximo: 10,2850 c /kwh Promedio: 6,8964 c /kwh Desviación estándar (σ): 1,9539 c /kwh Número de valores: Descripción de la solución técnica adoptada El esquema de funcionamiento planteado para el uso de biomasa se basa en el siguiente esquema: Se instala una nueva caldera de biomasa, que sirva como apoyo a la(s) caldera(s) ya existente(s), con el objetivo de sustituir completamente al combustible fósil. De esta manera, la instalación de biomasa funcionará como Sistema de Carga Base. La caldera actual queda como reserva para momentos puntuales (Sistema de Carga Punta), o en caso de averías en la caldera de biomasa. No tiene sentido hacer un gasto en eliminar los sistemas actuales, si pueden tener utilidad. La caldera de biomasa alimenta los circuitos y sistemas existentes en la actualidad, y trabajará a las mismas temperaturas. Página 55 de 428

56 Es importante destacar que los sistemas de biomasa hacen uso de un depósito de inercia, tal y como se explicará en el apartado de instalaciones hidráulicas. Esto condiciona su modo de funcionamiento, ya que la biomasa no es instantánea (como con los combustibles fósiles tradicionales), sino que la caldera de biomasa debe funcionar de manera lo más continua posible en el tiempo, ya que precisan de cierto tiempo para su arranque y paro, y no son instantáneos. Para el cálculo de las nuevas instalaciones se hará uso de la demanda térmica, y de los datos climatológicos, mediante el uso del programa RETscreen, a fin de determinar el sistema de biomasa más adecuado para cubrir la demanda térmica, a la vez que se maximiza la calidad (para que el mantenimiento a hacer sea mínimo) y se optimiza la inversión (los equipos de biomasa son caros). En los siguientes puntos se detallan los diferentes aspectos de la propuesta con biomasa Tipo de Biomasa Existen diferentes tipos de biomasa: Pélets. Residuos agroindustriales: Hueso de aceituna, cáscara de almendra, Astilla forestal. Astilla agrícola. La astilla es el tipo de biomasa (usualmente) más económico, aunque precisa de calderas y silos de combustibles específicos (tipo policombustible), lo que supone encarecer las instalaciones. Estos dos aspectos se compensan a partir de un consumo de energía alrededor de kwh/año, ya que entonces el incremento de coste en la instalación, se ve compensado con el ahorro de costes al emplear astilla. En el caso tipo analizado, con un consumo de kwh/año, es más favorable el uso de astilla. No obstante, en el último punto de este informe se analiza también el uso de pélets, y para diversos rangos de consumo energético. En general, se debe favorecer el uso de astilla como biomasa, por las numerosas ventajas que supone: Más económica Mayor potencial de desarrollo. Menor procesamiento: son trozos de madera triturados. Mayor incidencia en el empleo local. Página 56 de 428

57 Se pueden emplear diferentes tipos de biomasas locales: poda de encina, viñedo, olivar, almendros, etc. Sin embargo, el uso de astilla acarrea inconvenientes: Mayor incidencia de costes de transporte, al ser un combustible de baja densidad (250 Kg/ m 3 ) Calidad de las astillas: problemas por los impropios (tierras, piedras, trozos gruesos ). Mercado en desarrollo, escasez de proveedores. Las astillas se suelen descargar por gravedad, aunque a medio plazo se estima que se empezará a emplear la descarga neumática. En las siguientes imágenes se muestran los silos y el sistema de llenado del mismo por gravedad, que es el sistema más sencillo y extendido: Página 57 de 428

58 Instalación Hidráulica La nueva instalación de biomasa tendrá un depósito de inercia, para poder hacer frente a las demandas instantáneas de ACS, aparte de servir como almacenamiento intermedio para adecuar el funcionamiento de la caldera a las variaciones de la carga. Es importante tener claro que aunque las dos instalaciones (biomasa y combustible fósil) se van a conectar, el modo de trabajo es totalmente diferente: La caldera existente de combustible fósil tienen respuesta instantánea, por lo que las potencias suelen ser elevadas, y el número de horas de trabajo diarias reducidas. Las calderas de biomasa tienen una respuesta lenta (unos 30 minutos en ponerse a régimen o parar), por lo que las potencias deben ser reducidas, de manera que la caldera funcione de la manera más continua posible a lo largo del día, usando el depósito de inercia como elemento regulador de calor. En el siguiente esquema se observa la conexión de una caldera de biomasa con el equipo existente, conectados ambos en T, de manera que la caldera de biomasa funcione de forma prioritaria (equipo de carga base), y quedando el equipo de combustible fósil en reserva o para apoyo. El sistema de control gestiona el funcionamiento conjunto: Página 58 de 428

59 Depósito de almacenamiento de biomasa El silo de biomasa debe tener autonomía para al menos dos semanas de combustible, en este caso astillas. Al haber escogido el uso de astillas, el silo debe permitir este tipo de combustible, así como otros. Para ello, debe disponer de un sistema de removido del fondo del silo, de manera que se impida la formación de bóvedas, que representan problemas por falta de alimentación. En las siguientes imágenes se observan los removedores del fondo del silo, imprescindibles para el correcto funcionamiento con astillas: El sistema de llenado del silo será mediante gravedad, mediante camión volquete o piso móvil, lo que obliga a que el llenado del silo se haga desde su parte superior. Existe otra variante para el llenado del silo, que permite el uso de silos aéreos, pero llenados desde cotas más bajas. Un ejemplo de ello es el sistema mostrado: Sistema de carga vertical de silo Montaje fácil y rápido debido a entrega por módulos. Página 59 de 428

60 Posibilidad de equipar la tolva de recepción con ruedas, para desacoplarla después de la carga y guardarla en otro sitio. La parte de delante ajustable de la tolva de descarga permite la adaptación al borde del vehículo de descarga de astillas. La posibilidad de giro izquierda y derecha del disco de propulsión permite un llenado homogéneo del silo. Todos los motores tienes rendimientos > 90% y garantizan un funcionamiento eficiente. Caudal aprox. 45 m 3 /h. Asimismo, existe la opción de que la astilla se suministre con un sistema de descarga neumática, que permitirá llenar con facilidad silos de construcción aérea. En otras comunidades en España son cada vez más frecuentes. Para silos de gran volumen, se precisan suelos de tipo móvil. En el presente caso se hace necesario su elección, dado el gran volumen de consumo de biomasa. Silo con suelo móvil: este sistema se emplea con silos de elevada capacidad, donde el sistema de ballestas giratorias no es suficiente (el tamaño en planta máximo para las ballestas suele ser de 6 x 6 metros). A la izquierda se observa el sistema de suelo móvil, que se ocupa de llevar la biomasa hasta la parte inferior, donde se encuentran los tornillos sinfín que llevan la biomasa a las tres calderas. Este sistema es generalmente costoso, pero es la única solución para un silo de 4 x 12 metros en planta. A la derecha se puede ver el sistema de empujadores del suelo móvil, que posibilitan el movimiento de vaivén que desplazan las rasquetas del fondo, que desplazan la biomasa. Página 60 de 428

61 Tipo de Caldera La caldera a emplear deberá ser del tipo Policombustible, que permita usar astillas y otros tipos de biomasas. Asimismo, los equipos deben ser de altas prestaciones y bajo mantenimiento, de manera que su funcionamiento sea óptimo y se minimicen los costes de explotación y mantenimiento. Las calderas más avanzadas disponen de sistemas de control muy sofisticados, que garantizan un elevado rendimiento y prestaciones. Rendimiento muy alto, debido a su diseño interior y los sistemas de control. Consumo muy bajo. Automática: autogestiona su correcto funcionamiento. Limpieza automática de la ceniza del interior, no necesita intervención externa. Parrilla móvil, o sistema para evitar los problemas por suciedad, solidificación de cenizas, piedras, Policombustible: puede quemar astillas y otros tipos de biomasas. Almacenamiento de la ceniza en contenedor aparte. El aspecto exterior interior de estos equipos es el siguiente: Estas calderas disponen de sistemas de trasvase de biomasa desde el silo a la caldera (normalmente mediante tornillos sinfines), con los que se va alimentando el quemador (donde se produce la llama). Página 61 de 428

62 A la izquierda se observa una sección lateral de la caldera, pudiendo distinguir dos zonas claramente diferenciadas: a la derecha el Hogar donde se produce la combustión (y se retira la ceniza, a la Intercambiador de Calor, donde se transmite el calor al agua (en color azul), para lo que se hace circular los humos por unos tubos que atraviesan la masa de agua. En este caso, se denomina Pirotubular, porque es el humo el que se hace pasar por los tubos. Dentro de ellos se encuentran los turbuladores, que aumentan la superficie de contacto y con ello la eficiencia energética, y por otro lado retienen las cenizas volantes, que se depositan en la parte inferior. Las cenizas recogidas en el intercambiador de calor son más finas que las del hogar. En ambos suelen instalarse sistemas de retirada automática de cenizas. En la parte inferior de la caldera se disponen los sistemas de retirada automática de cenizas. El ajuste de potencia de la caldera es muy importante, ya que los equipos de biomasa son caros, y hay que ajustar al máximo para optimizar la rentabilidad económica del cliente. Asimismo, la propuesta se basa en dejar los equipos existentes en reserva, entrando como apoyo de la biomasa en caso de ser necesario (puntualmente) Funcionamiento del Sistema En la siguiente imagen se observa una visión de conjunto del silo de combustible (apto para astillas, tipo policombustible), la caldera, y los elementos de transporte automático de la biomasa. El sistema funciona de manera completamente automática, sin necesidad de intervención externa. Página 62 de 428

63 En la siguiente imagen se muestran las vistas en planta y alzado de una instalación de astillas: Página 63 de 428

64 Estudio Técnico-Económico Una vez definidas las bases del caso tipo y de la propuesta con biomasa a implementar, se analiza la viabilidad del uso de biomasa, desde el punto de vista técnico, económico y financiero Propuesta técnica Los datos que se emplean para el modelo técnico son los siguientes: Consumo energético anual: kwh/año Combustible fósil a comparar: gas natural, a un precio de 0,0595 /kwh (IVA incluido). Rendimiento térmico de los equipos: 90% (tanto para el combustible fósil como para biomasa), aunque es previsible que con la sustitución de las calderas de combustible fósil, se mejora la eficiencia energética, y que el ahorro sea mayor, aunque esto no se ha considerado en el estudio tipo. La potencia térmica existente en gas natural es de kw, según los datos promedio del grupo. El programa RETscreen tiene varias formas de calcular. Se ha optado por determinar la demanda energética, de manera que la suma de las necesidades de calefacción y del ACS sea el consumo energético de kwh. De esta manera, para el cálculo de la potencia se consideran tanto la demanda de calefacción como la de ACS, ya que la caldera de biomasa a instalar debe abastecer a ambos tipos de demanda: Página 64 de 428

65 Una vez establecida la demanda térmica, se determina la potencia térmica en biomasa necesaria para abastecerla, que se cifra en kw. Con ello se abastece al 100% de la demanda térmica. Con respecto al ciclo de trabajo de la caldera, se calculan las horas de trabajo en un año: Potencia de consumo de biomasa = / 0,9 = 2.333,3 kw Horas de trabajo = energía / potencia = kwh/año / 2.333,3 kw = h/año La caldera de biomasa trabajará un total de horas a lo largo de un año, calculadas como equivalentes a plena potencia (habría que sumar los tiempos de arranque y parada). Con respecto al ciclo de trabajo máximo diario (en invierno, campaña de calefacción): Calefacción: kwh/año / 5 meses / 30 días = kwh/día ACS: kwh/año / 12 meses / 30 días = kwh/día Total consumo diario punta: kwh/día Ciclo de trabajo punta: kwh/día / 2.333,3 kw = 10,79 h/día Página 65 de 428

66 En punta, la caldera de biomasa trabajará un máximo de 10,79 horas diarias (equivalentes a plena potencia), sobre un máximo de 24 horas disponibles. Esta carga es perfectamente asumible para una caldera de biomasa de altas prestaciones. Con ello, se deja cerrada la elección de la potencia de la caldera de biomasa, que es uno de los aspectos más importantes para realizar un buen diseño. Con respecto a la capacidad del silo, se ha considerado uno con dimensiones 15 x 8 m 2 (en planta) y 5 metros de altura, lo que hace un volumen total de 600 m 3, y en el caso de astilla una capacidad útil de 450 m 3 (descontando los espacios no ocupados), que supone una capacidad de 113 Tms. Esta es la cantidad que puede llevar tres camiones de astilla. El consumo anual de biomasa es de Tms/año, lo que implicará 10 recargas anuales, lo que representa una autonomía del silo de dos semanas, que es el tiempo entre recargas durante el invierno. Hay que estar atentos para que el silo nunca se quede sin biomasa. Dada la necesidad de gran volumen para el silo, se hace necesario que sea de tipo suelo móvil Inversión necesaria Con respecto a la inversión, se ha considerado un ratio de 275 /kw de potencia instalada (IVA no incluido), que es un ratio empírico para el caso de calderas de biomasa de alta gama y de elevada potencia (2.100 kw en este caso). Como la potencia a instalar es de kw, el coste total se estima en kw x 275 /kw = (sin IVA), que añadiendo el IVA del 21% asciende a Las partes de que consta dicho presupuesto son: Página 66 de 428

67 Inversión % Equipos principales (caldera de biomasa y tanques de inercia) % Obra civil: fundamentalmente el silo de biomasa y sala de calderas % Instalaciones: instalación hidráulica, elementos de la instalación (bombas ), salida de humos, instalación eléctrica, etc. Otros: legalización, imprevistos TOTAL % % Esta inversión es una estimación, y en cada caso se deberá hacer un estudio detallado, ya que puede haber elementos existentes que se pueden aprovechar (obra civil, bombas, depósitos de inercia, etc.) Estudio económico Se ha tomado como dato de consumo de combustible fósil (gas natural) kwh/año. En cuanto al precio, se ha estimado 0,0595 /kwh (IVA incluido). El coste de gas natural es de /año, y la biomasa equivalente (astillas de biomasa a 75 /Tm más IVA) asciende a /año, lo que representa un ahorro de costes de /año. A este ahorro se le debe descontar el mantenimiento y las inversiones a realizar, para obtener la viabilidad económica. Los costes de mantenimiento revisiones de los servicios técnicos autorizados (STA), se estiman en /año con los combustibles fósiles, y en el caso de los equipos de biomasa. El gran ahorro generado permite pagar el cambio a biomasa mediante el ahorro producido, para lo que se puede solicitar un crédito bancario, de manera que el cliente no deba hacer inversiones iniciales, sino que las nuevas instalaciones de biomasa se paguen con el ahorro generado. Las condiciones finales dependen del análisis que se haga del cliente por parte de la entidad financiera. Página 67 de 428

68 Otra opción de realizar este cambio es mediante la participación de Empresas de Servicios Energéticos (ESEs), que no suponen endeudarse al usuario, aunque el ahorro obtenido se reduce. En todo caso, el elevado ahorro generado posibilita varias opciones para el cambio a biomasa, y se debe estudiar en cada caso la opción más viable. Se debe destacar que la vida útil para este tipo de calderas e instalaciones es de 20 años Análisis financiero Se pueden plantear tiempos de devolución del préstanos mayores (hasta 12 años), lo que implicaría unos intereses mayores. En este caso se considera un periodo reducido de 7 años. Asimismo, se debe tener en cuenta que el interés a pagar dependerá de la solvencia económica del usuario final. A mayor solvencia, menor interés, y por tanto mejores resultados. En la siguiente imagen se muestran los resultados generados por RETscreen: Página 68 de 428

69 Se observa que los ratios financieros son positivos: La TIR (Tasa Interna de Retorno) representa la rentabilidad de la inversión realizada, del 11,4%. La instalación se paga con el ahorro producido en 4,7 años. La instalación se paga con el ahorro generado, admitiendo un plazo de préstamo de 7 años. En la siguiente gráfica se observan los costes de energía con gas natural (izquierda), al usar biomasa (derecha), y el ahorro resultante tras obtener un crédito para 7 años, por el total de las inversiones a realizar (centro), incluyendo los costes de mantenimiento externo: Se observa como durante el periodo de devolución del crédito, el ahorro generado lo paga, y además deja un ahorro adicional de /año. Esto sucedería los años 1 a 7. Una vez devuelto el crédito, a partir del año 8, el ahorro generado sería de /año. Al finalizar el plazo del crédito, las instalaciones pasan a propiedad del cliente, tras aportar el valor residual que se acuerde con la entidad financiera, normalmente un valor muy reducido y casi simbólico. Página 69 de 428

70 En la gráfica de flujo de caja acumulado, se observa que tras quince años de funcionamiento, se ahorran más de , lo que incluye el haber pagado completamente la nueva instalación mediante el crédito solicitado: La clave de la viabilidad de la operación será la formalización del crédito, que permita pagar las nuevas instalaciones con el ahorro producido, sin que el usuario tenga que hacer inversión alguna Efectos sobre el medio ambiente En cuanto a las emisiones de GEI (gases de efecto invernadero, como el CO 2 ), el uso de biomasa tiene efectos equivalentes a 76,0 Has de bosque absorbiendo carbón. Este es el efecto equivalente a la reducción de emisiones de GEI en 826,3 Tms/año: Análisis de Emisiones Emisiones GEI Caso base tco2 826,3 Caso propuesto tco2 Reducción anual bruta de emisiones GEI tco2 826,3 Derechos de transacción por créditos GEI % Reducción de emisiones GEI anual neta tco2 826, Comparativo de costes según combustibles Aparte de la comparativa entre gasóleo y biomasa (astillas), se realiza un comparativo con las restantes fuentes de energía fósil: gas propano y gas natural. Los precios unitarios (en c /kwh) para cada fuente de energía son los siguientes: Página 70 de 428

71 Realizando el análisis de viabilidad económico a 15 años, con la solicitud de un crédito a 5 años, se pueden representar las curvas de gasto acumulado: Página 71 de 428

72 Se observa que la viabilidad del cambio a biomasa es elevada en los casos de Gasóleo y Gas Propano, ya que se puede solicitar un crédito a 5 años que se paga con el ahorro, y a pesar de ello se dispone de un ahorro adicional (la diferencia entre curvas). Sin embargo, en el caso de Gas Natural, se observa que la viabilidad del cambio es escasa, ya que tiene un coste mucho más ajustado. La necesidad de hacer una nueva instalación de biomasa lastra la viabilidad de esta alternativa. Por ello, se concluye que la biomasa es la alternativa más interesante cuando no existe gas natural disponible. En la siguiente imagen se muestran los desembolsos en todos los casos, tras 20 años de operación: Conclusiones Una vez analizado el caso tipo, así como los datos sobre diversos casos en el sector, se pueden obtener una serie de conclusiones, válidas para poder tomar decisiones sobre el uso de biomasa en instalaciones de este grupo Resumen de los casos analizados Una vez analizado el caso tipo, se pueden extrapolar resultados para la totalidad de instalaciones del grupo de Hospitales. Página 72 de 428

73 En primer lugar, se puede analizar el ahorro que se puede obtener en el caso de extender al resto de casos el uso de biomasa. Se analizan los ahorros obtenidos, tanto en el caso de astillas como de pélets, así como las cantidades de biomasa necesarias. PROPUESTA ASTILLA PROPUESTA PÉLET Instalación TMS COSTE AHORRO TMS COSTE AHORRO Hospital Hospital Hospital Hospital Hospital Hospital Hospital Hospital Hospital Hospital Las cifras conjuntas para el grupo, en caso de extender el uso de biomasa, serían: ASTILLAS: Tms/año Precio de las astillas (IVA incluido del 21%): 91 /Tm Ahorro de costes: /año Los ahorros oscilan entre el 47,9% (gas natural) y el 78,0% (gas propano) PÉLETS: Tms/año Precio de los pélets (IVA incluido del 21%): 242 /Tm Ahorro de costes: /año Los ahorros oscilan entre el 11,6% (gas natural) y el 62,7% (gas propano) Por otro lado, se analiza la factibilidad de que el cambio a biomasa se realice mediante Empresas de Servicios Energéticos (ESEs), que se ocupan de realizar las inversiones, asumiendo un contrato de venta de energía (calor) por un periodo entre 7 y 12 años, usualmente 10. Las opción de ESEs es especialmente interesante en el caso de la administración pública, aunque existe una limitación, ya que sólo es asumible en aquellos casos en el consumo energético sea menor de una cierta cantidad (normalmente se considera kwh/año como mínimo), así como un Página 73 de 428

74 coste energético mínimo determinado (se considera 8 c /kwh, descartando con ello los casos de gas natural, como antes se ha comprobado). Poniendo estos factores en una tabla, se determinan el número de casos en los que se cumplen ambos factores simultáneamente: INTERESANTE PARA ESE Instalación Consumo Precio Total Hospital Hospital Hospital Hospital Hospital ,0% Hospital Hospital Hospital Hospital Hospital Se marca con 1 en caso de que se cumpla la condición, o 0 cuando no lo cumple. Se obtienen los siguientes resultados: Casos interesantes por consumo energético: 9 Casos interesantes por coste de energía: 3 Casos interesantes ambas condiciones: 3 Por tanto, sería factible el cambio a biomasa mediante ESEs en 3 de los 10 casos. Esto supone el 30,0% de los casos analizados. En los casos con gas natural no es factible el cambio a biomasa, al menos con razones económicas. En los restantes casos, es factible el cambio a biomasa, mediante la fórmula de ESEs. Para ello se debe estudiar cada caso concreto, y realizar un diálogo con las empresas que puedan llevar a cabo ese cambio, a fin de encontrar líneas de colaboración y entendimiento. En este sentido, las ESEs están encontrando soluciones muy dinámicas, y es un sector en continua evolución. En total, es factible el cambio a biomasa en 3 de los 10 casos estudiados, esto es, un 30,0% de los casos. Página 74 de 428

75 6.2. Grupo Centros de Salud Instalaciones en el estudio: 31 Página 75 de 428

76 Datos generales del grupo Los Centros de Salud disponen de las siguientes características comunes: Tipo de edificación: en bloque y concentrado, con preponderancia de estancias para las consultas médicas, y zonas comunes. Uso: residencial, en horario intensivo durante la mañana, y urgencias por la tarde (en algunos casos). Ubicación: suelen estar situadas en el casco urbano, no siendo habitual la presencia de gas natural. Muchos centros en entornos rurales. Consumo de Energía: Tienen consumo de calor durante los meses de invierno, para los siguientes usos: o Calefacción: unos 5-6 meses al año, representando un 100% del consumo anual. El consumo es medio, debido a que sólo se calefactan las estancias y zonas comunes en horario de mañana, y de lunes a viernes. Se suele disponer de zona de urgencias. Ocupación: de lunes a viernes, en jornada de mañana. o o o 22 días al mes horas al día. 12 meses al año. Para poder caracterizar el grupo se han obtenido datos de varias instalaciones en Extremadura (31 centros de salud), con los que se ha determinado un caso tipo, un rango de consumos energéticos, y con todo ello se han establecido unos rangos para poder tomar decisiones respecto a las instalaciones del sector. El esquema de principio empleado en la actualidad es el siguiente: Página 76 de 428

77 Con respecto a los datos de consumo de energía en la actualidad, indicando el tipo de combustible fósil empleado, su consumo anual y el valor del consumo energético anual en kwh/año, los datos disponibles son: Instalación Gasoil (l/año) Propano GN (kg/año) (m 3 /año) CONSUMO ENERGÍA Gasoil (Kwh/año) Propano (Kwh/año) GN (Kwh/año) (Kwh/año) Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Con respecto a la intensidad del consumo de energía y las potencias instaladas en la actualidad, los datos disponibles son los siguientes: Página 77 de 428

78 Instalación Combustible KW MESES D/M % CALEFACCIÓN ACS TOTAL H PP/DÍA KW MESES D/M % H PP/DÍA Centro de Salud 1 Gasoleo % 4, ,6 Centro de Salud 2 Gasoleo 136, % 9, ,3 Centro de Salud 3 Gasóleo 116, % 5, % 1, ,6 Centro de Salud 4 Gasoleo % 9, ,9 Centro de Salud 5 Gasoleo 217, % 4, ,1 Centro de Salud 6 Gas natural % 3, ,1 Centro de Salud 7 Gasóleo % 8,6 50 8,6 Centro de Salud 8 Gasoleo % 7,8 70 7,8 Centro de Salud 9 Gasóleo 81, % 3,3 81 3,3 Centro de Salud 10 Gasóleo % 2, ,5 Centro de Salud 11 Gas natural % 5, % 1, ,6 Centro de Salud 12 Gasoleo 185, % 6, ,8 Centro de Salud 13 Gasoleo 116, % 3,5 26, % 0, ,2 Centro de Salud 14 Gasoleo 151, % 3, ,7 Centro de Salud 15 Gasoleo % 5, ,6 Centro de Salud 16 Gasóleo % 3,8 70 3,8 Centro de Salud 17 Gasoleo 81, % 5,6 81 5,6 Centro de Salud 18 Gasóleo % 10,7 32, % 2, ,9 Centro de Salud 19 Gasoleo % 9,5 60 9,5 Centro de Salud 20 Gasoleo % 7, ,4 Centro de Salud 21 Gas Natural % 2, ,8 Centro de Salud 22 Gasoleo % 6,7 80 6,7 Centro de Salud 23 Gasoleo 129, % 4, ,6 Centro de Salud 24 Gasoleo 151, % 3, ,6 Centro de Salud 25 Gasoleo % 4, ,0 Centro de Salud 26 Gasoleo % 1, % 0, ,3 Centro de Salud 27 Gasóleo % 5,7 53 5,7 Centro de Salud 28 Gasóleo % 5,4 41 5,4 Centro de Salud 29 Gasóleo % 5, % 1, ,9 Centro de Salud 30 Gasóleo 116, % 5, ,2 Centro de Salud 31 Gasoleo % 3, Se ha estimado el porcentaje de consumo en usos de calefacción en un 100%. KW H PP/DÍA Junto con el ciclo de trabajo de la demanda térmica, se ha estimado la carga de trabajo de las calderas existentes, en la forma de HORAS DE TRABAJO A PLENA POTENCIA DE LAS CALDERAS CADA DÍA (h PP/día), que sirve para estimar la carga de trabajo de las calderas y el grado de sobredimensionado de las mismas (muy habitual en calderas de combustible fósil, que se dimensionan por potencia instantánea). Se observa que la mayor parte de las instalaciones disponen de calderas que trabajan entre 3 y 7 horas al día. Para calcular esto, se hace uso: t (tiempo en horas) = E (energía en kwh) / P (potencia en kw) La curva de consumo energético para una instalación tipo tiene una forma similar a la siguiente (se muestra un ejemplo con consumo de ACS): Página 78 de 428

79 Se observa que este tipo de instalaciones tiene consumo energético durante los meses de invierno. Se ha considerado para el Caso Tipo que el 100% del consumo energético es para calefacción. Con respecto al combustible fósil empleado en la actualidad, se observa el siguiente reparto: Combustible Nº % Gasóleo 28 90,3% Gas Propano 0 - Gas Natural 3 9,7% Otros Datos técnicos del caso tipo Se establecen las características del caso tipo, a partir del conjunto de datos del total de usuarios, a partir de un análisis estadístico de los datos existentes. Con ello se establece un caso que debe ser representativo del sector, al representar a un número importante de instalaciones. Página 79 de 428

80 Consumo Energético El parámetro fundamental que determina el caso tipo es el consumo energético a lo largo de un año, medido en kwh/año. Se ha efectuado un análisis estadístico de los datos, con los siguientes resultados: Número de valores: 31 Mínimo: kwh/año Máximo: kwh/año Media aritmética (µ): kwh/año Desviación estándar (σ): kwh/año Se observa que hay un valor muy discordante con los demás, lo que hace aumentar el valor de la desviación estándar. Los dos últimos parámetros se calculan de acuerdo con la distribución de campana de Gauss, que representa la distribución normal de una muestra: Página 80 de 428

81 De acuerdo con la distribución normal, el 68,26% de los valores de consumo energético se encuentran entre los valores de: ( µ σ ) = = kwh/año ( µ + σ ) = = kwh/año Como caso tipo representativo, se adopta como significativo el valor de kwh/año, que es el valor promedio obtenido. Para el total de 31 instalaciones, el consumo de energía conjunto asciende a kwh/año, con el siguiente desglose: Gasóleo: kwh/año 87,6% Gas propano: 0 kwh/año 0% Gas natural: kwh/año 12,4% Tipo de Combustible Del total de 31 casos de los que se disponen de datos, en cuanto al tipo de combustible empleado en la actualidad se observa que el gasóleo es el más frecuente, al estar presente en el 90,3% de los 31 casos analizados. En el estudio de viabilidad se ofrecerá un comparativo del coste de energía respecto de las tres opciones de combustibles fósiles: gasóleo, gas natural y gas propano. Se ha efectuado un análisis estadístico del precio unitario de la energía (en c /kwh, los kwh se miden en PCI - Poder Calorífico Inferior), con los siguientes resultados: Página 81 de 428

82 Mínimo: 5,9500 c /kwh Máximo: 10,2850 c /kwh Promedio: 9,7482 c /kwh Desviación estándar (σ): 1,3028 c /kwh Número de valores: Descripción de la solución técnica adoptada El esquema de funcionamiento planteado para el uso de biomasa se basa en el siguiente esquema: Página 82 de 428

83 Se instala una nueva caldera de biomasa, que sirva como apoyo a la(s) caldera(s) ya existente(s), con el objetivo de sustituir completamente al combustible fósil. De esta manera, la instalación de biomasa funcionará como Sistema Carga Base. La caldera actual queda como reserva para momentos puntuales (Sistema Carga Punta), o en caso de averías en la caldera de biomasa. No tiene sentido hacer un gasto en eliminar los sistemas actuales, si pueden tener utilidad. La caldera de biomasa alimenta los circuitos y sistemas existentes en la actualidad, y trabajará a las mismas temperaturas. Es importante destacar que los sistemas de biomasa hacen uso de un deposito de inercia, tal y como se explicará en el apartado de instalaciones hidráulicas. Esto condiciona su modo de funcionamiento, ya que la biomasa no es instantánea (como con los combustibles fósiles tradicionales), sino que la caldera de biomasa debe funcionar de manera lo más continua posible en el tiempo, ya que precisan de cierto tiempo para su arranque y paro, y no son instantáneos. Para el cálculo de las nuevas instalaciones se hará uso de la demanda térmica, y de los datos climatológicos, mediante el uso del programa RETscreen, a fin de determinar el sistema de biomasa más adecuado para cubrir la demanda térmica, a la vez que se maximiza la calidad (para que el mantenimiento a hacer sea mínimo) y se optimiza la inversión (los equipos de biomasa son caros) Tipo de Biomasa En el caso tipo analizado, con un consumo de kwh/año, es más favorable el uso de pélets mediante una caldera específica, instalada en paralelo con la caldera de combustible fósil existente en la actualidad. Este tipo de equipos también pueden emplear hueso de aceituna, aunque depende de cada modelo y marca, no siendo una solución estándar. Por ello, el análisis se ciñe al uso de pélets. Los pélets se suelen descargar por los siguientes métodos: Descarga neumática, mediante aire a presión y mangueras de hasta 30 metros Y alturas de 6 metros, con cargas de unas 20 Página 83 de 428

84 Tms, mediante camiones cisterna especiales. El coste del porte es relativamente caro, aunque se empieza a extender. Es un sistema muy extendido para el llenado de silos, principalmente de pélet y hueso de aceituna, esto es, combustibles con altas densidades (más de 500 Kg/ m 3 ) y que tengan formas redondeadas o sin aristas. Camión de piensos, mediante tornillo sinfín. Se pueden llevar desde 5 Tms hasta 25 Tms, según los compartimientos internos del camión que se llenen. Coste intermedio. Este tipo de transporte es una alternativa a la descarga neumática, normalmente más económica, pero que impone como limitante que al realizarse mediante un sinfín rígido, el camión tiene que tener acceso a la boca de llenado del silo, y eso no siempre sucede. El sinfín se puede mover en todas direcciones, pero no es flexible sino rígido, y eso condiciones la ubicación del silo. Permite cargar a cierta altura, y solo necesita una abertura donde meter el tubo de la boca Big bags, en el caso de pequeñas cargas (cada big bag hace 1 Tm), aunque precisa un equipo para poder moverlo, como un toro mecánico o una transpaleta Instalación Hidráulica La nueva instalación de biomasa tendrá las mismas características que la expuesta en el apartado Depósito de almacenamiento de biomasa Se describen las características que debe tener un silo para pélets (biomasa tipo granulado), así como diferentes formas de llevarlo a cabo. Lo habitual es que esté dotado de un sistema de llenado por descarga neumática, que es el sistema más habitual. A nivel general, un silo de biomasa para descarga neumática tiene los siguientes elementos: sistema de llenado (bocas neumáticas), y un sistema de acceso al silo (en este caso, mediante una puerta con tablones escamoteables, de manera que al abrir la puerta no se salga el combustible) Página 84 de 428

85 succión para un sistema neumático). Silo granulados (pélet, hueso aceituna, etc.): en este tipo de silos, el fondo del mismo suele tener forma de tejado invertido, de manera que se dirige la biomasa hasta el espacio central, a fin de mejorar la recogida por los sistemas que lo llevan hasta la caldera (en este caso, unas bocas de Silo con ballestas (imprescindible para astillas): este tipo de silo es imprescindible para el caso de uso de astillas y otras biomasas de baja densidad. El sistema de ballestas mueve toda la biomasa del fondo (que es una rampa inclinada), de manera que los tornillos de alimentación a la caldera nunca dejan de tener biomasa. Esto es debido a que la astilla genera BOVEDAS, y la ballesta se ocupa de romperlas y mover la biomasa del fondo. También se puede usar con pélets. Silo con sinfín plano: se puede usar un sinfín plano que recorra todo el fondo, de manera que se consuma toda la biomasa por igual. Este sistema es muy robusto, tanto con pélets como con hueso de aceituna. A la izquierda y abajo se pueden ver unas imágenes del interior de este tipo de silos. El principal problema que tienen es que el tornillo sinfín debe ser suficientemente rígido para soportar todo el par motor, y que no se rompa de manera indeseada. Página 85 de 428

86 Silo neumático con tres Tomas: este tipo de silo se emplea como alternativa al sinfín plano, a fin de evitar longitudes excesivas, que pueden ocasionar problemas de funcionamiento. Para ello, en el fondo se instalan unos succionadores, que acarrean la biomasa mediante aire comprimido hasta la caldera, que dispone de un depósito pulmón que se llena de esta manera. En las siguientes imágenes se observan detalles de su montaje: Silo con sinfín y Neumático: los sistemas mostrados hasta ahora por lo general permiten sistemas mixtos, que mezclen diferentes sistemas, siempre que sea preciso hacer uso de soluciones especiales. En el caso de la derecha, debido a la puerta del silo, se ha optado por un sistema con sinfín plano en el fondo, que pasa a un sistema neumático para poder pasar la puerta. Página 86 de 428

87 Silo textil o Big-Bag: a nivel doméstico, es habitual emplear silos textiles e incluso big bags como silos. El sistema de transporte a la caldera puede ser neumático (como el de la imagen) o mediante tornillo sinfín. Silo subterráneo: un tipo de sistema, no muy extendido en España, son los silos enterrados, de manera que no se ocupa espacio en el interior de la casa. Estos silos están prefabricados en materiales como poliéster, y están preparados para ser llenado mediante camión neumático (ver las dos bocas de carga). A la izquierda se observa el sistema de transporte de la biomasa desde el silo hasta la caldera, mediante el sistema neumático. El silo se suele ubicar en la zona verde de la casa, de manera que sea fácil su llenado y no ocupe espacio útil. Silo vertical: a la hora de emplear biomasa densas, como el pélet o hueso de aceituna, es posible emplear silos tipo granja, que suelen ser de poliéster, que pueden ser una opción interesante por su coste y por su mínima necesidad de superficie. Se llenan mediante camión de piensos, y estáticamente llaman mucho la atención, tienen un alto impacto visual. Pero es una solución económica, robusta, que ocupa poco espacio en planta, y se puede instalar en el exterior. Página 87 de 428

88 Tipo de Caldera La caldera a emplear deberá ser del tipo PÉLET, que están diseñados para usar pélets, aunque en algunos casos se pueden emplear otros tipos de biomasas granuladas, como hueso de aceituna (aunque se debe consultar en cada caso, para comprobar si se puede incumplir la garantía del fabricante). Asimismo, los equipos deben ser de altas prestaciones y bajo mantenimiento, de manera que su funcionamiento sea óptimo y se minimicen los costes de explotación y mantenimiento. Las calderas más avanzadas disponen de sistemas de control muy sofisticados, que garantizan un elevado rendimiento y prestaciones. Rendimiento muy alto, debido a su diseño interior y los sistemas de control. Consumo muy bajo. Automática: autogestiona su correcto funcionamiento. Limpieza automática de la ceniza del interior, no necesita intervención externa. Sistema de autolimpieza de la zona de combustión. Parrilla vibrante u oscilante, o sistema para evitar los problemas por suciedad, solidificación de cenizas, Pélets: se debe emplear pélets, que es el combustible para el que están pensadas. No se pueden usar astillas. Almacenamiento de la ceniza en contenedor aparte. El aspecto exterior e interior de estos equipos es el siguiente: Página 88 de 428

89 Estas calderas disponen de sistemas de trasvase de biomasa desde el silo a la caldera (normalmente mediante tornillos sinfines), con los que se va alimentando el quemador (donde se produce la llama). A la izquierda se observa una sección lateral de la caldera, pudiendo distinguir dos zonas claramente diferenciadas: a la derecha el Hogar donde se produce la combustión (y se retira la ceniza, a la vez que se genera), y a la izquierda el Intercambiador de calor, donde se transmite el calor al agua (en color azul), para lo que se hace circular los humos por unos tubos que atraviesan la masa de agua. En este caso, se denomina Pirotubular, porque es el humo el que se hace pasar por los tubos. Dentro de ellos se encuentran los Turbuladores, que aumentan la superficie de contacto y con ello la eficiencia energética, y por otro lado retienen las cenizas volantes, que se depositan en la parte inferior. Las cenizas recogidas en el intercambiador de calor son más finas que las del hogar. En ambos suelen instalarse sistemas de retirada automática de cenizas. En la parte inferior de la caldera se disponen los sistemas de retirada automática de cenizas. El ajuste de potencia de la caldera es muy importante, ya que los equipos de biomasa son caros, y hay que ajustar al máximo para optimizar la rentabilidad económica del cliente. Asimismo, la propuesta se basa en dejar los equipos existentes en reserva, entrando como apoyo de la biomasa en caso de ser necesario (puntualmente) Funcionamiento del Sistema En la siguiente imagen se observa una visión de conjunto del silo de combustible (apto para pélets), la caldera, y los elementos de transporte automático de la biomasa. El sistema funciona de manera completamente automática, sin necesidad de intervención externa. Página 89 de 428

90 Estudio Técnico-Económico Una vez definidas las bases del caso tipo y de la propuesta con biomasa a implementar, se analiza la viabilidad del uso de biomasa, desde el punto de vista técnico, económico y financiero Propuesta técnica Los datos que se emplean para el modelo técnico son los siguientes: Consumo energético anual: kwh/año Ponderación del ACS en el total del consumo energético: 0%. Sólo para calefacción en temporada de invierno (5 meses al año). Combustible fósil a comparar: gasóleo, a un precio de 1,029 /litro (IVA incluido), y un poder calorífico (PCI) de 10 kwh/litro. Rendimiento térmico de los equipos: 90% (tanto para el combustible fósil como para biomasa), aunque es previsible que con la sustitución de las calderas de combustible fósil se mejora la eficiencia energética, y que el ahorro sea mayor, aunque esto no se ha considerado en el estudio tipo. La potencia térmica existente en gasóleo es de 130 kw, según los datos promedio del grupo. El programa RETscreen tiene varias formas de calcular. Se ha optado por determinar la demanda energética, de manera que la suma de las necesidades de calefacción y del ACS sea el consumo energético de kwh, que en el caso de gasóleo supone el consumo de litros/año. De esta manera, para el cálculo de la potencia se consideran tanto la demanda de calefacción como la de ACS, ya que la caldera de biomasa a instalar debe abastecer a ambos tipos de demanda: Página 90 de 428

91 Una vez establecida la demanda térmica, se determina la potencia térmica en biomasa necesaria para abastecerla, que cifra en un mínimo de 58,1 kw, frente a los 130 kw instalados en gasóleo (que suponen un 223,6% de la potencia realmente necesaria). Es muy usual la existencia de potencias muy sobredimensionadas, lo que provoca que el número de horas que trabajen al día sea reducido (ver más detalles en el apartado 2, donde se analizan las instalaciones de las que se disponen datos), frente al total disponible para funcionar, que es de 24 horas al día. Por ello, se establece la potencia necesaria en biomasa, de 60 kw, que es el valor de la potencia útil. Con ello se abastece al 100% de la demanda térmica. Con respecto al ciclo de trabajo de la caldera, se calculan las horas de trabajo en un año: Potencia de consumo de biomasa = 60/0,9 = 66,7 kw Horas trabajo = energía / potencia = kwh/año / 66,7 kw = h/año La caldera de biomasa trabajará un total de horas a lo largo de un año, calculadas como equivalentes a plena potencia (habría que sumar los tiempos de arranque y parada). Con respecto al ciclo de trabajo máximo diario (en invierno, campaña de calefacción): Calefacción: kwh/año / 5 meses / 22 días = 933 kwh/día Total consumo diario: 933 kwh/día Página 91 de 428

92 Ciclo de trabajo promedio: 933 kwh/día / 66,7 kw = 13,9 h/día En punta, la caldera de biomasa trabajará un máximo de 13,9 horas diarias (equivalentes a plena potencia), sobre un máximo de 24 horas disponibles. Esta carga es perfectamente asumible para una caldera de biomasa de altas prestaciones. Además, sería conveniente hacer trabajar a la caldera en el fin de semana, para que la temperatura del edificio no bajase, y por tanto el funcionamiento a principios de semana fuera menos intensivo. Con ello se optimiza el funcionamiento de la caldera. Con ello, se deja cerrada la elección de la potencia de la caldera de biomasa, que es uno de los aspectos más importantes para realizar un buen diseño. Con respecto a la capacidad del silo, se ha considerado uno con dimensiones 4 x 4 m 2 (en planta) y 3 metros de altura, lo que hace un volumen total de 48 m 3, y en el caso de astilla una capacidad útil de 36 m 3 (descontando los espacios no ocupados), que supone una capacidad de 23,4 Tms. Esta es la cantidad que puede llevar un camión de descarga neumática. El consumo anual de biomasa es de 21,9 Tms/año, lo que implicará 1 recarga anual, lo que representa una autonomía del silo de un año entero, que es el tiempo entre recargas. Hay que estar atentos para que el silo nunca se quede sin biomasa. NOTA: Se debe destacar que en caso de haber escogido la potencia de 130 kw para biomasa, hubiera supuesto varios importantes inconvenientes: Importante encarecimiento, ya que las calderas de biomasa son elementos muy costoso, y a más potencia más coste, de manera más o menos proporcional. La caldera funcionaría mucho peor, al arrancar y parar continuamente, generando más ensuciamiento en el interior, más cenizas, y más humo visible por chimenea Inversión necesaria Con respecto a la inversión, se ha considerado un ratio de 300 /kw de potencia instalada (IVA no incluido), que es un ratio empírico para el caso de calderas de pélets de alta gama. Como la potencia a instalar es de 60 kw, el coste total se estima en 60 kw x 300 /kw = (sin IVA), que añadiendo el IVA del 21% asciende a Las partes de que consta dicho presupuesto son: Página 92 de 428

93 Inversión % Equipos principales (caldera de biomasa y tanques de inercia) % Obra civil: fundamentalmente el silo de biomasa y sala de calderas % Instalaciones: instalación hidráulica, elementos de la instalación (bombas ), salida de humos, instalación eléctrica, etc. Otros: legalización, imprevistos TOTAL % % Esta inversión es una estimación, y en cada caso se deberá hacer un estudio detallado, ya que puede haber elementos existentes que se pueden aprovechar (obra civil, bombas, depósitos de inercia, etc.) Estudio económico Se ha tomado como dato de consumo de combustible fósil (gasóleo) litros/año. En cuanto al precio, se ha estimado 1,029 /litro (IVA incluido). El coste de gasóleo es de /año, y la biomasa equivalente (pélets a 242 /Tm) asciende a /año, lo que representa un ahorro de costes de /año. A este ahorro se le debe descontar el mantenimiento y las inversiones a realizar, para obtener la viabilidad económica. Los costes de mantenimiento revisiones de los servicios técnicos autorizados (STA), se estiman en 400 /año con los combustibles fósiles, y 800 en el caso de los equipos de biomasa. El gran ahorro generado permite pagar el cambio a biomasa mediante el ahorro producido, para lo que se puede solicitar un crédito bancario, de manera que el cliente no deba hacer inversiones iniciales, sino que las nuevas instalaciones de biomasa se paguen con el ahorro generado. Las condiciones finales dependen del análisis que se haga del cliente por parte de la entidad financiera. Otra opción de realizar este cambio es mediante la participación de Empresas de Servicios Energéticos (ESEs), que no suponen endeudarse al usuario, aunque el ahorro obtenido se reduce. Página 93 de 428

94 En todo caso, el elevado ahorro generado posibilita varias opciones para el cambio a biomasa, y se debe estudiar en cada caso la opción más viable. Se debe destacar que la vida útil para este tipo de calderas e instalaciones es de 20 años Análisis financiero Se pueden plantear tiempos de devolución del préstamos mayores (hasta 12 años), lo que implicaría unos intereses mayores. En este caso se considera un periodo reducido de 7 años. Asimismo, se debe tener en cuenta que el interés a pagar dependerá de la solvencia económica del usuario final. A mayor solvencia, menor interés, y por tanto mejores resultados. En la siguiente imagen se muestran los resultados generados por RETscreen: Se observa que los ratios financieros son positivos: La TIR (Tasa Interna de Retorno) representa la rentabilidad de la inversión realizada, del 12,5%. La instalación se paga con el ahorro producido en 4,5 años. Página 94 de 428

95 La instalación se paga con el ahorro generado, admitiendo un plazo de préstamo de 7 años. En la siguiente gráfica se observan los costes de energía con gasóleo (izquierda), al usar biomasa (derecha), y el ahorro resultante tras obtener un crédito para 5 años, por el total de las inversiones a realizar (centro), incluyendo los costes de mantenimiento externo: Se observa como durante el periodo de devolución del crédito, el ahorro generado lo paga, y además deja un ahorro adicional de /año. Esto sucedería los años 1 a 7. Una vez devuelto el crédito, a partir del año 8, el ahorro generado sería de /año. Al finalizar el plazo del crédito, las instalaciones pasan a propiedad del cliente, tras aportar el valor residual que se acuerde con la entidad financiera, normalmente un valor muy reducido y casi simbólico. En la gráfica de flujo de caja acumulado, se observa que tras quince años de funcionamiento, se ahorran más de , lo que incluye el haber pagado completamente la nueva instalación mediante el crédito solicitado: Página 95 de 428

96 La clave de la viabilidad de la operación será la formalización del crédito, que permita pagar las nuevas instalaciones con el ahorro producido, sin que el usuario tenga que hacer inversión alguna Efectos sobre el medio ambiente En cuanto a las emisiones de GEI (gases de efecto invernadero, como el CO2), el uso de biomasa tiene efectos equivalentes a 2,5 Has de bosque absorbiendo carbón. Este es el efecto equivalente a la reducción de emisiones de GEI en 27,5 Tms/año: Análisis de Emisiones Emisiones GEI Caso base tco2 27,5 Caso propuesto tco2 0,0 Reducción anual bruta de emisiones GEI tco2 27,5 Derechos de transacción por créditos GEI % Reducción de emisiones GEI anual neta tco2 27, Comparativo de costes según combustibles Aparte de la comparativa entre gasóleo y biomasa (pélets), se realiza un comparativo con las restantes fuentes de energía fósil: gas propano y gas natural. Los precios unitarios (en c /kwh) para cada fuente de energía son los siguientes: Página 96 de 428

97 Realizando el análisis de viabilidad económico a 15 años, con la solicitud de un crédito a 7 años, se pueden representar las curvas de gasto acumulado: Página 97 de 428

98 Se observa que la viabilidad del cambio a biomasa es elevada en los casos de Gasóleo y Gas Propano, ya que se puede solicitar un crédito a 7 años que se paga con el ahorro, y a pesar de ello se dispone de un ahorro adicional (la diferencia entre curvas). Sin embargo, en el caso de Gas Natural, se observa que la viabilidad del cambio es escasa, ya que tiene un coste mucho más ajustado. La necesidad de hacer una nueva instalación de biomasa lastra la viabilidad de esta alternativa. Por ello, se concluye que la biomasa es la alternativa más interesante cuando no existe gas natural disponible. En la siguiente imagen se muestran los desembolsos en todos los casos, tras 20 años de operación: Conclusiones Una vez analizado el caso tipo, así como los datos sobre diversos casos en el sector, se pueden obtener una serie de conclusiones, válidas para poder tomar decisiones sobre el uso de biomasa en instalaciones de este sector Resumen de los casos analizados Una vez analizado el caso tipo, se pueden extrapolar resultados para la totalidad de instalaciones del grupo de Centros de Salud. Página 98 de 428

99 En primer lugar, se puede analizar el ahorro que se puede obtener en el caso de extender al resto de casos el uso de biomasa. Se analizan los ahorros obtenidos, tanto en el caso de astillas como de pélets, así como las cantidades de biomasa necesarias. PROPUESTA ASTILLA PROPUESTA PÉLET Instalación TMS COSTE AHORRO TMS COSTE AHORRO Centro de Salud ,8% ,8% Centro de Salud ,8% ,8% Centro de Salud ,8% ,8% Centro de Salud ,8% ,8% Centro de Salud ,8% ,8% Centro de Salud ,9% ,6% Centro de Salud ,8% ,8% Centro de Salud ,8% ,8% Centro de Salud ,8% ,8% Centro de Salud ,8% ,8% Centro de Salud ,9% ,6% Centro de Salud ,8% ,8% Centro de Salud ,8% ,8% Centro de Salud ,8% ,8% Centro de Salud ,8% ,8% Centro de Salud ,8% ,8% Centro de Salud ,8% ,8% Centro de Salud ,8% ,8% Centro de Salud ,8% ,8% Centro de Salud ,8% ,8% Centro de Salud ,9% ,6% Centro de Salud ,8% ,8% Centro de Salud ,8% ,8% Centro de Salud ,8% ,8% Centro de Salud ,8% ,8% Centro de Salud ,8% ,8% Centro de Salud ,8% ,8% Centro de Salud ,8% ,8% Centro de Salud ,8% ,8% Centro de Salud ,8% ,8% Centro de Salud ,8% ,8% Las cifras conjuntas para el grupo, en caso de extender el uso de biomasa, serían: ASTILLAS: 816 Tms/año Página 99 de 428

100 Precio de las astillas (IVA incluido del 21%): 121 /Tm Ahorro de costes: /año Los ahorros oscilan entre el 47,9% (gas natural) y el 78,0% (gas propano) PÉLETS: 692 Tms/año Precio de los pélets (IVA incluido del 21%): 242 /Tm Ahorro de costes: /año Los ahorros oscilan entre el 11,6% (gas natural) y el 62,7% (gas propano) Por otro lado, se analiza la factibilidad de que el cambio a biomasa se realice mediante Empresas de Servicios Energéticos (ESEs), que se ocupan de realizar las inversiones, asumiendo un contrato de venta de energía (calor) por un periodo entre 7 y 12 años, usualmente 10. Las opción de ESEs es especialmente interesante en el caso de la administración pública, aunque existe una limitación, ya que sólo es asumible en aquellos casos en el consumo energético sea mayor de una cierta cantidad (normalmente se considera kwh/año como mínimo), así como un coste energético mínimo determinado (se considera 8 c /kwh, descartando con ello los casos de gas natural, como antes se ha comprobado). Poniendo estos factores en una tabla, se determinan el número de casos en los que se cumplen ambos factores simultáneamente: Página 100 de 428

101 INTERESANTE PARA ESE Instalación Consumo Precio Total Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud ,2% Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Centro de Salud Se marca con 1 en caso de que se cumpla la condición, o 0 cuando no lo cumple. Se obtienen los siguientes resultados: Casos interesantes por consumo energético: 1 Casos interesantes por coste de energía: 28 Casos interesantes ambas condiciones: 1 Página 101 de 428

102 Por tanto, sería factible el cambio a biomasa mediante ESEs en 1 de los 31 casos. Esto supone el 3,2% de los casos analizados. En los 3 casos con gas natural no es factible el cambio a biomasa, al menos con razones económicas. En los restantes 28 casos, es factible el cambio a biomasa, aunque no mediante la fórmula de ESEs. Para ello se debe estudiar cada caso concreto, y realizar un diálogo con las empresas que puedan llevar a cabo ese cambio, a fin de encontrar líneas de colaboración y entendimiento. En este sentido, las ESEs están encontrando soluciones muy dinámicas, y es un sector en continua evolución. En total, es factible el cambio a biomasa en 1 de los 31 casos estudiados, esto es, un 3,2% de los casos. Página 102 de 428

103 6.3. Grupo Colegios Instalaciones en el estudio: 59 Página 103 de 428

104 Datos generales del grupo Los colegios disponen de las siguientes características comunes: Tipo de edificación: en bloque y concentrado, o bien en varias edificaciones, con preponderancia de aulas ocupadas en horario lectivo. Uso: calefacción en horario lectivo, usualmente de 8 a 15 h, no incluye ACS. Ubicación: suelen estar situadas en el casco urbano, no siendo habitual la presencia de gas natural. Muchos centros en entornos rurales. Consumo de energía: Tienen consumo de calor durante los meses de invierno, para los siguientes usos: o Calefacción: unos 5-6 meses al año, representando un 100% del consumo anual. El consumo es medio, debido a que sólo se calefactan las aulas en horario de mañana, y de lunes a viernes. Ocupación: de lunes a viernes, en jornada de mañana. o 22 días al mes. o 8-10 horas al día. o 9 meses al año. o Varias paradas de la demanda energética: por vacaciones de navidad, semana santa, etc. Para poder caracterizar el grupo, se han obtenido datos de varias instalaciones en Extremadura (59 instalaciones), con los que se ha determinado un caso tipo, un rango de consumos energéticos, y con todo ello se han establecido unos rangos para poder tomar decisiones respecto a las instalaciones del sector. El esquema de principio empleado en la actualidad es el siguiente: Con respecto a los datos de consumo de energía en la actualidad, indicando el tipo de combustible fósil empleado, su consumo anual y el valor del consumo energético anual en kwh/año, los datos disponibles son: Página 104 de 428

105 Instalación Gasoil (l/año) Propano GN (kg/año) (m 3 /año) CONSUMO ENERGÍA Gasoil (Kwh/año) Propano (Kwh/año) GN (Kwh/año) (Kwh/año) Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Página 105 de 428

106 Con respecto a la intensidad del consumo de energía y las potencias instaladas en la actualidad, los datos disponibles son los siguientes: Página 106 de 428

107 Instalación Combustible KW MESES D/M % CALEFACCIÓN ACS TOTAL H PP/DÍA KW MESES D/M % H PP/DÍA Colegio 1 Gasoleo % 3, ,0 Colegio 2 Gasoleo % 4, ,8 Colegio 3 Gasoleo % 1, ,8 Colegio 4 Gasoleo 151, % 2, ,4 Colegio 5 Gasoleo % 2, ,1 Colegio 6 Gasoleo % 4, ,1 Colegio 7 Gasoleo % 2, ,3 Colegio 8 Gasoleo 221, % 2, ,7 Colegio 9 Gasoleo % 2, ,8 Colegio 10 Gasoleo % 3, ,3 Colegio 11 Gasoleo % 2, ,3 Colegio 12 Gasoleo 156, % 5, ,8 Colegio 13 Gasoleo % 1, ,2 Colegio 14 Gasoleo % 3, ,0 Colegio 15 Gasoleo % 3, ,4 Colegio 16 Gas Natural % 2, ,7 Colegio 17 Gasoleo % 3, ,2 Colegio 18 Gasoleo % 1, ,8 Colegio 19 Gasoleo % 2, ,2 Colegio 20 Gasoleo % 2, ,0 Colegio 21 Gasoleo % 0, ,8 Colegio 22 Gasoleo % 2, ,2 Colegio 23 Gasoleo % 4,3 40 4,3 Colegio 24 Gasoleo % 4, ,5 Colegio 25 Gasoleo % 4, ,3 Colegio 26 Gasoleo % 4, ,3 Colegio 27 Gasoleo 260, % 4, ,7 Colegio 28 Gasoleo % 4, ,9 Colegio 29 Gasoleo % 1, ,8 Colegio 30 Gasoleo % 3, ,7 Colegio 31 Gasoleo % 2, ,8 Colegio 32 Gasoleo % 6, ,2 Colegio 33 Gasoleo % 4, ,8 Colegio 34 Gasoleo 150, % 3, ,9 Colegio 35 Gasoleo 765, % 2, ,1 Colegio 36 Gasoleo 342, % 4, ,8 Colegio 37 Gasoleo 222, % 3, ,3 Colegio 38 Gasoleo 183, % 3, ,7 Colegio 39 Gasoleo % 3, ,0 Colegio 40 Gasoleo % 2, ,0 Colegio 41 Gasoleo % 0, ,9 Colegio 42 Gasoleo % 5, ,6 Colegio 43 Gasoleo % 1, ,7 KW H PP/DÍA Colegio 44 Gasoleo % 12, ,5 Colegio 45 Gasoleo % 3,2 70 3,2 Colegio 46 Gasoleo % 2, ,7 Colegio 47 Gasoleo % 2,6 70 2,6 Colegio 48 Gasoleo % 5, ,6 Colegio 49 Gasoleo % 3, ,0 Colegio 50 Gasoleo % 1, ,2 Colegio 51 Gasoleo % 4, ,7 Colegio 52 Gasoleo % 4, ,3 Colegio 53 Gasoleo % 1, ,7 Colegio 54 Gasoleo 58, % 5,5 59 5,5 Colegio 55 Gasoleo 232, % 4, ,1 Colegio 56 Gasoleo 232, % 6, ,0 Colegio 57 Gasoleo 232, % 3, ,1 Colegio 58 Gasoleo 306, % 5, ,6 Página 107 de 428

108 Se ha estimado el porcentaje de consumo en usos de calefacción en un 100%. Junto con el ciclo de trabajo de la demanda térmica, se ha estimado la carga de trabajo de las calderas existentes, en la forma de HORAS DE TRABAJO A PLENA POTENCIA DE LAS CALDERAS CADA DÍA (h PP/día), que sirve para estimar la carga de trabajo de las calderas y el grado de sobredimensionado de las mismas (muy habitual en calderas de combustible fósil, que se dimensionan por potencia instantánea). Se observa que la mayor parte de las instalaciones disponen de calderas que trabajan entre 2 y 5 horas al día, que es una carga de trabajo baja, con muchas horas de las calderas paradas. Para calcular esto, se hace uso: t (tiempo en horas) = E (energía en kwh) / P (potencia en kw) La curva de consumo energético para una instalación tipo tiene una forma similar a la siguiente: Se observa que este tipo de instalaciones tiene consumo energético durante los meses de invierno. Con respecto al combustible fósil empleado en la actualidad, se observa el siguiente reparto: Página 108 de 428

109 Combustible Nº % Gasóleo 58 98,3% Gas Propano 0 - Gas Natural 1 1,7% Otros Datos técnicos del caso tipo Se establecen las características del caso tipo, a partir del conjunto de datos del total de usuarios, a partir de un análisis estadístico de los datos existentes. Con ello se establece un caso que debe ser representativo del sector, al representar a un número importante de instalaciones Consumo Energético El parámetro fundamental que determina el caso tipo es el consumo energético a lo largo de un año, medido en kwh/año. Se ha efectuado un análisis estadístico de los datos, con los siguientes resultados: Número de valores: 59 Mínimo: Máximo: kwh/año kwh/año Página 109 de 428

110 Media aritmética (µ): Desviación estándar (σ): kwh/año kwh/año Los dos últimos parámetros se calculan de acuerdo con la distribución de campana de Gauss, que representa la distribución normal de una muestra: De acuerdo con la distribución normal, el 68,26% de los valores de consumo energético se encuentran entre los valores de: ( µ σ ) = = kwh/año ( µ + σ ) = = kwh/año Como caso tipo representativo, se adopta como significativo el valor de kwh/año, que es el valor promedio obtenido. Para el total de 11 instalaciones, el consumo de energía conjunto asciende a kwh/año, con el siguiente desglose: Gasóleo: kwh/año 98,8% Gas propano: 0 kwh/año - Gas natural: kwh/año 1,2% Tipo de Combustible Del total de 59 casos de los que se disponen de datos, en cuanto al tipo de combustible empleado en la actualidad se observa que el gasóleo es el más frecuente, al estar presente en el 98,3% de los 59 casos analizados. Página 110 de 428

111 En el estudio de viabilidad se ofrecerá un comparativo del coste de energía respecto de las tres opciones de combustibles fósiles: gasóleo, gas natural y gas propano. Se ha efectuado un análisis estadístico del precio unitario de la energía (en c /kwh, los kwh se miden en PCI - Poder Calorífico Inferior), con los siguientes resultados: Mínimo: Máximo: Promedio: Desviación estándar (σ): 5,9500 c /kwh 10,5000 c /kwh 9,9095 c /kwh 0,5600 c /kwh Número de valores: Descripción de la solución técnica adoptada El esquema de funcionamiento planteado para el uso de biomasa se basa en el siguiente esquema: Página 111 de 428

112 Se instala un nuevo quemador de biomasa, en la caldera existente, con el objetivo de sustituir completamente al combustible fósil. El quemador actual queda como reserva para momentos puntuales, o en caso de averías en la caldera de biomasa. No tiene sentido hacer un gasto en eliminar los sistemas actuales, si pueden tener utilidad. La caldera con el quemador de biomasa alimenta los circuitos y sistemas existentes en la actualidad, y trabajará a las mismas temperaturas. Para el cálculo de las nuevas instalaciones se hará uso de la demanda térmica, y de los datos climatológicos, mediante el uso del programa RETscreen, a fin de determinar el sistema de biomasa más adecuado para cubrir la demanda térmica, a la vez que se maximiza la calidad (para que el mantenimiento a hacer sea mínimo) y se optimiza la inversión (los equipos de biomasa son caros). En los siguientes puntos se detallan los diferentes aspectos de la propuesta con biomasa Tipo de Biomasa En el caso tipo analizado, con un consumo de kwh/año, es más favorable el uso de pélets mediante un quemador específico, acoplado a las caldera de combustible fósil existente en la actualidad. No obstante, en el último punto de este informe se analiza también el uso de astillas, y para diversos rangos de consumo energético. Este tipo de equipos también pueden emplear hueso de aceituna, aunque depende de cada modelo y marca, no siendo una solución estándar. Por ello, el análisis se ciñe al uso de pélets Instalación Hidráulica En el caso de uso de quemadores, en principio no es necesario hacer cambios en la instalación hidráulica, como incluir los tanques de inercia. Página 112 de 428

113 Sin embargo, debido al funcionamiento lento de los quemadores (tanto en su arranque como en la parada) es necesario hacer los cambios necesarios en los ciclos de programación de la instalación, de manera que el ciclo de trabajo se corresponda con la respuesta que va a dar el quemador Depósito de almacenamiento de biomasa El silo de biomasa debe tener autonomía para al menos dos semanas de combustible, en este caso pélets. El quemador tomará el combustible desde un silo o tolva, como se muestra en el siguiente imagen de una tolva: El silo o tolva tendrá un tamaño acorde con el consumo, de manera que disponga de una autonomía suficiente, al menos de 2 semanas. En la siguiente imagen se muestra un SILO, cargado desde un camión con sistema neumático: Página 113 de 428

114 Tipo de Caldera Los quemadores de pélets están pensados con el fin de sustituir los tradicionales quemadores de combustibles fósiles en su uso para calefacción y demás aplicaciones. Supone un sistema económico y que permite adaptarse a instalaciones ya existentes con tecnología de combustión automática. La calidad de los productos ha permitido su uso en aplicaciones tradicionales como la calefacción doméstica o industrial, sino también en otras áreas como panaderías, máquinas, calefacción de los invernaderos así como en secaderos. Se destacan los siguientes aspectos y características: Pantalla: La pantalla es muy importante, ya que permite la configuración del quemador en el sistema, que está conectado y por lo tanto de acuerdo con las necesidades del cliente. Los quemadores se pueden ajustar para el control remoto. Autolimpieza: La tecnología de quemadores puede estar equipada con un sistema de autolimpieza que puede eliminar cualquier residuo en la cámara de combustión del quemador y así mantener una ventilación adecuada en el área de la parrilla. Versatilidad: Un estudio cuidadoso de la funcionalidad del quemador de biomasa, combinado con un ajuste apropiado, permite su instalación en la mayoría de las calderas existentes. Los diferentes modelos de quemadores existen en versión estándar e industrial. Los primeros están diseñados y programados para funcionar en calderas (temperaturas máximas de 80ºC), los segundos para funcionar en hornos u otras aplicaciones que requieran temperaturas de hasta 300 ºC. Ruido: Los quemadores tienen un funcionamiento silencioso, para poder realizar combustión cómoda y sin ruido. Los quemadores utilizan recursos técnicos para satisfacer las necesidades térmicas: Completamente automáticos Encendido y apagado fiable gracias a sondas de seguridad Sistema de autolimpieza Fabricados con materiales certificados de alta calidad Potencias de hasta 300 kw Autorregulación electrónica en función del combustible usado Sistema automático de limpieza: simple, compacto y posibilidad de utilizar agropelet. Interfaz: Es posible configurar el quemador para la aplicación específica. Los quemadores pueden ser gestionados por control remoto. Página 114 de 428

115 Accesorio: tolva externa y bridas. El aspecto de un quemador se muestra en la siguiente imagen (ejemplo de 100 kw): Con respecto a la posición del quemador El quemador se deberá montar siempre de forma totalmente horizontal No es posible ninguna inclinación y menos vertical No se introduce toda la caña en la cámara de combustión. Página 115 de 428

116 Todos los quemadores están dotados con un tornillo sinfín para la carga automática. Para grandes potencias los tornillos están equipados con ventiladores independientes para excluir el problema de un posible retorno de humo debido al conducto de ventilación o a las condiciones atmosféricas. En la siguiente imagen se muestran las características del dichos sinfines: Las características técnicas de los quemadores se recogen en la siguiente tabla: Es importante destacar que los quemadores requieren espacio suficiente en la cámara de combustión de la caldera, ya que la llama de biomasa necesita cierto espacio para desarrollarse, y no puede chocar contra las paredes interiores. Asimismo, debe disponer de espacio suficiente para que la ceniza se deposite en el interior de la cámara de combustión. Página 116 de 428

117 Se pueden distinguir dos tipos de cámara de combustión. En el caso de una cámara de combustión de flujo directo (los gases de combustión salen por el fondo, o extremo opuesto a donde está situado el quemador), las necesidades de espacio (en función de la potencia del quemador) son las siguientes: La cámara deberá tener una anchura y altura mínimas del doble de la boca del quemador, en ancho y alto, y una profundidad de 3 veces la parte que entra dentro (caña). En el caso de calderas con cámara de combustión con flujo inverso, donde los gases calientes salen por el mismo extremo donde está situado el quemador, se deben cumplir los siguientes requisitos: Página 117 de 428

118 La cámara deberá tener una anchura y altura mínimas de 2,5 veces de la boca del quemador, en ancho y alto, y una profundidad de 3 veces la parte que entra dentro (caña) Estudio Técnico-Económico Una vez definidas las bases del caso tipo y de la propuesta con biomasa a implementar, se analiza la viabilidad del uso de biomasa, desde el punto de vista técnico, económico y financiero Propuesta técnica Los datos que se emplean para el modelo técnico son los siguientes: Consumo energético anual: kwh/año Ponderación del ACS en el total del consumo energético: 0%. Combustible fósil a comparar: gasóleo, a un precio de 1,029 /litro (IVA incluido), y un poder calorífico (PCI) de 10 kwh/litro. Rendimiento térmico de los equipos: 90% (tanto para el combustible fósil como para biomasa). La potencia térmica existente en gasóleo es de 200 kw, según los datos promedio del grupo. El programa RETscreen tiene varias formas de calcular. Se ha optado por determinar la demanda energética, de manera que la necesidad de calefacción sea el consumo energético de kwh, que en el caso de gasóleo supone el consumo de litros/año. De esta manera, para el cálculo de la potencia se considera la demanda de calefacción, ya que el quemador de biomasa a instalar debe abastecer a toda la demanda: Página 118 de 428

119 Una vez establecida la demanda térmica, se determina la potencia térmica en biomasa necesaria para abastecerla, que cifra en un mínimo de 48,3 kw, frente a los 200 kw instalados en gasóleo (que suponen un 413,8% de la potencia realmente necesaria). Es muy usual la existencia de potencias muy sobredimensionadas, lo que provoca que el número de horas que trabajen al día sea reducido (ver más detalles en el apartado 2, donde se analizan las instalaciones de las que se disponen datos), frente al total disponible para funcionar, que es de 24 horas al día. Por ello, se establece la potencia necesaria en biomasa, de 60 kw, que es el valor de la potencia útil. Con ello se abastece al 100% de la demanda térmica. Con respecto al ciclo de trabajo del quemador, se calculan las horas de trabajo en un año: Potencia de consumo de biomasa = 60/0,9 = 66,7 kw Horas trabajo = energía / potencia = kwh/año / 66,7 kw = h/año El quemador de biomasa trabajará un total de horas a lo largo de un año, calculadas como equivalentes a plena potencia (habría que sumar los tiempos de arranque y parada). Con respecto al ciclo de trabajo máximo diario (en invierno, campaña de calefacción): Calefacción: kwh/año / 5 meses / 22 días = 775,4 kwh/día Total consumo diario punta: 775,4 kwh/día Página 119 de 428

120 Ciclo de trabajo punta: 775,4 kwh/día / 66,7 kw = 11,6 h/día En punta, el quemador de biomasa trabajará un máximo de 11,6 horas diarias (equivalentes a plena potencia), sobre un máximo de 24 horas disponibles. Esta carga es perfectamente asumible para el correcto funcionamiento del sistema. Con ello, se deja cerrada la elección de la potencia del quemador de biomasa, que es uno de los aspectos más importantes para realizar un buen diseño. Con respecto a la capacidad del silo, se ha considerado uno con dimensiones 1,5 x 1,5 m 2 (en planta) y 2,5 metros de altura, lo que hace un volumen total de 5,6 m 3, y en el caso de pélets una capacidad útil de 4,5 m 3 (descontando los espacios no ocupados), que supone una capacidad de 2,9 Tms. Esta cantidad también puede ser suministrada mediante big bags. El consumo anual de biomasa es de 18,2 Tms/año, lo que implicará 6,3 recargas anuales, lo que representa una autonomía del silo de cerca de un mes, que es el tiempo entre recargas durante el invierno. Hay que estar atentos para que el silo nunca se quede sin biomasa. NOTA: Se debe destacar que en caso de haber escogido la potencia de 200 kw para biomasa, hubiera supuesto varios importantes inconvenientes: Importante encarecimiento, ya que las calderas de biomasa son elementos muy costoso, y a más potencia más coste, de manera más o menos proporcional. La caldera funcionaría mucho peor, al arrancar y parar continuamente, generando más ensuciamiento en el interior, más cenizas, y más humo visible por chimenea Inversión necesaria Con respecto a la inversión, se ha considerado un ratio de 60 /kw de potencia instalada (IVA no incluido), que es un ratio empírico para el caso de quemadores de biomasa. Como la potencia a instalar es de 60 kw, el coste total se estima en 100 kw x 60 /kw = (sin IVA), que añadiendo el IVA del 21% asciende a Inversión % Equipos principales ( quemador, silo / tolva, adaptaciones en la caldera existente, sistema de regulación ) Otros: legalización, imprevistos TOTAL % % Página 120 de 428

121 Esta inversión es una estimación, y en cada caso se deberá hacer un estudio detallado, ya que puede haber elementos existentes que se pueden aprovechar (obra civil, silo de biomasa, ) Estudio económico Se ha tomado como dato de consumo de combustible fósil (gasóleo) litros/año. En cuanto al precio, se ha estimado 1,029 /litro (IVA incluido). El coste de gasóleo es de /año, y la biomasa equivalente (pélets a 242 /Tm) asciende a /año, lo que representa un ahorro de costes de /año. A este ahorro se le debe descontar el mantenimiento y las inversiones a realizar, para obtener la viabilidad económica. Los costes de mantenimiento revisiones de los servicios técnicos autorizados (STA), se estiman en 400 /año con los combustibles fósiles, y 800 en el caso de los equipos de biomasa. El gran ahorro generado permite pagar el cambio a biomasa mediante el ahorro producido, para lo que se puede solicitar un crédito bancario, de manera que el cliente no deba hacer inversiones iniciales, sino que las nuevas instalaciones de biomasa se paguen con el ahorro generado. Las condiciones finales dependen del análisis que se haga del cliente por parte de la entidad financiera. En todo caso, el elevado ahorro generado posibilita varias opciones para el cambio a biomasa, y se debe estudiar en cada caso la opción más viable. Se debe destacar que la vida útil para este tipo de equipos e instalaciones se estima en 10 años Análisis financiero Se pueden plantear tiempos de devolución del préstamos mayores (hasta 12 años), lo que implicaría unos intereses mayores. En este caso se considera un periodo reducido de 3 años. Asimismo, se debe tener en cuenta que el interés a pagar dependerá de la solvencia económica del usuario final. A mayor solvencia, menor interés, y por tanto mejores resultados. En la siguiente imagen se muestran los resultados generados por RETscreen: Página 121 de 428

122 Se observa que los ratios financieros son muy positivos: La TIR (Tasa Interna de Retorno) representa la rentabilidad de la inversión realizada, del 26,9%. La instalación se paga con el ahorro producido en 2,2 años. La instalación se paga con el ahorro generado, admitiendo un plazo de préstamo de 3 años. En la siguiente gráfica se observan los costes de energía con gasóleo (izquierda), al usar biomasa (derecha), y el ahorro resultante tras obtener un crédito para 3 años, por el total de las inversiones a realizar (centro), incluyendo los costes de mantenimiento externo: Página 122 de 428

123 Se observa como durante el periodo de devolución del crédito, el ahorro generado lo paga, y además deja un ahorro adicional de 485 /año. Esto sucedería los años 1 a 3. Una vez devuelto el crédito, a partir del año 4, el ahorro generado sería de /año. Al finalizar el plazo del crédito, las instalaciones pasan a propiedad del cliente, tras aportar el valor residual que se acuerde con la entidad financiera, normalmente un valor muy reducido y casi simbólico. En la gráfica de flujo de caja acumulado, se observa que tras diez años de funcionamiento, se ahorran más de , lo que incluye el haber pagado completamente la nueva instalación mediante el crédito solicitado: Página 123 de 428

124 La clave de la viabilidad de la operación será la formalización del crédito, que permita pagar las nuevas instalaciones con el ahorro producido, sin que el usuario tenga que hacer inversión alguna. Este tipo de operaciones no es posible realizarlas mediante ESEs, porque está por debajo del umbral de consumo anual que suelen exigir (habitualmente kwh/año) Efectos sobre el medio ambiente En cuanto a las emisiones de GEI (gases de efecto invernadero, como el CO2), el uso de biomasa tiene efectos equivalentes a 2,1 Has de bosque absorbiendo carbón. Este es el efecto equivalente a la reducción de emisiones de GEI en 22,9 Tms/año: Análisis de Emisiones Emisiones GEI Caso base tco2 22,9 Caso propuesto tco2 Reducción anual bruta de emisiones GEI tco2 22,9 Derechos de transacción por créditos GEI % Reducción de emisiones GEI anual neta tco2 22,9 Página 124 de 428

125 Comparativo de costes según combustibles Aparte de la comparativa entre gasóleo y biomasa (pélets), se realiza un comparativo con las restantes fuentes de energía fósil: gas propano y gas natural. Los precios unitarios (en c /kwh) para cada fuente de energía son los siguientes: Realizando el análisis de viabilidad económico a 10 años, con la solicitud de un crédito a 3 años, se pueden representar las curvas de gasto acumulado: Página 125 de 428

126 Se observa que la viabilidad del cambio a biomasa es elevada en los casos de Gasóleo y Gas Propano, ya que se puede solicitar un crédito a 3 años que se paga con el ahorro, y a pesar de ello se dispone de un ahorro adicional (la diferencia entre curvas). Sin embargo, en el caso de Gas Natural, se observa que la viabilidad del cambio es nula, ya que tiene un coste mucho más ajustado. El precio del pélet lastra la viabilidad de esta alternativa. Por ello, se concluye que la biomasa es la alternativa más interesante cuando no existe gas natural disponible Conclusiones Una vez analizado el caso tipo, así como los datos sobre diversos casos en el sector, se pueden obtener una serie de conclusiones, válidas para poder tomar decisiones sobre el uso de biomasa en instalaciones de este grupo Resumen de los casos analizados Una vez analizado el caso tipo, se pueden extrapolar resultados para la totalidad de instalaciones del grupo de Colegios Públicos. En primer lugar, se puede analizar el ahorro que se puede obtener en el caso de extender al resto de casos el uso de biomasa. Se analizan los ahorros obtenidos, tanto en el caso de astillas como de pélets, así como las cantidades de biomasa necesarias. PROPUESTA ASTILLA PROPUESTA PÉLET Instalación TMS COSTE AHORRO TMS COSTE AHORRO Colegio ,5% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,1% ,6% Colegio ,8% ,8% Colegio ,8% ,8% Colegio ,3% ,8% Colegio ,8% ,8% Colegio ,8% ,8% Colegio ,1% ,6% Colegio ,5% ,2% Colegio ,5% ,2% Colegio ,9% ,7% Página 126 de 428

127 PROPUESTA ASTILLA PROPUESTA PÉLET Instalación TMS COSTE AHORRO TMS COSTE AHORRO Colegio ,9% ,6% Colegio ,1% ,6% Colegio ,9% ,7% Colegio ,5% ,2% Colegio ,5% ,2% Colegio ,5% ,2% Colegio ,8% ,8% Colegio ,8% ,8% Colegio ,8% ,8% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,7% ,0% Colegio ,0% ,8% Colegio ,7% ,0% Colegio ,3% ,3% Colegio ,5% ,9% Página 127 de 428

128 Las cifras conjuntas para el grupo, en caso de extender el uso de biomasa, serían: ASTILLAS: Tms/año Precio de las astillas (IVA incluido del 21%): 121 /Tm Ahorro de costes: /año Los ahorros oscilan entre el 47,9% (gas natural) y el 78,0% (gas propano) PÉLETS: Tms/año Precio de los pélets (IVA incluido del 21%): 242 /Tm Ahorro de costes: /año Los ahorros oscilan entre el 11,6% (gas natural) y el 62,7% (gas propano) Por otro lado, se analiza la factibilidad de que el cambio a biomasa se realice mediante Empresas de Servicios Energéticos (ESEs), que se ocupan de realizar las inversiones, asumiendo un contrato de venta de energía (calor) por un periodo entre 7 y 12 años, usualmente 10. Las opción de ESEs es especialmente interesante en el caso de la administración pública, aunque existe una limitación, ya que sólo es asumible en aquellos casos en el consumo energético sea mayor de una cierta cantidad (normalmente se considera kwh/año como mínimo), así como un coste energético mínimo determinado (se considera 8 c /kwh, descartando con ello los casos de gas natural, como antes se ha comprobado). Poniendo estos factores en una tabla, se determinan el número de casos en los que se cumplen ambos factores simultáneamente: Página 128 de 428

129 INTERESANTE PARA ESE Instalación Consumo Precio Total Instalación Consumo Precio Total Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio ,0% 0 0,0% Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Colegio Se marca con 1 en caso de que se cumpla la condición, o 0 cuando no lo cumple. Se obtienen los siguientes resultados: Casos interesantes por consumo energético: 0 Casos interesantes por coste de energía: 58 Casos interesantes ambas condiciones: 0 Por tanto, no sería factible el cambio a biomasa mediante ESEs en ninguno de los 59 casos. No obstante, las ESEs están encontrando soluciones muy dinámicas, y es un sector en continua evolución, es posible que a corto medio plazo existan nuevas posibilidades, en base a la opción de quemadores. Página 129 de 428

130 6.4. Grupo Institutos Instalaciones en el estudio: 40 Página 130 de 428

131 Datos generales del grupo Los institutos disponen de las siguientes características comunes: Tipo de edificación: en bloque y concentrado, o bien en varias edificaciones, con preponderancia de aulas ocupadas en horario lectivo. Uso: calefacción en horario lectivo, usualmente de 8 a 15 h, no incluye ACS. Ubicación: suelen estar situadas en el casco urbano, no siendo habitual la presencia de gas natural. Muchos centros en entornos rurales. Consumo de energía. Tienen consumo de calor durante los meses de invierno, para los siguientes usos: o Calefacción: unos 5-6 meses al año, representando un 100% del consumo anual. El consumo es medio, debido a que sólo se calefactan las aulas en horario de mañana, y de lunes a viernes. Algunos centros tienen uso por la tarde. Ocupación: de lunes a viernes, en jornada de mañana. o 22 días al mes. o 8-10 horas al día. o 9 meses al año. o Varias paradas de la demanda energética: por vacaciones de navidad, semana santa, etc. Para poder caracterizar el grupo, se han obtenido datos de varias instalaciones en Extremadura (40 instalaciones), con los que se ha determinado un caso tipo, un rango de consumos energéticos, y con todo ello se han establecido unos rangos para poder tomar decisiones respecto a las instalaciones del sector. El esquema de principio empleado en la actualidad es el siguiente: Página 131 de 428

132 Con respecto a los datos de consumo de energía en la actualidad, indicando el tipo de combustible fósil empleado, su consumo anual y el valor del consumo energético anual en kwh/año, los datos disponibles son: Instalación Gasoil (l/año) Propano GN (kg/año) (m 3 /año) Gasoil (Kwh/año) CONSUMO ENERGÍA Propano (Kwh/año) GN (Kwh/año) (Kwh/año) Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Con respecto a la intensidad del consumo de energía y las potencias instaladas en la actualidad, los datos disponibles son los siguientes: Página 132 de 428

133 Instalación Combustible KW MESES D/M % CALEFACCIÓN ACS TOTAL H PP/DÍA KW MESES D/M % H PP/DÍA Instituto 1 Gasoleo 428, % 2, ,5 Instituto 2 Gasoleo 544, % 3, ,1 Instituto 3 Gasoleo % 4, ,4 Instituto 4 Gasoleo 511, % 3, ,3 Instituto 5 Gasoleo 514, % 1, ,5 Instituto 6 Gas % 1, ,5 Instituto 7 Gasoleo % 2, ,1 Instituto 8 Gasoleo % 2, ,1 Instituto 9 Gasoleo % 3, ,5 Instituto 10 Gasoleo % 3, ,6 Instituto 11 Gasoleo 319, % 3, ,7 Instituto 12 Gasoleo 530, % 1, ,6 Instituto 13 Gasoleo 768, % 1, ,5 Instituto 14 Gasoleo 581, % 2, ,2 Instituto 15 Gasoleo 383, % 1, ,9 Instituto 16 Gasoleo 232, % 3, ,1 Instituto 17 Gasoleo 447, % 1, ,8 Instituto 18 Gasoleo 581, % 1, ,8 Instituto 19 Gasoleo 384, % 2, ,5 Instituto 20 Gasoleo % 1, ,3 Instituto 21 Gasoleo % 2, ,1 Instituto 22 Gasoleo 439, % 1, ,7 Instituto 23 Gasoleo 395, % 2, ,7 Instituto 24 Gasoleo 523, % 2, ,2 Instituto 25 Gasoleo % 2, ,9 Instituto 26 Gasoleo 518, % 2, ,2 Instituto 27 Gasoleo % 3, ,1 Instituto 28 Gasoleo 296, % 1, ,4 Instituto 29 Gasoleo % 1, ,5 Instituto 30 Gasoleo 787, % 4, ,7 Instituto 31 Gasoleo % 4, ,7 Instituto 32 Gasoleo 1016, % 1, ,6 Instituto 33 Gasoleo 690, % 3, ,1 Instituto 34 Gasoleo 291, % 3, ,7 Instituto 35 Gasoleo % 1, ,2 Instituto 36 Gasoleo % 1, ,6 Instituto 37 Gasoleo % 2, ,7 Instituto 38 Gasoleo 116, % 2, ,7 Instituto 39 Gasoleo % 2, ,4 Instituto 40 Gasoleo % 2, ,0 KW H PP/DÍA Se ha considerado el porcentaje de consumo en usos de calefacción en un 100%, lo cual ocurre en todos los casos analizados. Junto con el ciclo de trabajo de la demanda térmica, se ha estimado la carga de trabajo de las calderas existentes, en la forma de HORAS DE TRABAJO A PLENA POTENCIA DE LAS CALDERAS CADA DÍA (h PP/día), que sirve para estimar la carga de trabajo de las calderas y el grado de Página 133 de 428

134 sobredimensionado de las mismas (muy habitual en calderas de combustible fósil, que se dimensionan por potencia instantánea). Se observa que la mayor parte de las instalaciones disponen de calderas que trabajan entre 2 y 4 horas al día. Para calcular esto, se hace uso: t (tiempo en horas) = E (energía en kwh) / P (potencia en kw) Se observa que este tipo de instalaciones tiene consumo energético durante los meses de invierno. Se ha considerado para el Caso Tipo que el 100% del consumo energético es para calefacción. Con respecto al combustible fósil empleado en la actualidad, se observa el siguiente reparto: Combustible Nº % Gasóleo 39 97,5% Gas Propano 1 2,5% Gas Natural 0 - Otros Datos técnicos del caso tipo Se establecen las características del caso tipo, a partir del conjunto de datos del total de usuarios, a partir de un análisis estadístico de los datos existentes. Con ello se establece un caso que debe ser representativo del sector, al representar a un número importante de instalaciones Consumo Energético El parámetro fundamental que determina el caso tipo es el consumo energético a lo largo de un año, medido en kwh/año. Se ha efectuado un análisis estadístico de los datos, con los siguientes resultados: Página 134 de 428

135 Número de valores: 40 Mínimo: Máximo: Media aritmética (µ): Desviación estándar (σ): kwh/año kwh/año kwh/año kwh/año e observa que hay un valor muy discordante con los demás, lo que hace aumentar el valor de la desviación estándar. Los dos últimos parámetros se calculan de acuerdo con la distribución de campana de Gauss, que representa la distribución normal de una muestra: Página 135 de 428

136 De acuerdo con la distribución normal, el 68,26% de los valores de consumo energético se encuentran entre los valores de: ( µ σ ) = = kwh/año ( µ + σ ) = = kwh/año Como caso tipo representativo, se adopta como significativo el valor de kwh/año, que es el valor promedio obtenido. Para el total de 40 instalaciones, el consumo de energía conjunto asciende a kwh/año, con el siguiente desglose: Gasóleo: kwh/año 98,8% Gas propano: kwh/año 1,2% Gas natural: 0 kwh/año 0% Tipo de Combustible Del total de 40 casos de los que se disponen de datos, en cuanto al tipo de combustible empleado en la actualidad se observa que el gasóleo es el más frecuente, al estar presente en el 97,5% de los 40 casos analizados. En el estudio de viabilidad se ofrecerá un comparativo del coste de energía respecto de las tres opciones de combustibles fósiles: gasóleo, gas natural y gas propano. Se ha efectuado un análisis estadístico del precio unitario de la energía (en c /kwh, los kwh se miden en PCI - Poder Calorífico Inferior), con los siguientes resultados: Página 136 de 428

137 Mínimo: Máximo: Promedio: Desviación estándar (σ): 10,2850 c /kwh 14,0916 c /kwh 10,3449 c /kwh 0,6737 c /kwh Número de valores: Descripción de la solución técnica adoptada El esquema de funcionamiento planteado para el uso de biomasa se basa en el siguiente esquema: Página 137 de 428

138 Se instala una nueva caldera de biomasa, que sirva como apoyo a la(s) caldera(s) ya existente(s), con el objetivo de sustituir completamente al combustible fósil. De esta manera, la instalación de biomasa funcionará como Sistema Carga Base. La caldera actual queda como reserva para momentos puntuales (Sistema Carga Punta), o en caso de averías en la caldera de biomasa. No tiene sentido hacer un gasto en eliminar los sistemas actuales, si pueden tener utilidad. La caldera de biomasa alimenta los circuitos y sistemas existentes en la actualidad, y trabajará a las mismas temperaturas. Es importante destacar que los sistemas de biomasa hacen uso de un depósito de inercia, tal y como se explicará en el apartado de instalaciones hidráulicas. Esto condiciona su modo de funcionamiento, ya que la biomasa no es instantánea (como con los combustibles fósiles tradicionales), sino que la caldera de biomasa debe funcionar de manera lo más continua posible en el tiempo, ya que precisan de cierto tiempo para su arranque y paro, y no son instantáneos. Para el cálculo de las nuevas instalaciones se hará uso de la demanda térmica, y de los datos climatológicos, mediante el uso del programa RETscreen, a fin de determinar el sistema de biomasa más adecuado para cubrir la demanda térmica, a la vez que se maximiza la calidad (para que el mantenimiento a hacer sea mínimo) y se optimiza la inversión (los equipos de biomasa son caros). En los siguientes puntos se detallan los diferentes aspectos de la propuesta con biomasa. Página 138 de 428

139 Tipo de Biomasa En el caso tipo analizado, con un consumo de kwh/año, es más favorable el uso de pélets mediante una caldera específica, instalada en paralelo con la caldera de combustible fósil existente en la actualidad. Este tipo de equipos también pueden emplear hueso de aceituna, aunque depende de cada modelo y marca, no siendo una solución estándar Instalación Hidráulica La nueva instalación de biomasa tendrá las mismas características que la expuesta en el apartado Depósito de almacenamiento de biomasa El depósito de almacenamiento de biomasa tendrá las mismas características que el expuesto en el apartado Tipo de Caldera La caldera tendrá las mismas características que la expuesta en el apartado Funcionamiento del Sistema El sistema funcionará tal y como se ha expuesto en el apartado Estudio Técnico-Económico Una vez definidas las bases del caso tipo y de la propuesta con biomasa a implementar, se analiza la viabilidad del uso de biomasa, desde el punto de vista técnico, económico y financiero Propuesta técnica Los datos que se emplean para el modelo técnico son los siguientes: Consumo energético anual: kwh/año Ponderación del ACS en el total del consumo energético: 0%. Sólo para calefacción en temporada de invierno (5 meses al año). Combustible fósil a comparar: gasóleo, a un precio de 1,029 /litro (IVA incluido), y un poder calorífico (PCI) de 10 kwh/litro. Rendimiento térmico de los equipos: 90% (tanto para el combustible fósil como para biomasa), aunque es previsible que con la sustitución de las calderas de combustible fósil se Página 139 de 428

140 mejora la eficiencia energética, y que el ahorro sea mayor, aunque esto no se ha considerado en el estudio tipo. La potencia térmica existente en gasóleo es de 500 kw, según los datos promedio del grupo. El programa RETscreen tiene varias formas de calcular. Se ha optado por determinar la demanda energética, de manera que la suma de las necesidades de calefacción y del ACS sea el consumo energético de kwh, que en el caso de gasóleo supone el consumo de litros/año. De esta manera, para el cálculo de la potencia se consideran tanto la demanda de calefacción como la de ACS, ya que la caldera de biomasa a instalar debe abastecer a ambos tipos de demanda: Una vez establecida la demanda térmica, se determina la potencia térmica en biomasa necesaria para abastecerla, que cifra en un mínimo de 74,8 kw, frente a los 500 kw instalados en gasóleo (que suponen un 668,0% de la potencia realmente necesaria). Es muy usual la existencia de potencias muy sobredimensionadas, lo que provoca que el número de horas que trabajen al día sea reducido (ver más detalles en el apartado 2, donde se analizan las Página 140 de 428

141 instalaciones de las que se disponen datos), frente al total disponible para funcionar, que es de 24 horas al día. Por ello, se establece la potencia necesaria en biomasa, de 80 kw, que es el valor de la potencia útil. Con ello se abastece al 100% de la demanda térmica. Con respecto al ciclo de trabajo de la caldera, se calculan las horas de trabajo en un año: Potencia de consumo de biomasa = 80/0,9 = 88,9 kw Horas trabajo = energía / potencia = kwh/año / 88,9 kw = h/año La caldera de biomasa trabajará un total de horas a lo largo de un año, calculadas como equivalentes a plena potencia (habría que sumar los tiempos de arranque y parada). Con respecto al ciclo de trabajo máximo diario (en invierno, campaña de calefacción): Calefacción: kwh/año / 5 meses / 22 días = kwh/día Total consumo diario: kwh/día Ciclo de trabajo promedio: kwh/día / 88,9 kw = 13,5 h/día En punta, la caldera de biomasa trabajará un máximo de 13,5 horas diarias (equivalentes a plena potencia), sobre un máximo de 24 horas disponibles. Esta carga es perfectamente asumible para una caldera de biomasa de altas prestaciones. Además, sería conveniente hacer trabajar a la caldera en el fin de semana, para que la temperatura del edificio no bajase, y por tanto el funcionamiento a principios de semana fuera menos intensivo. Con ello se optimiza el funcionamiento de la caldera. Con ello, se deja cerrada la elección de la potencia de la caldera de biomasa, que es uno de los aspectos más importantes para realizar un buen diseño. Con respecto a la capacidad del silo, se ha considerado uno con dimensiones 4 x 4 m 2 (en planta) y 3 metros de altura, lo que hace un volumen total de 48 m 3, y en el caso de astilla una capacidad útil de 36 m 3 (descontando los espacios no ocupados), que supone una capacidad de 23,4 Tms. Esta es la cantidad que puede llevar un camión de descarga neumática. El consumo anual de biomasa es de 28,2 Tms/año, lo que implicará casi 1 recarga anual, lo que representa una autonomía del silo de unos 4 meses en campaña de invierno, que es el tiempo entre recargas. Hay que estar atentos para que el silo nunca se quede sin biomasa. NOTA: Se debe destacar que en caso de haber escogido la potencia de 500 kw para biomasa, hubiera supuesto varios importantes inconvenientes: Página 141 de 428

142 Importante encarecimiento, ya que las calderas de biomasa son elementos muy costoso, y a más potencia más coste, de manera más o menos proporcional. La caldera funcionaría mucho peor, al arrancar y parar continuamente, generando más ensuciamiento en el interior, más cenizas, y más humo visible por chimenea Inversión necesaria Con respecto a la inversión, se ha considerado un ratio de 300 /kw de potencia instalada (IVA no incluido), que es un ratio empírico para el caso de calderas de pélets de alta gama. Como la potencia a instalar es de 70 kw, el coste total se estima en 80 kw x 300 /kw = (sin IVA), que añadiendo el IVA del 21% asciende a Las partes de que consta dicho presupuesto son: Inversión % Equipos principales (caldera de biomasa y tanques de inercia) % Obra civil: fundamentalmente el silo de biomasa y sala de calderas % Instalaciones: instalación hidráulica, elementos de la instalación (bombas ), salida de humos, instalación eléctrica, etc. Otros: legalización, imprevistos TOTAL % % Esta inversión es una estimación, y en cada caso se deberá hacer un estudio detallado, ya que puede haber elementos existentes que se pueden aprovechar (obra civil, bombas, depósitos de inercia, etc.) Estudio económico Se ha tomado como dato de consumo de combustible fósil (gasóleo) litros/año. En cuanto al precio, se ha estimado 1,029 /litro (IVA incluido). Página 142 de 428

143 El coste de gasóleo es de /año, y la biomasa equivalente (pélets a 242 /Tm) asciende a /año, lo que representa un ahorro de costes de /año. A este ahorro se le debe descontar el mantenimiento y las inversiones a realizar, para obtener la viabilidad económica. Los costes de mantenimiento revisiones de los servicios técnicos autorizados (STA), se estiman en 400 /año con los combustibles fósiles, y 800 en el caso de los equipos de biomasa. El gran ahorro generado permite pagar el cambio a biomasa mediante el ahorro producido, para lo que se puede solicitar un crédito bancario, de manera que el cliente no deba hacer inversiones iniciales, sino que las nuevas instalaciones de biomasa se paguen con el ahorro generado. Las condiciones finales dependen del análisis que se haga del cliente por parte de la entidad financiera. Otra opción de realizar este cambio es mediante la participación de Empresas de Servicios Energéticos (ESEs), que no suponen endeudarse al usuario, aunque el ahorro obtenido se reduce. En todo caso, el elevado ahorro generado posibilita varias opciones para el cambio a biomasa, y se debe estudiar en cada caso la opción más viable. Se debe destacar que la vida útil para este tipo de calderas e instalaciones es de 20 años Análisis financiero Se pueden plantear tiempos de devolución del préstamos mayores (hasta 12 años), lo que implicaría unos intereses mayores. En este caso se considera un periodo reducido de 7 años. Asimismo, se debe tener en cuenta que el interés a pagar dependerá de la solvencia económica del usuario final. A mayor solvencia, menor interés, y por tanto mejores resultados. En la siguiente imagen se muestran los resultados generados por RETscreen: Página 143 de 428

144 Se observa que los ratios financieros son positivos: La TIR (Tasa Interna de Retorno) representa la rentabilidad de la inversión realizada, del 12,1%. La instalación se paga con el ahorro producido en 4,6 años. La instalación se paga con el ahorro generado, admitiendo un préstamo de 7 años. En la siguiente gráfica se observan los costes de energía con gasóleo (izquierda), al usar biomasa (derecha), y el ahorro resultante tras obtener un crédito para 6 años, por el total de las inversiones a realizar (centro), incluyendo los costes de mantenimiento externo: Página 144 de 428

145 Se observa como durante el periodo de devolución del crédito, el ahorro generado lo paga, y además deja un ahorro adicional de /año. Esto sucedería los años 1 a 7 Una vez devuelto el crédito, a partir del año 8, el ahorro generado sería de /año. Al finalizar el plazo del crédito, las instalaciones pasan a propiedad del cliente, tras aportar el valor residual que se acuerde con la entidad financiera, normalmente un valor muy reducido y casi simbólico. En la gráfica de flujo de caja acumulado, se observa que tras quince años de funcionamiento, se ahorran más de , lo que incluye el haber pagado completamente la nueva instalación mediante el crédito solicitado: La clave de la viabilidad de la operación será la formalización del crédito, que permita pagar las nuevas instalaciones con el ahorro producido, sin que el usuario tenga que hacer inversión alguna. Página 145 de 428

146 Efectos sobre el medio ambiente En cuanto a las emisiones de GEI (gases de efecto invernadero, como el CO2), el uso de biomasa tiene efectos equivalentes a 3,3 Has de bosque absorbiendo carbón. Este es el efecto equivalente a la reducción de emisiones de GEI en 35,5 Tms/año: Análisis de Emisiones Emisiones GEI Caso base tco2 35,5 Caso propuesto tco2 0,0 Reducción anual bruta de emisiones GEI tco2 35,5 Derechos de transacción por créditos GEI % Reducción de emisiones GEI anual neta tco2 35, Comparativo de costes según combustibles Aparte de la comparativa entre gasóleo y biomasa (pélets), se realiza un comparativo con las restantes fuentes de energía fósil: gas propano y gas natural. Los precios unitarios (en c /kwh) para cada fuente de energía son los siguientes: Página 146 de 428

147 Realizando el análisis de viabilidad económico a 15 años, con la solicitud de un crédito a 7 años, se pueden representar las curvas de gasto acumulado: Página 147 de 428

148 Se observa que la viabilidad del cambio a biomasa es elevada en los casos de Gasóleo y Gas Propano, ya que se puede solicitar un crédito a 7 años que se paga con el ahorro, y a pesar de ello se dispone de un ahorro adicional (la diferencia entre curvas). Sin embargo, en el caso de Gas Natural, se observa que la viabilidad del cambio es escasa, ya que tiene un coste mucho más ajustado. La necesidad de hacer una nueva instalación de biomasa lastra la viabilidad de esta alternativa. Por ello, se concluye que la biomasa es la alternativa más interesante cuando no existe gas natural disponible. En la siguiente imagen se muestran los desembolsos en todos los casos, tras 20 años de operación: Conclusiones Una vez analizado el caso tipo, así como los datos sobre diversos casos en el sector, se pueden obtener una serie de conclusiones, válidas para poder tomar decisiones sobre el uso de biomasa en instalaciones de este grupo Resumen de los casos analizados Una vez analizado el caso tipo, se pueden extrapolar resultados para la totalidad de instalaciones del grupo de Institutos. Página 148 de 428

149 En primer lugar, se puede analizar el ahorro que se puede obtener en el caso de extender al resto de casos el uso de biomasa. Se analizan los ahorros obtenidos, tanto en el caso de astillas como de pélets, así como las cantidades de biomasa necesarias. PROPUESTA ASTILLA PROPUESTA PÉLET Instalación TMS COSTE AHORRO TMS COSTE AHORRO Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,0% ,7% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,2% Instituto ,8% ,8% Instituto ,8% ,8% Página 149 de 428

150 Las cifras conjuntas para el grupo, en caso de extender el uso de biomasa, serían: ASTILLAS: Tms/año Precio de las astillas (IVA incluido del 21%): 121 /Tm Ahorro de costes: /año Los ahorros oscilan entre el 47,9% (gas natural) y el 78,0% (gas propano) PÉLETS: Tms/año Precio de los pélets (IVA incluido del 21%): 242 /Tm Ahorro de costes: /año Los ahorros oscilan entre el 11,6% (gas natural) y el 62,7% (gas propano) Por otro lado, se analiza la factibilidad de que el cambio a biomasa se realice mediante Empresas de Servicios Energéticos (ESEs), que se ocupan de realizar las inversiones, asumiendo un contrato de venta de energía (calor) por un periodo entre 7 y 12 años, usualmente 10. Las opción de ESEs es especialmente interesante en el caso de la administración pública, aunque existe una limitación, ya que sólo es asumible en aquellos casos en el consumo energético sea mayor de una cierta cantidad (normalmente se considera kwh/año como mínimo), así como un coste energético mínimo determinado (se considera 8 c /kwh, descartando con ello los casos de gas natural, como antes se ha comprobado). Poniendo estos factores en una tabla, se determinan el número de casos en los que se cumplen ambos factores simultáneamente: Página 150 de 428

151 INTERESANTE PARA ESE Instalación Consumo Precio Total Instalación Consumo Precio Total Instituto Instituto ,125 1 Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto ,5% 5 12,5% Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Instituto Se marca con 1 en caso de que se cumpla la condición, o 0 cuando no lo cumple. Se obtienen los siguientes resultados: Casos interesantes por consumo energético: 5 Casos interesantes por coste de energía: 40 Casos interesantes ambas condiciones: 5 Por tanto, sería factible el cambio a biomasa mediante ESEs en 5 de los 40 casos. Esto supone el 12,5% de los casos analizados. En todos los casos es factible el cambio a biomasa, aunque no siempre mediante la fórmula de ESEs. Para ello se debe estudiar cada caso concreto, y realizar un diálogo con las empresas que puedan llevar a cabo ese cambio, a fin de encontrar líneas de colaboración y entendimiento. En este sentido, las ESEs están encontrando soluciones muy dinámicas, y es un sector en continua evolución. En total, es factible el cambio a biomasa en 5 de los 40 casos estudiados, esto es, un 12,5% de los casos. Página 151 de 428

152 6.5. Grupo Centro de Menores Instalaciones en el estudio: 9 Página 152 de 428

153 Datos generales del grupo El grupo Centro de Menores dispone de las siguientes características comunes: Tipo de edificación: en bloque y concentrado, con preponderancia de habitaciones de los usuarios residentes y zonas comunes. Uso: residencial, incluyendo aseo y servicio de comedor. Ubicación: suelen estar situadas en la periferia del casco urbano, no siendo habitual la presencia de gas natural. Consumo de energía. Tienen consumo de calor durante todo el año, para los siguientes usos: o Calefacción: unos 5-6 meses al año, representando un 90% del consumo anual. o Agua Caliente Sanitaria (ACS): durante todo el año, representando un 10% del consumo anual. Ocupación: permanente o 30 días al mes. o 24 horas al día. Para poder caracterizar el grupo, se han obtenido datos de varias instalaciones en Extremadura (9 instalaciones), con los que se ha determinado un caso tipo, un rango de consumos energéticos, y con todo ello se han establecido unos rangos para poder tomar decisiones respecto a las instalaciones del sector. El esquema de principio empleado en la actualidad es el siguiente: Página 153 de 428

154 Con respecto a los datos de consumo de energía en la actualidad, indicando el tipo de combustible fósil empleado, su consumo anual y el valor del consumo energético anual en kwh/año, los datos disponibles son: Instalación Gasoil (l/año) Propano GN (kg/año) (m 3 /año) Gasoil (Kwh/año) CONSUMO ENERGÍA Propano (Kwh/año) GN (Kwh/año) (Kwh/año) CAM CAM CAM CAM CAM CAM CAM CAM CAM Con respecto a la intensidad del consumo de energía y las potencias instaladas en la actualidad, los datos disponibles son los siguientes: Instalación Combustible KW MESES D/M % CALEFACCIÓN ACS TOTAL H PP/DÍA KW MESES D/M % H PP/DÍA CAM 1 Gasoleo % 2, % ,8 CAM 2 Gas natural % 3, ,5 CAM 3 Gas natural % 0, ,2 CAM 4 Gasoleo % 5, % 0, ,7 CAM 5 Gas natural % 0,2 68 0,2 CAM 6 Gasoleo % 4, % 0, ,2 CAM 7 Gas natural % 2, ,2 CAM 8 Gasoleo % 6, % 2, ,8 CAM 9 Gasoleo % 6, % 1, ,8 KW H PP/DÍA Se ha estimado el porcentaje de consumo en usos de calefacción en un 90%, siendo el restante 10% para ACS. Junto con el ciclo de trabajo de la demanda térmica, se ha estimado la carga de trabajo de las calderas existentes, en la forma de HORAS DE TRABAJO A PLENA POTENCIA DE LAS CALDERAS CADA DÍA (h PP/día), que sirve para estimar la carga de trabajo de las calderas y el grado de sobredimensionado de las mismas (muy habitual en calderas de combustible fósil, que se dimensionan por potencia instantánea). Se observa que la mayor parte de las instalaciones disponen de calderas que trabajan entre 2 y 6 horas al día. Para calcular esto, se hace uso: t (tiempo en horas) = E (energía en kwh) / P (potencia en kw) Se observa que este tipo de instalaciones tiene consumo energético durante los meses de invierno. Se ha considerado para el Caso Tipo que el 100% del consumo energético es para calefacción. Página 154 de 428

155 Con respecto al combustible fósil empleado en la actualidad, se observa el siguiente reparto: Combustible Nº % Gasóleo 5 55,6% Gas Propano 0 - Gas Natural 4 44,4% Otros Datos técnicos del caso tipo Se establecen las características del caso tipo, a partir del conjunto de datos del total de usuarios, a partir de un análisis estadístico de los datos existentes. Con ello se establece un caso que debe ser representativo del sector, al representar a un número importante de instalaciones Consumo Energético El parámetro fundamental que determina el caso tipo es el consumo energético a lo largo de un año, medido en kwh/año. Se ha efectuado un análisis estadístico de los datos, con los siguientes resultados: Página 155 de 428

156 Número de valores: 9 Mínimo: Máximo: Media aritmética (µ): Desviación estándar (σ): kwh/año kwh/año kwh/año kwh/año Se observa que hay un valor muy discordante con los demás, lo que hace aumentar el valor de la desviación estándar. Los dos últimos parámetros se calculan de acuerdo con la distribución de campana de Gauss, que representa la distribución normal de una muestra: De acuerdo con la distribución normal, el 68,26% de los valores de consumo energético se encuentran entre los valores de: ( µ σ ) = = kwh/año ( µ + σ ) = = kwh/año Como caso tipo representativo, se adopta como significativo el valor de kwh/año, ya que hay un valor discordante de alto consumo, que no se considera para la elección del caso tipo. Se toma el promedio del resto de valores. Para el total de 40 instalaciones, el consumo de energía conjunto asciende a kwh/año, con el siguiente desglose: Gasóleo: kwh/año 83,5% Gas propano: 0 kwh/año 0% Gas natural: kwh/año 16,5% Página 156 de 428

157 Tipo de Combustible Del total de 9 casos de los que se disponen de datos, en cuanto al tipo de combustible empleado en la actualidad se observa que el gasóleo es el más frecuente, al estar presente en el 55,6% de los 9 casos analizados. En el estudio de viabilidad se ofrecerá un comparativo del coste de energía respecto de las tres opciones de combustibles fósiles: gasóleo, gas natural y gas propano. Se ha efectuado un análisis estadístico del precio unitario de la energía (en c /kwh, los kwh se miden en PCI - Poder Calorífico Inferior), con los siguientes resultados: Mínimo: Máximo: Promedio: Desviación estándar (σ): 5,9500 c /kwh 10,2850 c /kwh 9,5716 c /kwh 2,2847 c /kwh Número de valores: Descripción de la solución técnica adoptada El esquema de funcionamiento planteado para el uso de biomasa se basa en el siguiente esquema: Página 157 de 428

158 Se instala una nueva caldera de biomasa, que sirva como apoyo a la(s) caldera(s) ya existente(s), con el objetivo de sustituir completamente al combustible fósil. De esta manera, la instalación de biomasa funcionará como Sistema de Carga Base. La caldera actual queda como reserva para momentos puntuales (Sistema de Carga Punta), o en caso de averías en la caldera de biomasa. No tiene sentido hacer un gasto en eliminar los sistemas actuales, si pueden tener utilidad. La caldera de biomasa alimenta los circuitos y sistemas existentes en la actualidad, y trabajará a las mismas temperaturas. Es importante destacar que los sistemas de biomasa hacen uso de un deposito de inercia, tal y como se explicará en el apartado de instalaciones hidráulicas. Esto condiciona su modo de funcionamiento, ya que la biomasa no es instantánea (como con los combustibles fósiles tradicionales), sino que la caldera de biomasa debe funcionar de manera lo más continua posible en el tiempo, ya que precisan de cierto tiempo para su arranque y paro, y no son instantáneos. Para el cálculo de las nuevas instalaciones se hará uso de la demanda térmica, y de los datos climatológicos, mediante el uso del programa RETscreen, a fin de determinar el sistema de biomasa más adecuado para cubrir la demanda térmica, a la vez que se maximiza la calidad (para que el mantenimiento a hacer sea mínimo) y se optimiza la inversión (los equipos de biomasa son caros). Página 158 de 428

159 En los siguientes puntos se detallan los diferentes aspectos de la propuesta con biomasa Tipo de Biomasa En el caso tipo analizado, con un consumo de kwh/año, es más favorable el uso de pélets mediante una caldera específica, instalada en paralelo con la caldera de combustible fósil existente en la actualidad. Este tipo de equipos también pueden emplear hueso de aceituna, aunque depende de cada modelo y marca, no siendo una solución estándar. Por ello, el análisis se ciñe al uso de pélets Instalación Hidráulica La nueva instalación de biomasa tendrá las mismas características que la expuesta en el apartado Depósito de almacenamiento de biomasa El depósito de almacenamiento de biomasa tendrá las mismas características que el expuesto en el apartado Tipo de Caldera La caldera tendrá las mismas características que la expuesta en el apartado Funcionamiento del Sistema El sistema funcionará tal y como se ha expuesto en el apartado Estudio Técnico-Económico Una vez definidas las bases del caso tipo y de la propuesta con biomasa a implementar, se analiza la viabilidad del uso de biomasa, desde el punto de vista técnico, económico y financiero Propuesta técnica Los datos que se emplean para el modelo técnico son los siguientes: Consumo energético anual: kwh/año Ponderación del ACS en el total del consumo energético: 10% de incremento sobre la demanda base de calefacción (es un valor empírico, que se suele cumplir, con una tasa elevada de uso para aseo y limpieza). Combustible fósil a comparar: gasóleo, a un precio de 1,029 /litro (IVA incluido), y un poder calorífico (PCI) de 10 kwh/litro. Página 159 de 428

160 Rendimiento térmico de los equipos: 90% (tanto para el combustible fósil como para biomasa), aunque es previsible que con la sustitución de las calderas de combustible fósil se mejora la eficiencia energética, y que el ahorro sea mayor, aunque esto no se ha considerado en el estudio tipo. La potencia térmica existente en gasóleo es de 500 kw, según los datos promedio del grupo. El programa RETscreen tiene varias formas de calcular. Se ha optado por determinar la demanda energética, de manera que la suma de las necesidades de calefacción y del ACS sea el consumo energético de kwh, que en el caso de gasóleo supone el consumo de litros/año. De esta manera, para el cálculo de la potencia se consideran tanto la demanda de calefacción como la de ACS, ya que la caldera de biomasa a instalar debe abastecer a ambos tipos de demanda: Una vez establecida la demanda térmica, se determina la potencia térmica en biomasa necesaria para abastecerla, que cifra en un mínimo de 83,2 kw, frente a los 500 kw instalados en gasóleo (que suponen un 600,9% de la potencia realmente necesaria). Página 160 de 428

161 Es muy usual la existencia de potencias muy sobredimensionadas, lo que provoca que el número de horas que trabajen al día sea reducido (ver más detalles en el apartado 2, donde se analizan las instalaciones de las que se disponen datos), frente al total disponible para funcionar, que es de 24 horas al día. Por ello, se establece la potencia necesaria en biomasa, de 90 kw, que es el valor de la potencia útil. Con ello se abastece al 100% de la demanda térmica. Con respecto al ciclo de trabajo de la caldera, se calculan las horas de trabajo en un año: Potencia de consumo de biomasa = 90/0,9 = 100 kw Horas trabajo = energía / potencia = kwh/año / 100 kw = h/año La caldera de biomasa trabajará un total de horas a lo largo de un año, calculadas como equivalentes a plena potencia (habría que sumar los tiempos de arranque y parada). Con respecto al ciclo de trabajo máximo diario (en invierno, campaña de calefacción): Calefacción: kwh/año / 5 meses / 30 días = 960 kwh/día ACS: kwh/año / 12 meses / 30 días = 45 kwh/día Total consumo diario punta: kwh/día Ciclo de trabajo punta: kwh/día / 100 kw = 10,05 h/día En punta, la caldera de biomasa trabajará un máximo de 10,0 horas diarias (equivalentes a plena potencia), sobre un máximo de 24 horas disponibles. Esta carga es perfectamente asumible para una caldera de biomasa de altas prestaciones. Con ello, se deja cerrada la elección de la potencia de la caldera de biomasa, que es uno de los aspectos más importantes para realizar un buen diseño. Con respecto a la capacidad del silo, se ha considerado uno con dimensiones 4 x 4 m 2 (en planta) y 3 metros de altura, lo que hace un volumen total de 48 m 3, y en el caso de astilla una capacidad útil de 36 m 3 (descontando los espacios no ocupados), que supone una capacidad de 23,4 Tms. Esta es la cantidad que puede llevar un camión de descarga neumática. El consumo anual de biomasa es de 34,2 Tms/año, lo que implicará 1,5 recargas anuales, lo que representa una autonomía del silo de unos 3 meses en campaña de invierno, que es el tiempo entre recargas. Hay que estar atentos para que el silo nunca se quede sin biomasa. NOTA: Se debe destacar que en caso de haber escogido la potencia de 500 kw para biomasa, hubiera supuesto varios importantes inconvenientes: Importante encarecimiento, ya que las calderas de biomasa son elementos muy costoso, y a más potencia más coste, de manera más o menos proporcional. Página 161 de 428

162 La caldera funcionaría mucho peor, al arrancar y parar continuamente, generando más ensuciamiento en el interior, más cenizas, y más humo visible por chimenea Inversión necesaria Con respecto a la inversión, se ha considerado un ratio de 300 /kw de potencia instalada (IVA no incluido), que es un ratio empírico para el caso de calderas de pélets de alta gama. Como la potencia a instalar es de 70 kw, el coste total se estima en 90 kw x 300 /kw = (sin IVA), que añadiendo el IVA del 21% asciende a Las partes de que consta dicho presupuesto son: Inversión % Equipos principales (caldera de biomasa y tanques de inercia) % Obra civil: fundamentalmente el silo de biomasa y sala de calderas % Instalaciones: instalación hidráulica, elementos de la instalación (bombas ), salida de humos, instalación eléctrica, etc. Otros: legalización, imprevistos TOTAL % % Esta inversión es una estimación, y en cada caso se deberá hacer un estudio detallado, ya que puede haber elementos existentes que se pueden aprovechar (obra civil, bombas, depósitos de inercia, etc.) Estudio económico Se ha tomado como dato de consumo de combustible fósil (gasóleo) litros/año. En cuanto al precio, se ha estimado 1,029 /litro (IVA incluido). Página 162 de 428

163 El coste de gasóleo es de /año, y la biomasa equivalente (pélets a 242 /Tm) asciende a /año, lo que representa un ahorro de costes de /año. A este ahorro se le debe descontar el mantenimiento y las inversiones a realizar, para obtener la viabilidad económica. Los costes de mantenimiento revisiones de los servicios técnicos autorizados (STA), se estiman en 400 /año con los combustibles fósiles, y 800 en el caso de los equipos de biomasa. El gran ahorro generado permite pagar el cambio a biomasa mediante el ahorro producido, para lo que se puede solicitar un crédito bancario, de manera que el cliente no deba hacer inversiones iniciales, sino que las nuevas instalaciones de biomasa se paguen con el ahorro generado. Las condiciones finales dependen del análisis que se haga del cliente por parte de la entidad financiera. Otra opción de realizar este cambio es mediante la participación de Empresas de Servicios Energéticos (ESEs), que no suponen endeudarse al usuario, aunque el ahorro obtenido se reduce. En todo caso, el elevado ahorro generado posibilita varias opciones para el cambio a biomasa, y se debe estudiar en cada caso la opción más viable. Se debe destacar que la vida útil para este tipo de calderas e instalaciones es de 20 años Análisis financiero Se pueden plantear tiempos de devolución del préstamos mayores (hasta 12 años), lo que implicaría unos intereses mayores. En este caso se considera un periodo reducido de 7 años. Asimismo, se debe tener en cuenta que el interés a pagar dependerá de la solvencia económica del usuario final. A mayor solvencia, menor interés, y por tanto mejores resultados. En la siguiente imagen se muestran los resultados generados por RETscreen: Página 163 de 428

164 Se observa que los ratios financieros son positivos: La TIR (Tasa Interna de Retorno) representa la rentabilidad de la inversión realizada, del 14,1%. La instalación se paga con el ahorro producido en 4,2 años. La instalación se paga con el ahorro generado, admitiendo un préstamo de 7 años. En la siguiente gráfica se observan los costes de energía con gasóleo (izquierda), al usar biomasa (derecha), y el ahorro resultante tras obtener un crédito para 7 años, por el total de las inversiones a realizar (centro), incluyendo los costes de mantenimiento externo: Página 164 de 428

165 Se observa como durante el periodo de devolución del crédito, el ahorro generado lo paga, y además deja un ahorro adicional de /año. Esto sucedería los años 1 a 7 Una vez devuelto el crédito, a partir del año 8, el ahorro generado sería de /año. Al finalizar el plazo del crédito, las instalaciones pasan a propiedad del cliente, tras aportar el valor residual que se acuerde con la entidad financiera, normalmente un valor muy reducido y casi simbólico. En la gráfica de flujo de caja acumulado, se observa que tras quince años de funcionamiento, se ahorran más de , lo que incluye el haber pagado completamente la nueva instalación mediante el crédito solicitado: La clave de la viabilidad de la operación será la formalización del crédito, que permita pagar las nuevas instalaciones con el ahorro producido, sin que el usuario tenga que hacer inversión alguna. Página 165 de 428

166 Efectos sobre el medio ambiente En cuanto a las emisiones de GEI (gases de efecto invernadero, como el CO2), el uso de biomasa tiene efectos equivalentes a 4,0 Has de bosque absorbiendo carbón. Este es el efecto equivalente a la reducción de emisiones de GEI en 35,5 Tms/año: Análisis de Emisiones Emisiones GEI Caso base tco2 43,0 Caso propuesto tco2 0,0 Reducción anual bruta de emisiones GEI tco2 43,0 Derechos de transacción por créditos GEI % Reducción de emisiones GEI anual neta tco2 43, Comparativo de costes según combustibles Aparte de la comparativa entre gasóleo y biomasa (pélets), se realiza un comparativo con las restantes fuentes de energía fósil: gas propano y gas natural. Los precios unitarios (en c /kwh) para cada fuente de energía son los siguientes: Página 166 de 428

167 Realizando el análisis de viabilidad económico a 15 años, con la solicitud de un crédito a 7 años, se pueden representar las curvas de gasto acumulado: Se observa que la viabilidad del cambio a biomasa es elevada en los casos de Gasóleo y Gas Propano, ya que se puede solicitar un crédito a 7 años que se paga con el ahorro, y a pesar de ello se dispone de un ahorro adicional (la diferencia entre curvas). Sin embargo, en el caso de Gas Natural, se observa que la viabilidad del cambio es escasa, ya que tiene un coste mucho más ajustado. La necesidad de hacer una nueva instalación de biomasa lastra la viabilidad de esta alternativa. Por ello, se concluye que la biomasa es la alternativa más interesante cuando no existe gas natural disponible. En la siguiente imagen se muestran los desembolsos en todos los casos, tras 20 años de operación: Página 167 de 428

168 Conclusiones Una vez analizado el caso tipo, así como los datos sobre diversos casos en el sector, se pueden obtener una serie de conclusiones, válidas para poder tomar decisiones sobre el uso de biomasa en instalaciones de este grupo Resumen de los casos analizados Una vez analizado el caso tipo, se pueden extrapolar resultados para la totalidad de instalaciones del grupo de Centros de Menores. En primer lugar, se puede analizar el ahorro que se puede obtener en el caso de extender al resto de casos el uso de biomasa. Se analizan los ahorros obtenidos, tanto en el caso de astillas como de pélets, así como las cantidades de biomasa necesarias. Página 168 de 428

169 PROPUESTA ASTILLA PROPUESTA PÉLET Instalación TMS COSTE AHORRO TMS COSTE AHORRO CAM ,8% ,8% CAM ,9% ,6% CAM ,9% ,6% CAM ,8% ,8% CAM ,9% ,6% CAM ,8% ,8% CAM ,9% ,6% CAM ,8% ,8% CAM ,8% ,8% Las cifras conjuntas para el grupo, en caso de extender el uso de biomasa, serían: ASTILLAS: 760 Tms/año Precio de las astillas (IVA incluido del 21%): 121 /Tm Ahorro de costes: /año Los ahorros oscilan entre el 47,9% (gas natural) y el 78,0% (gas propano) PÉLETS: 644 Tms/año Precio de los pélets (IVA incluido del 21%): 242 /Tm Ahorro de costes: /año Los ahorros oscilan entre el 11,6% (gas natural) y el 62,7% (gas propano) Por otro lado, se analiza la factibilidad de que el cambio a biomasa se realice mediante Empresas de Servicios Energéticos (ESEs), que se ocupan de realizar las inversiones, asumiendo un contrato de venta de energía (calor) por un periodo entre 7 y 12 años, usualmente 10. Las opción de ESEs es especialmente interesante en el caso de la administración pública, aunque existe una limitación, ya que sólo es asumible en aquellos casos en el consumo energético sea mayor de una cierta cantidad (normalmente se considera kwh/año como mínimo), así como un coste energético mínimo determinado (se considera 8 c /kwh, descartando con ello los casos de gas natural, como antes se ha comprobado). Poniendo estos factores en una tabla, se determinan el número de casos en los que se cumplen ambos factores simultáneamente: Página 169 de 428

170 INTERESANTE PARA ESE Instalación Consumo Precio Total CAM CAM CAM CAM CAM ,3% 0 0 CAM CAM CAM CAM Se marca con 1 en caso de que se cumpla la condición, o 0 cuando no lo cumple. Se obtienen los siguientes resultados: Casos interesantes por consumo energético: 3 Casos interesantes por coste de energía: 5 Casos interesantes ambas condiciones: 3 Por tanto, sería factible el cambio a biomasa mediante ESEs en 3 de los 9 casos. Esto supone el 33,3% de los casos analizados. En todos los casos es factible el cambio a biomasa, aunque no siempre mediante la fórmula de ESEs. Para ello se debe estudiar cada caso concreto, y realizar un diálogo con las empresas que puedan llevar a cabo ese cambio, a fin de encontrar líneas de colaboración y entendimiento. En este sentido, las ESEs están encontrando soluciones muy dinámicas, y es un sector en continua evolución. En total, es factible el cambio a biomasa en 3 de los 9 casos estudiados, esto es, un 33,3% de los casos. Página 170 de 428

171 6.6. Grupo Oficinas Instalaciones en el estudio: 15 Página 171 de 428

172 Datos generales del grupo Las oficinas disponen de las siguientes características comunes: Tipo de edificación: en bloque y concentrado, o bien en varias edificaciones, con preponderancia de aulas ocupadas en horario laboral. Uso: calefacción en horario lectivo, usualmente de 8 a 15 h, no incluye ACS. Ubicación: suelen estar situadas en el casco urbano, no siendo habitual la presencia de gas natural. Muchos centros en entornos rurales. Consumo de energía. Tienen consumo de calor durante los meses de invierno, para los siguientes usos: o Calefacción: unos 5-6 meses al año, representando un 100% del consumo anual. El consumo es medio, debido a que sólo se calefactan las aulas en horario de mañana, y de lunes a viernes. Algunos centros tienen uso por la tarde. Ocupación: de lunes a viernes, en jornada de mañana. o 22 días al mes. o 8-10 horas al día. o 12 meses al año. Para poder caracterizar el grupo, se han obtenido datos de varias instalaciones en Extremadura (15 instalaciones), con los que se ha determinado un caso tipo, un rango de consumos energéticos, y con todo ello se han establecido unos rangos para poder tomar decisiones respecto a las instalaciones del sector. El esquema de principio empleado en la actualidad es el siguiente: Página 172 de 428

173 Con respecto a los datos de consumo de energía en la actualidad, indicando el tipo de combustible fósil empleado, su consumo anual y el valor del consumo energético anual en kwh/año, los datos disponibles son: Instalación Gasoil (l/año) Propano GN (kg/año) (m 3 /año) Gasoil (Kwh/año) CONSUMO ENERGÍA Propano (Kwh/año) GN (Kwh/año) (Kwh/año) Oficina Oficina Oficina Oficina Oficina Oficina Oficina Oficina Oficina Oficina Oficina Oficina Oficina Oficina Oficina Con respecto a la intensidad del consumo de energía y las potencias instaladas en la actualidad, los datos disponibles son los siguientes: Instalación Combustible KW MESES D/M % CALEFACCIÓN ACS TOTAL H PP/DÍA KW MESES D/M % H PP/DÍA Oficina 1 Gas natural % 8, ,6 Oficina 2 Gasoleo 418, % 2, ,8 Oficina 3 Gasoleo % 8, ,0 Oficina 4 Gas Natural % 4, ,9 Oficina 5 Gas natural % 1, ,6 Oficina 6 Gasóleo % 2, ,5 Oficina 7 Gasoleo % 5, ,4 Oficina 8 Gasoleo 417, % 3, ,5 Oficina 9 Gasoleo % 3, ,0 Oficina 10 Gasoleo % 3, ,8 Oficina 11 Gasoleo 196, % 6, ,7 Oficina 12 Gasoleo 164, % 3, ,5 Oficina 13 Gas natural % 3, ,5 Oficina 14 Gasoleo % 2, ,5 Oficina 15 Gasoleo 302, % 0, ,9 KW H PP/DÍA Se ha considerado el porcentaje de consumo en usos de calefacción en un 100%, lo cual ocurre en todos los casos analizados. Junto con el ciclo de trabajo de la demanda térmica, se ha estimado la carga de trabajo de las calderas existentes, en la forma de HORAS DE TRABAJO A PLENA POTENCIA DE LAS CALDERAS CADA DÍA (h PP/día), que sirve para estimar la carga de trabajo de las calderas y el grado de Página 173 de 428

174 sobredimensionado de las mismas (muy habitual en calderas de combustible fósil, que se dimensionan por potencia instantánea). Se observa que la mayor parte de las instalaciones disponen de calderas que trabajan entre 2 y 8 horas al día. Para calcular esto, se hace uso: t (tiempo en horas) = E (energía en kwh) / P (potencia en kw) Se observa que este tipo de instalaciones tiene consumo energético durante los meses de invierno. Se ha considerado para el Caso Tipo que el 100% del consumo energético es para calefacción. Con respecto al combustible fósil empleado en la actualidad, se observa el siguiente reparto: Combustible Nº % Gasóleo 11 73,3% Gas Propano 0 - Gas Natural 4 26,7% Otros Datos técnicos del caso tipo Se establecen las características del caso tipo, a partir del conjunto de datos del total de usuarios, a partir de un análisis estadístico de los datos existentes. Con ello se establece un caso que debe ser representativo del sector, al representar a un número importante de instalaciones Consumo Energético El parámetro fundamental que determina el caso tipo es el consumo energético a lo largo de un año, medido en kwh/año. Se ha efectuado un análisis estadístico de los datos, con los siguientes resultados: Página 174 de 428

175 Número de valores: 15 Mínimo: Máximo: Media aritmética (µ): Desviación estándar (σ): kwh/año kwh/año kwh/año kwh/año Los dos últimos parámetros se calculan de acuerdo con la distribución de campana de Gauss, que representa la distribución normal de una muestra: De acuerdo con la distribución normal, el 68,26% de los valores de consumo energético se encuentran entre los valores de: ( µ σ ) = = kwh/año ( µ + σ ) = = kwh/año Página 175 de 428

176 Como caso tipo representativo, se adopta como significativo el valor de kwh/año, que es el valor promedio obtenido. Para el total de 15 instalaciones, el consumo de energía conjunto asciende a kwh/año, con el siguiente desglose: Gasóleo: kwh/año 79,6% Gas propano: 0 kwh/año 0% Gas natural: kwh/año 20,4% Tipo de Combustible Del total de 15 casos de los que se disponen de datos, en cuanto al tipo de combustible empleado en la actualidad se observa que el gasóleo es el más frecuente, al estar presente en el 73,3% de los 15 casos analizados. En el estudio de viabilidad se ofrecerá un comparativo del coste de energía respecto de las tres opciones de combustibles fósiles: gasóleo, gas natural y gas propano. Se ha efectuado un análisis estadístico del precio unitario de la energía (en c /kwh, los kwh se miden en PCI - Poder Calorífico Inferior), con los siguientes resultados: Mínimo: Máximo: Promedio: 5,9500 c /kwh 10,2850 c /kwh 8,8579 c /kwh Página 176 de 428

177 Desviación estándar (σ): 1,8509 c /kwh Número de valores: Descripción de la solución técnica adoptada El esquema de funcionamiento planteado para el uso de biomasa se basa en el siguiente esquema: Se instala una nueva caldera de biomasa, que sirva como apoyo a la(s) caldera(s) ya existente(s), con el objetivo de sustituir completamente al combustible fósil. De esta manera, la instalación de biomasa funcionará como Sistema de Carga Base. La caldera actual queda como reserva para momentos puntuales (Sistema de Carga Punta), o en caso de averías en la caldera de biomasa. No tiene sentido hacer un gasto en eliminar los sistemas actuales, si pueden tener utilidad. La caldera de biomasa alimenta los circuitos y sistemas existentes en la actualidad, y trabajará a las mismas temperaturas. Es importante destacar que los sistemas de biomasa hacen uso de un deposito de inercia, tal y como se explicará en el apartado de instalaciones hidráulicas. Esto condiciona su modo de funcionamiento, ya que la biomasa no es instantánea (como con los combustibles fósiles tradicionales), sino que la caldera de biomasa debe funcionar de manera lo más continua posible en el tiempo, ya que precisan de cierto tiempo para su arranque y paro, y no son instantáneos. Página 177 de 428

178 Para el cálculo de las nuevas instalaciones se hará uso de la demanda térmica, y de los datos climatológicos, mediante el uso del programa RETscreen, a fin de determinar el sistema de biomasa más adecuado para cubrir la demanda térmica, a la vez que se maximiza la calidad (para que el mantenimiento a hacer sea mínimo) y se optimiza la inversión (los equipos de biomasa son caros). En los siguientes puntos se detallan los diferentes aspectos de la propuesta con biomasa Tipo de Biomasa En el caso tipo analizado, con un consumo de kwh/año, es más favorable el uso de pélets mediante una caldera específica, instalada en paralelo con la caldera de combustible fósil existente en la actualidad. Este tipo de equipos también pueden emplear hueso de aceituna, aunque depende de cada modelo y marca, no siendo una solución estándar Instalación Hidráulica La nueva instalación de biomasa tendrá las mismas características que la expuesta en el apartado Depósito de almacenamiento de biomasa El depósito de almacenamiento de biomasa tendrá las mismas características que el expuesto en el apartado Tipo de Caldera La caldera tendrá las mismas características que la expuesta en el apartado Funcionamiento del Sistema El sistema funcionará tal y como se ha expuesto en el apartado Estudio Técnico-Económico Una vez definidas las bases del caso tipo y de la propuesta con biomasa a implementar, se analiza la viabilidad del uso de biomasa, desde el punto de vista técnico, económico y financiero Propuesta técnica Los datos que se emplean para el modelo técnico son los siguientes: Consumo energético anual: kwh/año Página 178 de 428

179 Ponderación del ACS en el total del consumo energético: 0%. Sólo para calefacción en temporada de invierno (5 meses al año). Combustible fósil a comparar: gasóleo, a un precio de 1,029 /litro (IVA incluido), y un poder calorífico (PCI) de 10 kwh/litro. Rendimiento térmico de los equipos: 90% (tanto para el combustible fósil como para biomasa), aunque es previsible que con la sustitución de las calderas de combustible fósil se mejora la eficiencia energética, y que el ahorro sea mayor, aunque esto no se ha considerado en el estudio tipo. La potencia térmica existente en gasóleo es de 500 kw, según los datos promedio del grupo. El programa RETscreen tiene varias formas de calcular. Se ha optado por determinar la demanda energética, de manera que la suma de las necesidades de calefacción y del ACS sea el consumo energético de kwh, que en el caso de gasóleo supone el consumo de litros/año. De esta manera, para el cálculo de la potencia se consideran tanto la demanda de calefacción como la de ACS, ya que la caldera de biomasa a instalar debe abastecer a ambos tipos de demanda: Página 179 de 428

180 Una vez establecida la demanda térmica, se determina la potencia térmica en biomasa necesaria para abastecerla, que cifra en un mínimo de 95,5 kw, frente a los 500 kw instalados en gasóleo (que suponen un 523,6% de la potencia realmente necesaria). Es muy usual la existencia de potencias muy sobredimensionadas, lo que provoca que el número de horas que trabajen al día sea reducido (ver más detalles en el apartado 2, donde se analizan las instalaciones de las que se disponen datos), frente al total disponible para funcionar, que es de 24 horas al día. Por ello, se establece la potencia necesaria en biomasa, de 100 kw, que es el valor de la potencia útil. Con ello se abastece al 100% de la demanda térmica. Con respecto al ciclo de trabajo de la caldera, se calculan las horas de trabajo en un año: Potencia de consumo de biomasa = 100/0,9 = 111,1 kw Horas trabajo = energía / potencia = kwh/año / 111,1 kw = h/año La caldera de biomasa trabajará un total de horas a lo largo de un año, calculadas como equivalentes a plena potencia (habría que sumar los tiempos de arranque y parada). Con respecto al ciclo de trabajo máximo diario (en invierno, campaña de calefacción): Calefacción: kwh/año / 5 meses / 22 días = kwh/día Total consumo diario: kwh/día Ciclo de trabajo promedio: kwh/día / 111,1 kw = 13,8 h/día En punta, la caldera de biomasa trabajará un máximo de 13,8 horas diarias (equivalentes a plena potencia), sobre un máximo de 24 horas disponibles. Esta carga es perfectamente asumible para una caldera de biomasa de altas prestaciones. Además, sería conveniente hacer trabajar a la caldera en el fin de semana, para que la temperatura del edificio no bajase, y por tanto el funcionamiento a principios de semana fuera menos intensivo. Con ello se optimiza el funcionamiento de la caldera. Con ello, se deja cerrada la elección de la potencia de la caldera de biomasa, que es uno de los aspectos más importantes para realizar un buen diseño. Con respecto a la capacidad del silo, se ha considerado uno con dimensiones 4 x 4 m 2 (en planta) y 3 metros de altura, lo que hace un volumen total de 48 m 3, y en el caso de astilla una capacidad útil de 36 m 3 (descontando los espacios no ocupados), que supone una capacidad de 23,4 Tms. Esta es la cantidad que puede llevar un camión de descarga neumática. Página 180 de 428

181 El consumo anual de biomasa es de 36,0 Tms/año, lo que implicará 1,5 recargas anuales, lo que representa una autonomía del silo de unos 3 meses en campaña de invierno, que es el tiempo entre recargas. Hay que estar atentos para que el silo nunca se quede sin biomasa. NOTA: Se debe destacar que en caso de haber escogido la potencia de 500 kw para biomasa, hubiera supuesto varios importantes inconvenientes: Importante encarecimiento, ya que las calderas de biomasa son elementos muy costoso, y a más potencia más coste, de manera más o menos proporcional. La caldera funcionaría mucho peor, al arrancar y parar continuamente, generando más ensuciamiento en el interior, más cenizas, y más humo visible por chimenea Inversión necesaria Con respecto a la inversión, se ha considerado un ratio de 300 /kw de potencia instalada (IVA no incluido), que es un ratio empírico para el caso de calderas de pélets de alta gama. Como la potencia a instalar es de 70 kw, el coste total se estima en 100 kw x 300 /kw = (sin IVA), que añadiendo el IVA del 21% asciende a Las partes de que consta dicho presupuesto son: Inversión % Equipos principales (caldera de biomasa y tanques de inercia) % Obra civil: fundamentalmente el silo de biomasa y sala de calderas % Instalaciones: instalación hidráulica, elementos de la instalación (bombas ), salida de humos, instalación eléctrica, etc. Otros: legalización, imprevistos TOTAL % % Esta inversión es una estimación, y en cada caso se deberá hacer un estudio detallado, ya que puede haber elementos existentes que se pueden aprovechar (obra civil, bombas, depósitos de inercia, etc.) Estudio económico Se ha tomado como dato de consumo de combustible fósil (gasóleo) litros/año. En cuanto al precio, se ha estimado 1,029 /litro (IVA incluido). Página 181 de 428

182 El coste de gasóleo es de /año, y la biomasa equivalente (pélets a 242 /Tm) asciende a /año, lo que representa un ahorro de costes de /año. A este ahorro se le debe descontar el mantenimiento y las inversiones a realizar, para obtener la viabilidad económica. Los costes de mantenimiento revisiones de los servicios técnicos autorizados (STA), se estiman en 400 /año con los combustibles fósiles, y 800 en el caso de los equipos de biomasa. El gran ahorro generado permite pagar el cambio a biomasa mediante el ahorro producido, para lo que se puede solicitar un crédito bancario, de manera que el cliente no deba hacer inversiones iniciales, sino que las nuevas instalaciones de biomasa se paguen con el ahorro generado. Las condiciones finales dependen del análisis que se haga del cliente por parte de la entidad financiera. Otra opción de realizar este cambio es mediante la participación de Empresas de Servicios Energéticos (ESEs), que no suponen endeudarse al usuario, aunque el ahorro obtenido se reduce. En todo caso, el elevado ahorro generado posibilita varias opciones para el cambio a biomasa, y se debe estudiar en cada caso la opción más viable. Se debe destacar que la vida útil para este tipo de calderas e instalaciones es de 20 años Análisis financiero Se pueden plantear tiempos de devolución del préstamos mayores (hasta 12 años), lo que implicaría unos intereses mayores. En este caso se considera un periodo reducido de 7 años. Asimismo, se debe tener en cuenta que el interés a pagar dependerá de la solvencia económica del usuario final. A mayor solvencia, menor interés, y por tanto mejores resultados. En la siguiente imagen se muestran los resultados generados por RETscreen: Página 182 de 428

183 Se observa que los ratios financieros son positivos: La TIR (Tasa Interna de Retorno) representa la rentabilidad de la inversión realizada, del 12,8%. La instalación se paga con el ahorro producido en 4,4 años. La instalación se paga con el ahorro generado, admitiendo un préstamo de 7 años. En la siguiente gráfica se observan los costes de energía con gasóleo (izquierda), al usar biomasa (derecha), y el ahorro resultante tras obtener un crédito para 6 años, por el total de las inversiones a realizar (centro), incluyendo los costes de mantenimiento externo: Página 183 de 428

184 Se observa como durante el periodo de devolución del crédito, el ahorro generado lo paga, y además deja un ahorro adicional de /año. Esto sucedería los años 1 a 7 Una vez devuelto el crédito, a partir del año 8, el ahorro generado sería de /año. Al finalizar el plazo del crédito, las instalaciones pasan a propiedad del cliente, tras aportar el valor residual que se acuerde con la entidad financiera, normalmente un valor muy reducido y casi simbólico. En la gráfica de flujo de caja acumulado, se observa que tras quince años de funcionamiento, se ahorran más de , lo que incluye el haber pagado completamente la nueva instalación mediante el crédito solicitado: La clave de la viabilidad de la operación será la formalización del crédito, que permita pagar las nuevas instalaciones con el ahorro producido, sin que el usuario tenga que hacer inversión alguna. Página 184 de 428

185 Efectos sobre el medio ambiente En cuanto a las emisiones de GEI (gases de efecto invernadero, como el CO2), el uso de biomasa tiene efectos equivalentes a 4,2 Has de bosque absorbiendo carbón. Este es el efecto equivalente a la reducción de emisiones de GEI en 45,2 Tms/año: Análisis de Emisiones Emisiones GEI Caso base tco2 45,2 Caso propuesto tco2 0,0 Reducción anual bruta de emisiones GEI tco2 45,2 Derechos de transacción por créditos GEI % Reducción de emisiones GEI anual neta tco2 45, Comparativo de costes según combustibles Aparte de la comparativa entre gasóleo y biomasa (pélets), se realiza un comparativo con las restantes fuentes de energía fósil: gas propano y gas natural. Los precios unitarios (en c /kwh) para cada fuente de energía son los siguientes: Página 185 de 428

186 Realizando el análisis de viabilidad económico a 15 años, con la solicitud de un crédito a 7 años, se pueden representar las curvas de gasto acumulado: Se observa que la viabilidad del cambio a biomasa es elevada en los casos de Gasóleo y Gas Propano, ya que se puede solicitar un crédito a 7 años que se paga con el ahorro, y a pesar de ello se dispone de un ahorro adicional (la diferencia entre curvas). Sin embargo, en el caso de Gas Natural, se observa que la viabilidad del cambio es escasa, ya que tiene un coste mucho más ajustado. La necesidad de hacer una nueva instalación de biomasa lastra la viabilidad de esta alternativa. Por ello, se concluye que la biomasa es la alternativa más interesante cuando no existe gas natural disponible. Página 186 de 428

187 En la siguiente imagen se muestran los desembolsos en todos los casos, tras 20 años de operación: Conclusiones Una vez analizado el caso tipo, así como los datos sobre diversos casos en el sector, se pueden obtener una serie de conclusiones, válidas para poder tomar decisiones sobre el uso de biomasa en instalaciones de este grupo Resumen de los casos analizados Una vez analizado el caso tipo, se pueden extrapolar resultados para la totalidad de instalaciones del grupo de Oficinas. En primer lugar, se puede analizar el ahorro que se puede obtener en el caso de extender al resto de casos el uso de biomasa. Se analizan los ahorros obtenidos, tanto en el caso de astillas como de pélets, así como las cantidades de biomasa necesarias. Página 187 de 428

188 PROPUESTA ASTILLA PROPUESTA PÉLET Instalación TMS COSTE AHORRO TMS COSTE AHORRO Oficina ,9% ,6% Oficina ,3% ,8% Oficina ,6% ,4% Oficina ,9% ,6% Oficina ,9% ,6% Oficina ,0% ,4% Oficina ,5% ,5% Oficina ,8% ,8% Oficina ,0% ,0% Oficina ,8% ,8% Oficina ,8% ,8% Oficina ,8% ,8% Oficina ,9% ,6% Oficina ,8% ,8% Oficina ,8% ,8% Las cifras conjuntas para el grupo, en caso de extender el uso de biomasa, serían: ASTILLAS: 648 Tms/año Precio de las astillas (IVA incluido del 21%): 121 /Tm Ahorro de costes: /año Los ahorros oscilan entre el 47,9% (gas natural) y el 78,0% (gas propano) PÉLETS: 550 Tms/año Precio de los pélets (IVA incluido del 21%): 242 /Tm Ahorro de costes: /año Los ahorros oscilan entre el 11,6% (gas natural) y el 62,7% (gas propano) Por otro lado, se analiza la factibilidad de que el cambio a biomasa se realice mediante Empresas de Servicios Energéticos (ESEs), que se ocupan de realizar las inversiones, asumiendo un contrato de venta de energía (calor) por un periodo entre 7 y 12 años, usualmente 10. Las opción de ESEs es especialmente interesante en el caso de la administración pública, aunque existe una limitación, ya que sólo es asumible en aquellos casos en el consumo energético sea mayor de una cierta cantidad (normalmente se considera kwh/año como mínimo), así como un coste energético mínimo determinado (se considera 8 c /kwh, descartando con ello los casos de gas natural, como antes se ha comprobado). Página 188 de 428

189 Poniendo estos factores en una tabla, se determinan el número de casos en los que se cumplen ambos factores simultáneamente: INTERESANTE PARA ESE Instalación Consumo Precio Total Oficina Oficina Oficina Oficina Oficina Oficina Oficina Oficina ,3% 1 0 Oficina Oficina Oficina Oficina Oficina Oficina Oficina Se marca con 1 en caso de que se cumpla la condición, o 0 cuando no lo cumple. Se obtienen los siguientes resultados: Casos interesantes por consumo energético: 5 Casos interesantes por coste de energía: 11 Casos interesantes ambas condiciones: 4 Por tanto, sería factible el cambio a biomasa mediante ESEs en 4 de los 15 casos. Esto supone el 26,7% de los casos analizados. En los 4 casos con gas natural no es factible el cambio a biomasa, al menos con razones económicas. En los restantes 11 casos, es factible el cambio a biomasa, mediante la fórmula de ESEs. Para ello se debe estudiar cada caso concreto, y realizar un diálogo con las empresas que puedan llevar a cabo ese cambio, a fin de encontrar líneas de colaboración y entendimiento. En este sentido, las ESEs están encontrando soluciones muy dinámicas, y es un sector en continua evolución. En total, es factible el cambio a biomasa en 4 de los 15 casos estudiados, esto es, un 26,7% de los casos. Página 189 de 428

190 6.7. Grupo Bibliotecas Instalaciones en el estudio: 3 Página 190 de 428

191 Datos generales del grupo Las bibliotecas disponen de las siguientes características comunes: Tipo de edificación: en bloque y concentrado, o bien en varias edificaciones, con preponderancia de salas comunes y despachos, ocupadas en horario de mañana y tarde. Uso: calefacción en horario lectivo, usualmente de 8 a 21 h, no incluye ACS. Ubicación: suelen estar situadas en el casco urbano, no siendo habitual la presencia de gas natural. Consumo de energía: Tienen consumo de calor durante los meses de invierno, para los siguientes usos: o Calefacción: unos 5-6 meses al año, representando un 100% del consumo anual. El consumo es medio, debido a que sólo se calefactan las aulas en horario de mañana, y de lunes a viernes. Algunos centros tienen uso por la tarde. Ocupación: de lunes a viernes, en jornada de mañana. o 30 días al mes. o 8-10 horas al día. o 12 meses al año. Para poder caracterizar el grupo, se han obtenido datos de varias instalaciones en Extremadura (3 instalaciones), con los que se ha determinado un caso tipo, un rango de consumos energéticos, y con todo ello se han establecido unos rangos para poder tomar decisiones respecto a las instalaciones del sector. El esquema de principio empleado en la actualidad es el siguiente: Página 191 de 428

192 Con respecto a los datos de consumo de energía en la actualidad, indicando el tipo de combustible fósil empleado, su consumo anual y el valor del consumo energético anual en kwh/año, los datos disponibles son: Instalación Gasoil (l/año) Propano GN (kg/año) (m 3 /año) Gasoil (Kwh/año) CONSUMO ENERGÍA Propano (Kwh/año) GN (Kwh/año) (Kwh/año) Biblioteca Biblioteca Biblioteca Con respecto a la intensidad del consumo de energía y las potencias instaladas en la actualidad, los datos disponibles son los siguientes: Instalación Combustible KW MESES D/M % CALEFACCIÓN ACS TOTAL H PP/DÍA KW MESES D/M % H PP/DÍA Biblioteca 1 Gasoleo % 5, ,1 Biblioteca 2 Gas natural % 2, ,5 Biblioteca 3 Gasoleo % 4, ,0 KW H PP/DÍA Se ha considerado el porcentaje de consumo en usos de calefacción en un 100%, lo cual ocurre en todos los casos analizados. Junto con el ciclo de trabajo de la demanda térmica, se ha estimado la carga de trabajo de las calderas existentes, en la forma de HORAS DE TRABAJO A PLENA POTENCIA DE LAS CALDERAS CADA DÍA (h PP/día), que sirve para estimar la carga de trabajo de las calderas y el grado de sobredimensionado de las mismas (muy habitual en calderas de combustible fósil, que se dimensionan por potencia instantánea). Se observa que la mayor parte de las instalaciones disponen de calderas que trabajan entre 2 y 5 horas al día. Para calcular esto, se hace uso: t (tiempo en horas) = E (energía en kwh) / P (potencia en kw) Se observa que este tipo de instalaciones tiene consumo energético durante los meses de invierno. Se ha considerado para el Caso Tipo que el 100% del consumo energético es para calefacción. Con respecto al combustible fósil empleado en la actualidad, se observa el siguiente reparto: Página 192 de 428

193 Combustible Nº % Gasóleo 2 66,7% Gas Propano 0 - Gas Natural 1 33,3% Otros Datos técnicos del caso tipo Se establecen las características del caso tipo, a partir del conjunto de datos del total de usuarios, a partir de un análisis estadístico de los datos existentes. Con ello se establece un caso que debe ser representativo del sector, al representar a un número importante de instalaciones Consumo Energético El parámetro fundamental que determina el caso tipo es el consumo energético a lo largo de un año, medido en kwh/año. Se ha efectuado un análisis estadístico de los datos, con los siguientes resultados: Número de valores: 3 Mínimo: kwh/año Página 193 de 428

194 Máximo: Media aritmética (µ): Desviación estándar (σ): kwh/año kwh/año kwh/año Los dos últimos parámetros se calculan de acuerdo con la distribución de campana de Gauss, que representa la distribución normal de una muestra: De acuerdo con la distribución normal, el 68,26% de los valores de consumo energético se encuentran entre los valores de: ( µ σ ) = = kwh/año ( µ + σ ) = = kwh/año Como caso tipo representativo, se adopta como significativo el valor de kwh/año, que es el valor promedio obtenido. Para el total de 3 instalaciones, el consumo de energía conjunto asciende a kwh/año, con el siguiente desglose: Gasóleo: kwh/año 80,6% Gas propano: 0 kwh/año 0% Gas natural: kwh/año 19,4% Tipo de Combustible Del total de 3 casos de los que se disponen de datos, en cuanto al tipo de combustible empleado en la actualidad se observa que el gasóleo es el más frecuente, al estar presente en el 66,7% de los 3 casos analizados. Página 194 de 428

195 En el estudio de viabilidad se ofrecerá un comparativo del coste de energía respecto de las tres opciones de combustibles fósiles: gasóleo, gas natural y gas propano. Se ha efectuado un análisis estadístico del precio unitario de la energía (en c /kwh, los kwh se miden en PCI - Poder Calorífico Inferior), con los siguientes resultados: Mínimo: Máximo: Promedio: Desviación estándar (σ): 5,9500 c /kwh 9,3000 c /kwh 8,6507 c /kwh 1,9341 c /kwh Número de valores: Descripción de la solución técnica adoptada El esquema de funcionamiento planteado para el uso de biomasa se basa en el siguiente esquema: Página 195 de 428

196 Se instala una nueva caldera de biomasa, que sirva como apoyo a la(s) caldera(s) ya existente(s), con el objetivo de sustituir completamente al combustible fósil. De esta manera, la instalación de biomasa funcionará como Sistema de Carga Base. La caldera actual queda como reserva para momentos puntuales (Sistema de Carga Punta), o en caso de averías en la caldera de biomasa. No tiene sentido hacer un gasto en eliminar los sistemas actuales, si pueden tener utilidad. La caldera de biomasa alimenta los circuitos y sistemas existentes en la actualidad, y trabajará a las mismas temperaturas. Es importante destacar que los sistemas de biomasa hacen uso de un deposito de inercia, tal y como se explicará en el apartado de instalaciones hidráulicas. Esto condiciona su modo de funcionamiento, ya que la biomasa no es instantánea (como con los combustibles fósiles tradicionales), sino que la caldera de biomasa debe funcionar de manera lo más continua posible en el tiempo, ya que precisan de cierto tiempo para su arranque y paro, y no son instantáneos. Para el cálculo de las nuevas instalaciones se hará uso de la demanda térmica, y de los datos climatológicos, mediante el uso del programa RETscreen, a fin de determinar el sistema de biomasa más adecuado para cubrir la demanda térmica, a la vez que se maximiza la calidad (para que el mantenimiento a hacer sea mínimo) y se optimiza la inversión (los equipos de biomasa son caros). En los siguientes puntos se detallan los diferentes aspectos de la propuesta con biomasa. Página 196 de 428

197 Tipo de Biomasa En el caso tipo analizado, con un consumo de kwh/año, es más favorable el uso de pélets mediante una caldera específica, instalada en paralelo con la caldera de combustible fósil existente en la actualidad. Este tipo de equipos también pueden emplear hueso de aceituna, aunque depende de cada modelo y marca, no siendo una solución estándar Instalación Hidráulica La nueva instalación de biomasa tendrá las mismas características que la expuesta en el apartado Depósito de almacenamiento de biomasa El depósito de almacenamiento de biomasa tendrá las mismas características que el expuesto en el apartado Tipo de Caldera La caldera tendrá las mismas características que la expuesta en el apartado Funcionamiento del Sistema El sistema funcionará tal y como se ha expuesto en el apartado Estudio Técnico-Económico Una vez definidas las bases del caso tipo y de la propuesta con biomasa a implementar, se analiza la viabilidad del uso de biomasa, desde el punto de vista técnico, económico y financiero Propuesta técnica Los datos que se emplean para el modelo técnico son los siguientes: Consumo energético anual: kwh/año Ponderación del ACS en el total del consumo energético: 0%. Sólo para calefacción en temporada de invierno (5 meses al año). Combustible fósil a comparar: gasóleo, a un precio de 1,029 /litro (IVA incluido), y un poder calorífico (PCI) de 10 kwh/litro. Página 197 de 428

198 Rendimiento térmico de los equipos: 90% (tanto para el combustible fósil como para biomasa), aunque es previsible que con la sustitución de las calderas de combustible fósil se mejora la eficiencia energética, y que el ahorro sea mayor, aunque esto no se ha considerado en el estudio tipo. La potencia térmica existente en gasóleo es de 200 kw, según los datos promedio del grupo. El programa RETscreen tiene varias formas de calcular. Se ha optado por determinar la demanda energética, de manera que la suma de las necesidades de calefacción y del ACS sea el consumo energético de kwh, que en el caso de gasóleo supone el consumo de litros/año. De esta manera, para el cálculo de la potencia se consideran tanto la demanda de calefacción como la de ACS, ya que la caldera de biomasa a instalar debe abastecer a ambos tipos de demanda: Página 198 de 428

199 Una vez establecida la demanda térmica, se determina la potencia térmica en biomasa necesaria para abastecerla, que cifra en un mínimo de 72,4 kw, frente a los 200 kw instalados en gasóleo (que suponen un 276,3% de la potencia realmente necesaria). Es muy usual la existencia de potencias muy sobredimensionadas, lo que provoca que el número de horas que trabajen al día sea reducido (ver más detalles en el apartado 2, donde se analizan las instalaciones de las que se disponen datos), frente al total disponible para funcionar, que es de 24 horas al día. Por ello, se establece la potencia necesaria en biomasa, de 80 kw, que es el valor de la potencia útil. Con ello se abastece al 100% de la demanda térmica. Con respecto al ciclo de trabajo de la caldera, se calculan las horas de trabajo en un año: Potencia de consumo de biomasa = 80/0,9 = 88,9 kw Horas trabajo = energía / potencia = kwh/año / 88,9 kw = h/año La caldera de biomasa trabajará un total de horas a lo largo de un año, calculadas como equivalentes a plena potencia (habría que sumar los tiempos de arranque y parada). Con respecto al ciclo de trabajo máximo diario (en invierno, campaña de calefacción): Calefacción: kwh/año / 5 meses / 30 días = 852 kwh/día Total consumo diario: 852 kwh/día Ciclo de trabajo promedio: 852 kwh/día / 88,9 kw = 9,6 h/día En punta, la caldera de biomasa trabajará un máximo de 9,6 horas diarias (equivalentes a plena potencia), sobre un máximo de 24 horas disponibles. Esta carga es perfectamente asumible para una caldera de biomasa de altas prestaciones. Con ello, se deja cerrada la elección de la potencia de la caldera de biomasa, que es uno de los aspectos más importantes para realizar un buen diseño. Con respecto a la capacidad del silo, se ha considerado uno con dimensiones 4 x 4 m 2 (en planta) y 3 metros de altura, lo que hace un volumen total de 48 m 3, y en el caso de astilla una capacidad útil de 36 m 3 (descontando los espacios no ocupados), que supone una capacidad de 23,4 Tms. Esta es la cantidad que puede llevar un camión de descarga neumática. El consumo anual de biomasa es de 27,2 Tms/año, lo que implicará poco más de una recarga anual, lo que representa una autonomía del silo de unos 4 meses en campaña de invierno, que es el tiempo entre recargas. Hay que estar atentos para que el silo nunca se quede sin biomasa. Página 199 de 428

200 NOTA: Se debe destacar que en caso de haber escogido la potencia de 200 kw para biomasa, hubiera supuesto varios importantes inconvenientes: Importante encarecimiento, ya que las calderas de biomasa son elementos muy costoso, y a más potencia más coste, de manera más o menos proporcional. La caldera funcionaría mucho peor, al arrancar y parar continuamente, generando más ensuciamiento en el interior, más cenizas, y más humo visible por chimenea Inversión necesaria Con respecto a la inversión, se ha considerado un ratio de 300 /kw de potencia instalada (IVA no incluido), que es un ratio empírico para el caso de calderas de pélets de alta gama. Como la potencia a instalar es de 80 kw, el coste total se estima en 80 kw x 300 /kw = (sin IVA), que añadiendo el IVA del 21% asciende a Las partes de que consta dicho presupuesto son: Inversión % Equipos principales (caldera de biomasa y tanques de inercia) % Obra civil: fundamentalmente el silo de biomasa y sala de calderas % Instalaciones: instalación hidráulica, elementos de la instalación (bombas ), salida de humos, instalación eléctrica, etc. Otros: legalización, imprevistos TOTAL % % Esta inversión es una estimación, y en cada caso se deberá hacer un estudio detallado, ya que puede haber elementos existentes que se pueden aprovechar (obra civil, bombas, depósitos de inercia, etc.) Estudio económico Se ha tomado como dato de consumo de combustible fósil (gasóleo) litros/año. En cuanto al precio, se ha estimado 1,029 /litro (IVA incluido). Página 200 de 428

201 El coste de gasóleo es de /año, y la biomasa equivalente (pélets a 242 /Tm) asciende a /año, lo que representa un ahorro de costes de /año. A este ahorro se le debe descontar el mantenimiento y las inversiones a realizar, para obtener la viabilidad económica. Los costes de mantenimiento revisiones de los servicios técnicos autorizados (STA), se estiman en 400 /año con los combustibles fósiles, y 800 en el caso de los equipos de biomasa. El gran ahorro generado permite pagar el cambio a biomasa mediante el ahorro producido, para lo que se puede solicitar un crédito bancario, de manera que el cliente no deba hacer inversiones iniciales, sino que las nuevas instalaciones de biomasa se paguen con el ahorro generado. Las condiciones finales dependen del análisis que se haga del cliente por parte de la entidad financiera. Otra opción de realizar este cambio es mediante la participación de Empresas de Servicios Energéticos (ESEs), que no suponen endeudarse al usuario, aunque el ahorro obtenido se reduce. En todo caso, el elevado ahorro generado posibilita varias opciones para el cambio a biomasa, y se debe estudiar en cada caso la opción más viable Análisis financiero Se pueden plantear tiempos de devolución del préstamos mayores (hasta 12 años), lo que implicaría unos intereses mayores. En este caso se considera un periodo reducido de 7 años. Asimismo, se debe tener en cuenta que el interés a pagar dependerá de la solvencia económica del usuario final. A mayor solvencia, menor interés, y por tanto mejores resultados. En la siguiente imagen se muestran los resultados generados por RETscreen: Página 201 de 428

202 Se observa que los ratios financieros son positivos: La TIR (Tasa Interna de Retorno) representa la rentabilidad de la inversión realizada, del 11,3%. La instalación se paga con el ahorro producido en 4,7 años. La instalación se paga con el ahorro generado, admitiendo un préstamo de 7 años. En la siguiente gráfica se observan los costes de energía con gasóleo (izquierda), al usar biomasa (derecha), y el ahorro resultante tras obtener un crédito para 6 años, por el total de las inversiones a realizar (centro), incluyendo los costes de mantenimiento externo: Página 202 de 428

203 Se observa como durante el periodo de devolución del crédito, el ahorro generado lo paga, y además deja un ahorro adicional de /año. Esto sucedería los años 1 a 7 Una vez devuelto el crédito, a partir del año 8, el ahorro generado sería de /año. Al finalizar el plazo del crédito, las instalaciones pasan a propiedad del cliente, tras aportar el valor residual que se acuerde con la entidad financiera, normalmente un valor muy reducido y casi simbólico. En la gráfica de flujo de caja acumulado, se observa que tras quince años de funcionamiento, se ahorran más de , lo que incluye el haber pagado completamente la nueva instalación mediante el crédito solicitado: Página 203 de 428

204 Efectos sobre el medio ambiente En cuanto a las emisiones de GEI (gases de efecto invernadero, como el CO2), el uso de biomasa tiene efectos equivalentes a 3,2 Has de bosque absorbiendo carbón. Este es el efecto equivalente a la reducción de emisiones de GEI en 34,3 Tms/año: Análisis de Emisiones Emisiones GEI Caso base tco2 34,3 Caso propuesto tco2 0,0 Reducción anual bruta de emisiones GEI tco2 34,3 Derechos de transacción por créditos GEI % Reducción de emisiones GEI anual neta tco2 34, Comparativo de costes según combustibles Aparte de la comparativa entre gasóleo y biomasa (pélets), se realiza un comparativo con las restantes fuentes de energía fósil: gas propano y gas natural. Los precios unitarios (en c /kwh) para cada fuente de energía son los siguientes: Página 204 de 428

205 Realizando el análisis de viabilidad económico a 15 años, con la solicitud de un crédito a 7 años, se pueden representar las curvas de gasto acumulado: Se observa que la viabilidad del cambio a biomasa es elevada en los casos de Gasóleo y Gas Propano, ya que se puede solicitar un crédito a 7 años que se paga con el ahorro, y a pesar de ello se dispone de un ahorro adicional (la diferencia entre curvas). Sin embargo, en el caso de Gas Natural, se observa que la viabilidad del cambio es escasa, ya que tiene un coste mucho más ajustado. La necesidad de hacer una nueva instalación de biomasa lastra la viabilidad de esta alternativa. Por ello, se concluye que la biomasa es la alternativa más interesante cuando no existe gas natural disponible. En la siguiente imagen se muestran los desembolsos en todos los casos, tras 20 años de operación: Página 205 de 428

206 Conclusiones Una vez analizado el caso tipo, así como los datos sobre diversos casos en el sector, se pueden obtener una serie de conclusiones, válidas para poder tomar decisiones sobre el uso de biomasa en instalaciones de este grupo Resumen de los casos analizados Una vez analizado el caso tipo, se pueden extrapolar resultados para la totalidad de instalaciones del grupo de Bibliotecas. En primer lugar, se puede analizar el ahorro que se puede obtener en el caso de extender al resto de casos el uso de biomasa. Se analizan los ahorros obtenidos, tanto en el caso de astillas como de pélets, así como las cantidades de biomasa necesarias. PROPUESTA ASTILLA PROPUESTA PÉLET Instalación TMS COSTE AHORRO TMS COSTE AHORRO Biblioteca ,6% ,4% Biblioteca ,9% ,6% Biblioteca ,6% ,4% Página 206 de 428

207 Las cifras conjuntas para el grupo, en caso de extender el uso de biomasa, serían: ASTILLAS: 98 Tms/año Precio de las astillas (IVA incluido del 21%): 121 /Tm Ahorro de costes: /año Los ahorros oscilan entre el 47,9% (gas natural) y el 78,0% (gas propano) PÉLETS: 83 Tms/año Precio de los pélets (IVA incluido del 21%): 242 /Tm Ahorro de costes: /año Los ahorros oscilan entre el 11,6% (gas natural) y el 62,7% (gas propano) Por otro lado, se analiza la factibilidad de que el cambio a biomasa se realice mediante Empresas de Servicios Energéticos (ESEs), que se ocupan de realizar las inversiones, asumiendo un contrato de venta de energía (calor) por un periodo entre 7 y 12 años, usualmente 10. Las opción de ESEs es especialmente interesante en el caso de la administración pública, aunque existe una limitación, ya que sólo es asumible en aquellos casos en el consumo energético sea mayor de una cierta cantidad (normalmente se considera kwh/año como mínimo), así como un coste energético mínimo determinado (se considera 8 c /kwh, descartando con ello los casos de gas natural, como antes se ha comprobado). Poniendo estos factores en una tabla, se determinan el número de casos en los que se cumplen ambos factores simultáneamente: INTERESANTE PARA ESE Instalación Consumo Precio Total Biblioteca Biblioteca ,3% 0 0 Biblioteca Se marca con 1 en caso de que se cumpla la condición, o 0 cuando no lo cumple. Se obtienen los siguientes resultados: Casos interesantes por consumo energético: 1 Casos interesantes por coste de energía: 2 Casos interesantes ambas condiciones: 1 Página 207 de 428

208 Por tanto, sería factible el cambio a biomasa mediante ESEs en 1 de los 3 casos. Esto supone el 33,3% de los casos analizados. En el caso con gas natural no es factible el cambio a biomasa, al menos con razones económicas. En los restantes 2 casos, es factible el cambio a biomasa, mediante la fórmula de ESEs. Para ello se debe estudiar cada caso concreto, y realizar un diálogo con las empresas que puedan llevar a cabo ese cambio, a fin de encontrar líneas de colaboración y entendimiento. En este sentido, las ESEs están encontrando soluciones muy dinámicas, y es un sector en continua evolución. En total, es factible el cambio a biomasa en 1 de los 3 casos estudiados, esto es, un 33,3% de los casos. Página 208 de 428

209 6.8. Grupo Piscinas Climatizadas Instalaciones en el estudio: 5 Página 209 de 428

210 Datos generales del grupo Las piscinas climatizadas disponen de las siguientes características comunes: Tipo de edificación: en bloque y concentrado, con preponderancia del recinto de la piscina. Uso: calentamiento del vaso de la piscina, del aire del recinto piscina, y ACS para duchas y aseo. Ubicación: suelen estar situadas en la periferia del casco urbano, no siendo habitual la presencia de gas natural. Consumo de energía: Tienen consumo de calor durante buena parte del año, salvo en los meses de verano: o Calentamiento del vaso: unos 8-9 meses al año. El consumo es elevado, la temperatura del agua suele ser alta (aproximadamente 28ºC). o Calentamiento del aire, en el recinto de la piscina, mediante una deshumectadora, que elimina la humedad del aire (aportando frío al aire), y volviendo a calentar el aire para reintroducirlo en la zona de piscina. o Agua Caliente Sanitaria (ACS): para el uso de duchas, lavabos, para los usuarios que usen la piscina. Ocupación: normalmente en horario laboral estándar o 22 días al mes. o 8-16 horas al día. Para poder caracterizar el grupo, se han obtenido datos de varias instalaciones en Extremadura (5 instalaciones), con los que se ha determinado un caso tipo, un rango de consumos energéticos, y con todo ello se han establecido unos rangos para poder tomar decisiones respecto a las instalaciones del sector. El esquema de principio empleado en la actualidad es el siguiente: Página 210 de 428

211 Con respecto a los datos de consumo de energía en la actualidad, indicando el tipo de combustible fósil empleado, su consumo anual y el valor del consumo energético anual en kwh/año, los datos disponibles son: Instalación Gasoil (l/año) Propano GN (kg/año) (m 3 /año) Gasoil (Kwh/año) CONSUMO ENERGÍA Propano (Kwh/año) GN (Kwh/año) (Kwh/año) Piscina Piscina Piscina Piscina Piscina Con respecto a la intensidad del consumo de energía y las potencias instaladas en la actualidad, los datos disponibles son los siguientes: Instalación Combustible KW MESES D/M % CALEFACCIÓN ACS TOTAL H PP/DÍA KW MESES D/M % H PP/DÍA Piscina 1 Gasoleo 581, % 4, ,3 Piscina 2 Gasoleo 581, % 3, ,6 Piscina 3 Gasoleo 296, % 2, ,3 Piscina 4 Gasoleo % 4, ,0 Piscina 5 Gas Natural % 5, ,4 KW H PP/DÍA Junto con el ciclo de trabajo de la demanda térmica, se ha estimado la carga de trabajo de las calderas existentes, en la forma de HORAS DE TRABAJO A PLENA POTENCIA DE LAS CALDERAS CADA DÍA (h PP/día), que sirve para estimar la carga de trabajo de las calderas y el grado de sobredimensionado de las mismas (muy habitual en calderas de combustible fósil, que se dimensionan por potencia instantánea). Se observa que la mayor parte de las instalaciones disponen de calderas que trabajan entre 2 y 5 horas al día. Para calcular esto, se hace uso: t (tiempo en horas) = E (energía en kwh) / P (potencia en kw) Página 211 de 428

212 La curva de consumo energético para una instalación tipo tiene una forma similar a la siguiente: Se observa que este tipo de instalaciones tiene consumo energético todo el año, aunque el mayor porcentaje se concentra fuera del verano (ya que se usan las piscinas abiertas). Con respecto al combustible fósil empleado en la actualidad, se observa el siguiente reparto: Combustible Nº % Gasóleo 4 80,0% Gas Propano 0 - Gas Natural 1 20,0% Otros Datos técnicos del caso tipo Se establecen las características del caso tipo, a partir del conjunto de datos del total de usuarios, a partir de un análisis estadístico de los datos existentes. Con ello se establece un caso que debe ser representativo del sector, al representar a un número importante de instalaciones. Página 212 de 428

213 Consumo Energético El parámetro fundamental que determina el caso tipo es el consumo energético a lo largo de un año, medido en kwh/año. Se ha efectuado un análisis estadístico de los datos, con los siguientes resultados: Número de valores: 5 Mínimo: Máximo: Media aritmética (µ): Desviación estándar (σ): kwh/año kwh/año kwh/año kwh/año Los dos últimos parámetros se calculan de acuerdo con la distribución de campana de Gauss, que representa la distribución normal de una muestra: Página 213 de 428

214 De acuerdo con la distribución normal, el 68,26% de los valores de consumo energético se encuentran entre los valores de: ( µ σ ) = = kwh/año ( µ + σ ) = = kwh/año Como caso tipo representativo, se adopta como significativo el valor de kwh/año, que es el valor promedio obtenido. Para el total de 5 instalaciones, el consumo de energía conjunto asciende a kwh/año, con el siguiente desglose: Gasóleo: kwh/año 72,2% Gas propano: 0 kwh/año 0% Gas natural: kwh/año 27,8% Tipo de Combustible Del total de 5 casos de los que se disponen de datos, en cuanto al tipo de combustible empleado en la actualidad se observa que el gasóleo es el más frecuente, al estar presente en el 80,0% de los 5 casos analizados. En el estudio de viabilidad se ofrecerá un comparativo del coste de energía respecto de las tres opciones de combustibles fósiles: gasóleo, gas natural y gas propano. Se ha efectuado un análisis estadístico del precio unitario de la energía (en c /kwh, los kwh se miden en PCI - Poder Calorífico Inferior), con los siguientes resultados: Página 214 de 428

215 Mínimo: Máximo: Promedio: Desviación estándar (σ): 5,9500 c /kwh 10,0000 c /kwh 8,5432 c /kwh 1,6861 c /kwh Número de valores: Descripción de la solución técnica adoptada El esquema de funcionamiento planteado para el uso de biomasa se basa en el siguiente esquema: Página 215 de 428

216 Se instala una nueva caldera de biomasa, que sirva como apoyo a la(s) caldera(s) ya existente(s), con el objetivo de sustituir completamente al combustible fósil. De esta manera, la instalación de biomasa funcionará como Sistema de Carga Base. La caldera actual queda como reserva para momentos puntuales (Sistema de Carga Punta), o en caso de averías en la caldera de biomasa. No tiene sentido hacer un gasto en eliminar los sistemas actuales, si pueden tener utilidad. La caldera de biomasa alimenta los circuitos y sistemas existentes en la actualidad, y trabajará a las mismas temperaturas. Es importante destacar que los sistemas de biomasa hacen uso de un deposito de inercia, tal y como se explicará en el apartado de instalaciones hidráulicas. Esto condiciona su modo de funcionamiento, ya que la biomasa no es instantánea (como con los combustibles fósiles tradicionales), sino que la caldera de biomasa debe funcionar de manera lo más continua posible en el tiempo, ya que precisan de cierto tiempo para su arranque y paro, y no son instantáneos. Para el cálculo de las nuevas instalaciones se hará uso de la demanda térmica, y de los datos climatológicos, mediante el uso del programa RETscreen, a fin de determinar el sistema de biomasa más adecuado para cubrir la demanda térmica, a la vez que se maximiza la calidad (para que el mantenimiento a hacer sea mínimo) y se optimiza la inversión (los equipos de biomasa son caros). En los siguientes puntos se detallan los diferentes aspectos de la propuesta con biomasa Tipo de Biomasa En el caso tipo analizado, con un consumo de kwh/año, es más favorable el uso de astilla Instalación Hidráulica La nueva instalación de biomasa tendrá las mismas características que la expuesta en el apartado Página 216 de 428

217 Depósito de almacenamiento de biomasa El depósito de almacenamiento de biomasa tendrá las mismas características que el expuesto en el apartado Tipo de Caldera La caldera tendrá las mismas características que la expuesta en el apartado Funcionamiento del Sistema El sistema funcionará tal y como se ha expuesto en el apartado Estudio Técnico-Económico Una vez definidas las bases del caso tipo y de la propuesta con biomasa a implementar, se analiza la viabilidad del uso de biomasa, desde el punto de vista técnico, económico y financiero Propuesta técnica Los datos que se emplean para el modelo técnico son los siguientes: Consumo energético anual: kwh/año Combustible fósil a comparar: gasóleo, a un precio de 1,029 /litro (IVA incluido), y un poder calorífico (PCI) de 10 kwh/litro. Rendimiento térmico de los equipos: 90% (tanto para el combustible fósil como para biomasa), aunque es previsible que con la sustitución de las calderas de combustible fósil se mejora la eficiencia energética, y que el ahorro sea mayor, aunque esto no se ha considerado en el estudio tipo. La potencia térmica existente en gasóleo es de 580 kw, según los datos promedio del grupo. El programa RETscreen tiene varias formas de calcular. Se ha optado por determinar la demanda energética, de manera que las necesidades de calefacción sea el consumo energético de kwh, que en el caso de gasóleo supone el consumo de litros/año. De esta manera, para el cálculo de la potencia se considera la demanda de calefacción y la de ACS, ya que la caldera de biomasa a instalar debe abastecer a ambos tipos de demanda: Página 217 de 428

218 Una vez establecida la demanda térmica, se determina la potencia térmica en biomasa necesaria para abastecerla, que se cifra en 320 kw, frente a los 800 kw instalados en gasóleo. Esto es debido al siguiente cálculo: Ciclo de trabajo de la caldera actual: 6 meses, 12 horas diarias 6 meses x 25 días/mes x 12 horas/día = horas/año Energía aportada a demanda: kwh/año x 0,90 (rend.) = kwh/año Potencia térmica necesaria: kwh/año / h/año = 283 kw Es muy usual la existencia de potencias muy sobredimensionadas, lo que provoca que el número de horas que trabajen al día sea reducido (ver más detalles en el apartado 2, donde se analizan las instalaciones de las que se disponen datos), frente al total disponible para funcionar, que es de 24 horas al día. Por ello, se establece la potencia necesaria en biomasa, de 320 kw, que es el valor de la potencia útil. Con ello se abastece al 100% de la demanda térmica. Con respecto al ciclo de trabajo de la caldera, se calculan las horas de trabajo en un año: Potencia de consumo de biomasa = 320/0,9 = 355,5 kw Horas trabajo = energía / potencia = kwh/año / 355,5 kw = h/año La caldera de biomasa trabajará un total de horas a lo largo de un año, calculadas como equivalentes a plena potencia (habría que sumar los tiempos de arranque y parada). Con respecto al ciclo de trabajo máximo diario (en campaña de piscina): Calefacción: kwh/año / 6 meses / 25 días = kwh/día Total consumo diario punta: kwh/día Página 218 de 428

219 Ciclo de trabajo punta: kwh/día / 355,5 kw = 10,61 h/día En punta, la caldera de biomasa trabajará un máximo de 10,61 horas diarias (equivalentes a plena potencia), sobre un máximo de 24 horas disponibles. Esta carga es perfectamente asumible para una caldera de biomasa de altas prestaciones. Con ello, se deja cerrada la elección de la potencia de la caldera de biomasa, que es uno de los aspectos más importantes para realizar un buen diseño. Con respecto a la capacidad del silo, se ha considerado uno con dimensiones 5 x 5 m 2 (en planta) y 4 metros de altura, lo que hace un volumen total de 100 m 3, y en el caso de astilla una capacidad útil de 70 m 3 (descontando los espacios no ocupados), que supone una capacidad de 18 Tms. Esta es la cantidad que puede llevar una bañera de 80 m 3. El consumo anual de biomasa es de 145 Tms/año, lo que implicará 8 recargas anuales, lo que representa una autonomía del silo de un mes, que es el tiempo entre recargas. Hay que estar atentos para que el silo nunca se quede sin biomasa. NOTA: Se debe destacar que en caso de haber escogido la potencia de 580 kw para biomasa, hubiera supuesto varios importantes inconvenientes: Importante encarecimiento, ya que las calderas de biomasa son elementos muy costoso, y a más potencia más coste, de manera más o menos proporcional. La caldera funcionaría mucho peor, al arrancar y parar continuamente, generando más ensuciamiento en el interior, más cenizas, y más humo visible por chimenea Inversión necesaria Con respecto a la inversión, se ha considerado un ratio de 400 /kw de potencia instalada (IVA no incluido), que es un ratio empírico para el caso de calderas de biomasa de alta gama. Como la potencia a instalar es de 320 kw, el coste total se estima en 320 kw x 400 /kw = (sin IVA), que añadiendo el IVA del 21% asciende a Las partes de que consta dicho presupuesto son: Página 219 de 428

220 Inversión % Equipos principales (caldera de biomasa y tanques de inercia) % Obra civil: fundamentalmente el silo de biomasa y sala de calderas % Instalaciones: instalación hidráulica, elementos de la instalación (bombas ), salida de humos, instalación eléctrica, etc. Otros: legalización, imprevistos TOTAL % % Esta inversión es una estimación, y en cada caso se deberá hacer un estudio detallado, ya que puede haber elementos existentes que se pueden aprovechar (obra civil, bombas, depósitos de inercia, etc.) Estudio económico Se ha tomado como dato de consumo de combustible fósil (gasóleo) litros/año. En cuanto al precio, se ha estimado 1,029 /litro (IVA incluido). El coste de gasóleo es de /año, y la biomasa equivalente (astillas de biomasa a 121 /Tm) asciende a /año, lo que representa un ahorro de costes de /año. A este ahorro se le debe descontar el mantenimiento y las inversiones a realizar, para obtener la viabilidad económica. Los costes de mantenimiento revisiones de los servicios técnicos autorizados (STA), se estiman en 400 /año con los combustibles fósiles, y en el caso de los equipos de biomasa. El gran ahorro generado permite pagar el cambio a biomasa mediante el ahorro producido, para lo que se puede solicitar un crédito bancario, de manera que el cliente no deba hacer inversiones iniciales, sino que las nuevas instalaciones de biomasa se paguen con el ahorro generado. Las condiciones finales dependen del análisis que se haga del cliente por parte de la entidad financiera. Otra opción de realizar este cambio es mediante la participación de Empresas de Servicios Energéticos (ESEs), que no suponen endeudarse al usuario, aunque el ahorro obtenido se reduce. Página 220 de 428

221 En todo caso, el elevado ahorro generado posibilita varias opciones para el cambio a biomasa, y se debe estudiar en cada caso la opción más viable Análisis financiero Se pueden plantear tiempos de devolución del préstanos mayores (hasta 12 años), lo que implicaría unos intereses mayores. En este caso se considera un periodo reducido de 7 años. Asimismo, se debe tener en cuenta que el interés a pagar dependerá de la solvencia económica del usuario final. A mayor solvencia, menor interés, y por tanto mejores resultados. En la siguiente imagen se muestran los resultados generados por RETscreen: Se observa que los ratios financieros son muy positivos: La TIR (Tasa Interna de Retorno) representa la rentabilidad de la inversión realizada, del 16,0%. Página 221 de 428

222 La instalación se paga con el ahorro producido en 3,9 años. La instalación se paga con el ahorro generado, admitiendo un plazo de préstamo de 7 años. En la siguiente gráfica se observan los costes de energía con gasóleo (izquierda), al usar biomasa (derecha), y el ahorro resultante tras obtener un crédito para 5 años, por el total de las inversiones a realizar (centro), incluyendo los costes de mantenimiento externo: Se observa como durante el periodo de devolución del crédito, el ahorro generado lo paga, y además deja un ahorro adicional de /año. Esto sucedería los años 1 a 7. Una vez devuelto el crédito, a partir del año 8, el ahorro generado sería de /año. Al finalizar el plazo del crédito, las instalaciones pasan a propiedad del cliente, tras aportar el valor residual que se acuerde con la entidad financiera, normalmente un valor muy reducido y casi simbólico. En la gráfica de flujo de caja acumulado, se observa que tras quince años de funcionamiento, se ahorran más de , lo que incluye el haber pagado completamente la nueva instalación mediante el crédito solicitado: Página 222 de 428

223 La clave de la viabilidad de la operación será la formalización del crédito, que permita pagar las nuevas instalaciones con el ahorro producido, sin que el usuario tenga que hacer inversión alguna. No obstante, también es viable la operación mediante ESEs, aunque el periodo de la operación subiría a unos 10 años, para poder rentabilizar sus inversiones a la par que ofrece un ahorro al cliente Efectos sobre el medio ambiente En cuanto a las emisiones de GEI (gases de efecto invernadero, como el CO2), el uso de biomasa tiene efectos equivalentes a 14,0 Has de bosque absorbiendo carbón. Este es el efecto equivalente a la reducción de emisiones de GEI en 151,9 Tms/año: Análisis de Emisiones Emisiones GEI Caso base tco2 151,9 Caso propuesto tco2 0 Reducción anual bruta de emisiones GEI tco2 151,9 Derechos de transacción por créditos GEI % Reducción de emisiones GEI anual neta tco2 151,9 Página 223 de 428

224 Comparativo de costes según combustibles Aparte de la comparativa entre gasóleo y biomasa (astillas), se realiza un comparativo con las restantes fuentes de energía fósil: gas propano y gas natural. Los precios unitarios (en c /kwh) para cada fuente de energía son los siguientes: Realizando el análisis de viabilidad económico a 15 años, con la solicitud de un crédito a 7 años, se pueden representar las curvas de gasto acumulado: Página 224 de 428

225 Se observa que la viabilidad del cambio a biomasa es elevada en los casos de Gasóleo y Gas Propano, ya que se puede solicitar un crédito a 7 años que se paga con el ahorro, y a pesar de ello se dispone de un ahorro adicional (la diferencia entre curvas). Sin embargo, en el caso de Gas Natural, se observa que la viabilidad del cambio es escasa, ya que tiene un coste mucho más ajustado. La necesidad de hacer una nueva instalación de biomasa lastra la viabilidad de esta alternativa. Por ello, se concluye que la biomasa es la alternativa más interesante cuando no existe gas natural disponible. En la siguiente imagen se muestran los desembolsos en todos los casos, tras 20 años de operación: Página 225 de 428

226 Conclusiones Una vez analizado el caso tipo, así como los datos sobre diversos casos en el sector, se pueden obtener una serie de conclusiones, válidas para poder tomar decisiones sobre el uso de biomasa en instalaciones de este grupo Resumen de los casos analizados Una vez analizado el caso tipo, se pueden extrapolar resultados para la totalidad de instalaciones del grupo de Piscinas Climatizadas. En primer lugar, se puede analizar el ahorro que se puede obtener en el caso de extender al resto de casos el uso de biomasa. Se analizan los ahorros obtenidos, tanto en el caso de astillas como de pélets, así como las cantidades de biomasa necesarias. Página 226 de 428

227 PROPUESTA ASTILLA PROPUESTA PÉLET Instalación TMS COSTE AHORRO TMS COSTE AHORRO Piscina ,3% ,8% Piscina ,6% ,4% Piscina ,0% ,4% Piscina ,0% ,4% Piscina ,9% ,6% Las cifras conjuntas para el grupo, en caso de extender el uso de biomasa, serían: ASTILLAS: 726 Tms/año Precio de las astillas (IVA incluido del 21%): 121 /Tm Ahorro de costes: /año Los ahorros oscilan entre el 47,9% (gas natural) y el 78,0% (gas propano) PÉLETS: 615 Tms/año Precio de los pélets (IVA incluido del 21%): 242 /Tm Ahorro de costes: /año Los ahorros oscilan entre el 11,6% (gas natural) y el 62,7% (gas propano) Por otro lado, se analiza la factibilidad de que el cambio a biomasa se realice mediante Empresas de Servicios Energéticos (ESEs), que se ocupan de realizar las inversiones, asumiendo un contrato de venta de energía (calor) por un periodo entre 7 y 12 años, usualmente 10. Las opción de ESEs es especialmente interesante en el caso de la administración pública, aunque existe una limitación, ya que sólo es asumible en aquellos casos en el consumo energético sea mayor de una cierta cantidad (normalmente se considera kwh/año como mínimo), así como un coste energético mínimo determinado (se considera 8 c /kwh, descartando con ello los casos de gas natural, como antes se ha comprobado). Poniendo estos factores en una tabla, se determinan el número de casos en los que se cumplen ambos factores simultáneamente: Página 227 de 428

228 INTERESANTE PARA ESE Instalación Consumo Precio Total Piscina Piscina Piscina ,0% 1 0 Piscina Piscina Se marca con 1 en caso de que se cumpla la condición, o 0 cuando no lo cumple. Se obtienen los siguientes resultados: Casos interesantes por consumo energético: 4 Casos interesantes por coste de energía: 4 Casos interesantes ambas condiciones: 3 Por tanto, sería factible el cambio a biomasa mediante ESEs en 3 de los 5 casos. Esto supone el 60,0% de los casos analizados. En el caso con gas natural no es factible el cambio a biomasa, al menos con razones económicas. En los restantes 4 casos, es factible el cambio a biomasa, pudiendo emplear la fórmula de ESEs. Para ello se debe estudiar cada caso concreto, y realizar un diálogo con las empresas que puedan llevar a cabo ese cambio, a fin de encontrar líneas de colaboración y entendimiento. En este sentido, las ESEs están encontrando soluciones muy dinámicas, y es un sector en continua evolución. En total, es factible el cambio a biomasa en 3 de los 5 casos estudiados, esto es, un 60,0% de los casos. Página 228 de 428

229 6.9. Grupo Instalaciones Deportivas Instalaciones en el estudio: 8 Página 229 de 428

230 Datos generales del grupo El grupo analizado lo integran Instalaciones Deportivas, que disponen de las siguientes características comunes: Tipo de ubicación: edificios de pequeño tamaño, aislados, destinados principalmente a duchas y vestuarios. Uso: principalmente ACS, aunque algunos disponen de calefacción para calentamiento de recintos (como pabellones deportivos o los vestuarios y aseos). Uso no continuo, puede ser tanto por la mañana como por la tarde. Ubicación: suelen estar situadas en la periferia del casco urbano, no siendo habitual la presencia de gas natural. Consumo de energía: Tienen consumo de calor durante los meses de invierno, para los siguientes usos: o Calefacción: durante unos 5-6 meses al año, con uso esporádico, y en un porcentaje mínimo de casos. o ACS: para aseos y duchas. Ocupación: de lunes a domingo, uso esporádico normalmente, con horarios dispersos a los largo de la semana. Para poder caracterizar el sector, se han obtenido datos de varias instalaciones en Extremadura (8 instalaciones), con los que se ha determinado un caso tipo, un rango de consumos energéticos, y con todo ello se han establecido unos rangos para poder tomar decisiones respecto a las instalaciones del sector. El esquema de principio empleado en la actualidad es el siguiente: Página 230 de 428

231 Con respecto a los datos de consumo de energía en la actualidad, indicando el tipo de combustible fósil empleado, su consumo anual y el valor del consumo energético anual en kwh/año, los datos disponibles son: Instalación Gasoil (l/año) Propano GN (kg/año) (m 3 /año) Gasoil (Kwh/año) CONSUMO ENERGÍA Propano (Kwh/año) GN (Kwh/año) (Kwh/año) Instalación Instalación Instalación Instalación Instalación Instalación Instalación Instalación Con respecto a la intensidad del consumo de energía y las potencias instaladas en la actualidad, los datos disponibles son los siguientes: Instalación Combustible KW MESES D/M % CALEFACCIÓN ACS TOTAL H PP/DÍA KW MESES D/M % H PP/DÍA Instalación 1 Propano % ,1 Instalación 2 Propano % ,5 Instalación 3 Propano 0 10, % 2,5 10 2,5 Instalación 4 Gasoleo 0 58, % 1,3 59 1,3 Instalación 5 Gasoleo 0 26, % 4,4 27 4,4 Instalación 6 Gasoleo 29, % 3,5 29, % 1,7 58 5,1 Instalación 7 Gas Natural % 1, ,6 Instalación 8 Gasoleo 69, % 4, ,6 KW H PP/DÍA Se ha estimado el porcentaje de consumo en usos de ACS en un 100%. Junto con el ciclo de trabajo de la demanda térmica, se ha estimado la carga de trabajo de las calderas existentes, en la forma de HORAS DE TRABAJO A PLENA POTENCIA DE LAS CALDERAS CADA DÍA (h PP/día), que sirve para estimar la carga de trabajo de las calderas y el grado de sobredimensionado de las mismas (muy habitual en calderas de combustible fósil, que se dimensionan por potencia instantánea). Se observa que la mayor parte de las instalaciones disponen de calderas que trabajan entre 2 y 5 horas al día, que es una carga de trabajo baja, con muchas horas de las calderas paradas. Para calcular esto, se hace uso: t (tiempo en horas) = E (energía en kwh) / P (potencia en kw) Con respecto al combustible fósil empleado en la actualidad, se observa el siguiente reparto: Página 231 de 428

232 Combustible Nº % Gasóleo 4 50,0% Gas Propano 1 12,5% Gas Natural 3 37,5% Otros Datos técnicos del caso tipo Se establecen las características del caso tipo, a partir del conjunto de datos del total de usuarios, a partir de un análisis estadístico de los datos existentes. Con ello se establece un caso que debe ser representativo del sector, al representar a un número importante de instalaciones Consumo Energético El parámetro fundamental que determina el caso tipo es el consumo energético a lo largo de un año, medido en kwh/año. Se ha efectuado un análisis estadístico de los datos, con los siguientes resultados: Número de valores: 8 Mínimo: kwh/año Página 232 de 428

233 Máximo: Media aritmética (µ): Desviación estándar (σ): kwh/año kwh/año kwh/año Los dos últimos parámetros se calculan de acuerdo con la distribución de campana de Gauss, que representa la distribución normal de una muestra: De acuerdo con la distribución normal, el 68,26% de los valores de consumo energético se encuentran entre los valores de: ( µ σ ) = = kwh/año ( µ + σ ) = = kwh/año Como caso tipo representativo, se adopta como significativo el valor de kwh/año, que es el valor promedio obtenido. Para el total de 11 instalaciones, el consumo de energía conjunto asciende a kwh/año, con el siguiente desglose: Gasóleo: kwh/año 56,8% Gas propano: kwh/año 14,2% Gas natural: kwh/año 29,0% Tipo de Combustible Del total de 8 casos de los que se disponen de datos, en cuanto al tipo de combustible empleado en la actualidad se observa que el gasóleo es el más frecuente, al estar presente en el 50% de los 8 casos analizados. Página 233 de 428

234 En el estudio de viabilidad se ofrecerá un comparativo del coste de energía respecto de las tres opciones de combustibles fósiles: gasóleo, gas natural y gas propano. Se ha efectuado un análisis estadístico del precio unitario de la energía (en c /kwh, los kwh se miden en PCI - Poder Calorífico Inferior), con los siguientes resultados: Mínimo: Máximo: Promedio: Desviación estándar (σ): 5,9500 c /kwh 14,0916 c /kwh 9,5684 c /kwh 2,8281 c /kwh Número de valores: Descripción de la solución técnica adoptada El esquema de funcionamiento planteado para el uso de biomasa se basa en el siguiente esquema: Página 234 de 428

235 Se instala un nuevo quemador de biomasa, en la caldera existente, con el objetivo de sustituir completamente al combustible fósil. El quemador actual queda como reserva para momentos puntuales, o en caso de averías en la caldera de biomasa. No tiene sentido hacer un gasto en eliminar los sistemas actuales, si pueden tener utilidad. La caldera con el quemador de biomasa alimenta los circuitos y sistemas existentes en la actualidad, y trabajará a las mismas temperaturas. Para el cálculo de las nuevas instalaciones se hará uso de la demanda térmica, y de los datos climatológicos, mediante el uso del programa RETscreen, a fin de determinar el sistema de biomasa más adecuado para cubrir la demanda térmica, a la vez que se maximiza la calidad (para que el mantenimiento a hacer sea mínimo) y se optimiza la inversión (los equipos de biomasa son caros) Tipo de Biomasa En el caso tipo analizado, con un consumo de kwh/año, es más favorable el uso de pélets mediante un quemador específico, acoplado a las caldera de combustible fósil existente en la actualidad Instalación Hidráulica La nueva instalación de biomasa tendrá las mismas características que la expuesta en el apartado Depósito de almacenamiento de biomasa El depósito de almacenamiento de biomasa tendrá las mismas características que el expuesto en el apartado Página 235 de 428

236 Tipo de Caldera La caldera tendrá las mismas características que la expuesta en el apartado Estudio Técnico-Económico Una vez definidas las bases del caso tipo y de la propuesta con biomasa a implementar, se analiza la viabilidad del uso de biomasa, desde el punto de vista técnico, económico y financiero Propuesta técnica Los datos que se emplean para el modelo técnico son los siguientes: Consumo energético anual: kwh/año Ponderación del ACS en el total del consumo energético: 100%. Combustible fósil a comparar: gasóleo, a un precio de 1,029 /litro (IVA incluido), y un poder calorífico (PCI) de 10 kwh/litro. Rendimiento térmico de los equipos: 90% (tanto para el combustible fósil como para biomasa). La potencia térmica existente en gasóleo es de 50 kw, según los datos promedio del grupo. El programa RETscreen tiene varias formas de calcular. Se ha optado por determinar la demanda energética, de manera que la necesidad de ACS sea el consumo energético de kwh, que en el caso de gasóleo supone el consumo de litros/año. De esta manera, para el cálculo de la potencia se considera la demanda de ACS, ya que el quemador de biomasa a instalar debe abastecer a toda la demanda: Se establece la potencia necesaria en biomasa, de 50 kw, que es el valor de la potencia útil. Con ello se abastece al 100% de la demanda térmica. Página 236 de 428

237 Con respecto al ciclo de trabajo del quemador, se calculan las horas de trabajo en un año: Potencia de consumo de biomasa = 50/0,9 = 55,5 kw Horas trabajo = energía / potencia = kwh/año / 55,5 kw = 321 h/año El quemador de biomasa trabajará un total de 321 horas a lo largo de un año, calculadas como equivalentes a plena potencia (habría que sumar los tiempos de arranque y parada). Con ello, se deja cerrada la elección de la potencia del quemador de biomasa, que es uno de los aspectos más importantes para realizar un buen diseño. Con respecto a la capacidad del silo, se ha considerado uno con dimensiones 1,5 x 1,5 m 2 (en planta) y 2,5 metros de altura, lo que hace un volumen total de 5,6 m 3, y en el caso de pélets una capacidad útil de 4,5 m 3 (descontando los espacios no ocupados), que supone una capacidad de 2,9 Tms. Esta cantidad también puede ser suministrada mediante big bags. El consumo anual de biomasa es de 3,8 Tms/año, lo que implicará 2 recargas anuales, lo que representa una autonomía del silo de más de seis meses, que es el tiempo entre recargas durante el invierno. Hay que estar atentos para que el silo nunca se quede sin biomasa Inversión necesaria Con respecto a la inversión, se ha considerado un ratio de 60 /kw de potencia instalada (IVA no incluido), que es un ratio empírico para el caso de quemadores de biomasa. Como la potencia a instalar es de 50 kw, el coste total se estima en 50 kw x 60 /kw = (sin IVA), que añadiendo el IVA del 21% asciende a Las partes de que consta dicho presupuesto son: Inversión % Equipos principales ( quemador, silo / tolva, adaptaciones en la caldera existente, sistema de regulación, etc.) Otros: legalización, imprevistos TOTAL % % Esta inversión es una estimación, y en cada caso se deberá hacer un estudio detallado, ya que puede haber elementos existentes que se pueden aprovechar (obra civil, silo de biomasa, ). Página 237 de 428

238 Estudio económico Se ha tomado como dato de consumo de combustible fósil (gasóleo) litros/año. En cuanto al precio, se ha estimado 1,029 /litro (IVA incluido). El coste de gasóleo es de /año, y la biomasa equivalente (pélets a 242 /Tm) asciende a 918 /año, lo que representa un ahorro de costes de 916 /año. A este ahorro se le debe descontar el mantenimiento y las inversiones a realizar, para obtener la viabilidad económica. Los costes de mantenimiento revisiones de los servicios técnicos autorizados (STA), se estiman en 100 /año con los combustibles fósiles, y 300 en el caso de los equipos de biomasa. El gran ahorro generado permite pagar el cambio a biomasa mediante el ahorro producido, para lo que se puede solicitar un crédito bancario, de manera que el cliente no deba hacer inversiones iniciales, sino que las nuevas instalaciones de biomasa se paguen con el ahorro generado. Las condiciones finales dependen del análisis que se haga del cliente por parte de la entidad financiera. En todo caso, el elevado ahorro generado posibilita varias opciones para el cambio a biomasa, y se debe estudiar en cada caso la opción más viable Análisis financiero Se pueden plantear tiempos de devolución del préstamos mayores (hasta 12 años), lo que implicaría unos intereses mayores. En este caso se considera un periodo reducido de 7 años. Asimismo, se debe tener en cuenta que el interés a pagar dependerá de la solvencia económica del usuario final. A mayor solvencia, menor interés, y por tanto mejores resultados. Página 238 de 428

239 En la siguiente imagen se muestran los resultados generados por RETscreen: Se observa que los ratios financieros son ligeramente positivos: La TIR (Tasa Interna de Retorno) representa la rentabilidad de la inversión realizada, del 1,2%. La instalación se paga con el ahorro producido en 5,1 años. La instalación se paga con el ahorro generado, admitiendo un plazo de préstamo de 7 años. En la siguiente gráfica se observan los costes de energía con gasóleo (izquierda), al usar biomasa (derecha), y el ahorro resultante tras obtener un crédito para 3 años, por el total de las inversiones a realizar (centro), incluyendo los costes de mantenimiento externo: Página 239 de 428

240 Se observa como durante el periodo de devolución del crédito, el ahorro generado lo paga, y además deja un ahorro adicional de 485 /año. Esto sucedería los años 1 a 7. Una vez devuelto el crédito, a partir del año 8, el ahorro generado sería de 716 /año. Al finalizar el plazo del crédito, las instalaciones pasan a propiedad del cliente, tras aportar el valor residual que se acuerde con la entidad financiera, normalmente un valor muy reducido y casi simbólico. En la gráfica de flujo de caja acumulado, se observa que tras diez años de funcionamiento, se ahorran casi 4.000, lo que incluye el haber pagado completamente la nueva instalación mediante el crédito solicitado: Página 240 de 428

241 La clave de la viabilidad de la operación será la formalización del crédito, que permita pagar las nuevas instalaciones con el ahorro producido, sin que el usuario tenga que hacer inversión alguna. Este tipo de operaciones no es posible realizarlas mediante ESEs, porque está por debajo del umbral de consumo anual que suelen exigir (habitualmente kwh/año) Efectos sobre el medio ambiente En cuanto a las emisiones de GEI (gases de efecto invernadero, como el CO2), el uso de biomasa tiene efectos equivalentes a 0,4 Has de bosque absorbiendo carbón. Este es el efecto equivalente a la reducción de emisiones de GEI en 4,8 Tms/año: Análisis de Emisiones Emisiones GEI Caso base tco2 4,8 Caso propuesto tco2 Reducción anual bruta de emisiones GEI tco2 4,8 Derechos de transacción por créditos GEI % Reducción de emisiones GEI anual neta tco2 4, Comparativo de costes según combustibles Aparte de la comparativa entre gasóleo y biomasa (pélets), se realiza un comparativo con las restantes fuentes de energía fósil: gas propano y gas natural. Los precios unitarios (en c /kwh) para cada fuente de energía son los siguientes: Página 241 de 428

242 Realizando el análisis de viabilidad económico a 10 años, con la solicitud de un crédito a 7 años, se pueden representar las curvas de gasto acumulado: Página 242 de 428

243 Se observa que la viabilidad del cambio a biomasa es elevada en los casos de Gasóleo y Gas Propano, ya que se puede solicitar un crédito a 7 años que se paga con el ahorro, y a pesar de ello se dispone de un ahorro adicional (la diferencia entre curvas). Sin embargo, en el caso de Gas Natural, se observa que la viabilidad del cambio es nula, ya que tiene un coste mucho más ajustado. El precio del pélet lastra la viabilidad de esta alternativa. Por ello, se concluye que la biomasa es la alternativa más interesante cuando no existe gas natural disponible Conclusiones Una vez analizado el caso tipo, así como los datos sobre diversos casos en el sector, se pueden obtener una serie de conclusiones, válidas para poder tomar decisiones sobre el uso de biomasa en instalaciones de este grupo Resumen de los casos analizados Una vez analizado el caso tipo, se pueden extrapolar resultados para la totalidad de instalaciones del grupo de Instalaciones Deportivas. En primer lugar, se puede analizar el ahorro que se puede obtener en el caso de extender al resto de casos el uso de biomasa. Se analizan los ahorros obtenidos, tanto en el caso de astillas como de pélets, así como las cantidades de biomasa necesarias. PROPUESTA ASTILLA PROPUESTA PÉLET Instalación TMS COSTE AHORRO TMS COSTE AHORRO Instalación ,0% ,7% Instalación ,0% ,7% Instalación ,0% ,7% Instalación ,8% ,8% Instalación ,8% ,8% Instalación ,8% ,8% Instalación ,9% ,6% Instalación ,8% ,8% Las cifras conjuntas para el grupo, en caso de extender el uso de biomasa, serían: ASTILLAS: 37 Tms/año Precio de las astillas (IVA incluido del 21%): 121 /Tm Ahorro de costes: /año Los ahorros oscilan entre el 47,9% (gas natural) y el 78,0% (gas propano) Página 243 de 428

244 PÉLETS: 31 Tms/año Precio de los pélets (IVA incluido del 21%): 242 /Tm Ahorro de costes: /año Los ahorros oscilan entre el 11,6% (gas natural) y el 62,7% (gas propano) Por otro lado, se analiza la factibilidad de que el cambio a biomasa se realice mediante Empresas de Servicios Energéticos (ESEs), que se ocupan de realizar las inversiones, asumiendo un contrato de venta de energía (calor) por un periodo entre 7 y 12 años, usualmente 10. Las opción de ESEs es especialmente interesante en el caso de la administración pública, aunque existe una limitación, ya que sólo es asumible en aquellos casos en el consumo energético sea mayor de una cierta cantidad (normalmente se considera kwh/año como mínimo), así como un coste energético mínimo determinado (se considera 8 c /kwh, descartando con ello los casos de gas natural, como antes se ha comprobado). Poniendo estos factores en una tabla, se determinan el número de casos en los que se cumplen ambos factores simultáneamente: INTERESANTE PARA ESE Instalación Consumo Precio Total Instalación Instalación Instalación Instalación ,0% Instalación Instalación Instalación Instalación Se marca con 1 en caso de que se cumpla la condición, o 0 cuando no lo cumple. Se obtienen los siguientes resultados: Casos interesantes por consumo energético: 0 Casos interesantes por coste de energía: 7 Casos interesantes ambas condiciones: 0 Por tanto, sería factible el cambio a biomasa mediante ESEs en 0 de los 8 casos. No obstante, las ESEs están encontrando soluciones muy dinámicas, y es un sector en continua evolución, es posible que a corto medio plazo existan nuevas posibilidades, en base a la opción de quemadores. Página 244 de 428

245 6.10. Grupo Centros de Formación Instalaciones en el estudio: 6 Página 245 de 428

246 Datos generales del grupo El grupo Centros de Formación disponen de las siguientes características comunes: Tipo de edificación: en bloque y concentrado, o bien en varias edificaciones, con preponderancia de aulas ocupadas en horario lectivo. Algunas tienen residencia para los estudiantes. Uso: calefacción en horario lectivo, usualmente de 8 a 15 h, en algunos casos se dispone de ACS para la residencia de estudiantes (aseos, duchas ). Ubicación: suelen estar situadas en la periferia del casco urbano, no siendo habitual la presencia de gas natural. Consumo de energía. Tienen consumo de calor durante los meses de invierno, para los siguientes usos: o Calefacción: unos 5-6 meses al año, representando un 100% del consumo anual. El consumo es medio, debido a que sólo se calefactan las aulas en horario de mañana, y de lunes a viernes. o ACS: en algunos casos, cuando hay residencia de estudiantes. Ocupación: de lunes a viernes, en jornada de mañana. o 22 días al mes. o Durante todo el día. o 10 meses al año. o Varias paradas de la demanda energética: por vacaciones de navidad, semana santa, etc. Para poder caracterizar el grupo, se han obtenido datos de varias instalaciones en Extremadura (6 instalaciones), con los que se ha determinado un caso tipo, un rango de consumos energéticos, y con todo ello se han establecido unos rangos para poder tomar decisiones respecto a las instalaciones del sector. El esquema de principio empleado en la actualidad es el siguiente: Página 246 de 428

247 Con respecto a los datos de consumo de energía en la actualidad, indicando el tipo de combustible fósil empleado, su consumo anual y el valor del consumo energético anual en kwh/año, los datos disponibles son: Instalación Gasoil (l/año) Propano GN (kg/año) (m 3 /año) Gasoil (Kwh/año) CONSUMO ENERGÍA Propano (Kwh/año) GN (Kwh/año) (Kwh/año) Centro Centro Centro Centro Centro Centro Con respecto a la intensidad del consumo de energía y las potencias instaladas en la actualidad, los datos disponibles son los siguientes: Instalación Combustible KW MESES D/M % CALEFACCIÓN ACS TOTAL H PP/DÍA KW MESES D/M % H PP/DÍA Centro 1 Propano % ,5 Centro 2 Gas natural % 2, ,2 Centro 3 Gasoleo % 1, ,4 Centro 4 Gasoleo % 2, ,1 Centro 5 Gas natural % 2, ,5 Centro 6 Gas natural 1081, % 6,8 707, % 1, ,3 KW H PP/DÍA Se ha estimado el porcentaje de consumo en usos de calefacción en un 100%. Junto con el ciclo de trabajo de la demanda térmica, se ha estimado la carga de trabajo de las calderas existentes, en la forma de HORAS DE TRABAJO A PLENA POTENCIA DE LAS CALDERAS CADA DÍA (h PP/día), que sirve para estimar la carga de trabajo de las calderas y el grado de sobredimensionado de las mismas (muy habitual en calderas de combustible fósil, que se dimensionan por potencia instantánea). Se observa que la mayor parte de las instalaciones disponen de calderas que trabajan entre 2 y 5 horas al día, que es una carga de trabajo baja, con muchas horas de las calderas paradas. Para calcular esto, se hace uso: t (tiempo en horas) = E (energía en kwh) / P (potencia en kw) Página 247 de 428

248 La curva de consumo energético para una instalación tipo tiene una forma similar a la siguiente: Se observa que este tipo de instalaciones tiene consumo energético durante los meses de invierno. Con respecto al combustible fósil empleado en la actualidad, se observa el siguiente reparto: Combustible Nº % Gasóleo 2 33,3% Gas Propano 1 16,7% Gas Natural 3 50,0% Otros Datos técnicos del caso tipo Se establecen las características del caso tipo, a partir del conjunto de datos del total de usuarios, a partir de un análisis estadístico de los datos existentes. Con ello se establece un caso que debe ser representativo del sector, al representar a un número importante de instalaciones Consumo Energético El parámetro fundamental que determina el caso tipo es el consumo energético a lo largo de un año, medido en kwh/año. Se ha efectuado un análisis estadístico de los datos, con los siguientes resultados: Página 248 de 428

249 Número de valores: 6 Mínimo: Máximo: Media aritmética (µ): Desviación estándar (σ): kwh/año kwh/año kwh/año kwh/año Los dos últimos parámetros se calculan de acuerdo con la distribución de campana de Gauss, que representa la distribución normal de una muestra: De acuerdo con la distribución normal, el 68,26% de los valores de consumo energético se encuentran entre los valores de: Página 249 de 428

250 ( µ σ ) = = kwh/año ( µ + σ ) = = kwh/año Se observa que el valor máximo es muy dispar con el resto, por lo que no se considera en el análisis para escoger el caso tipo. Como caso tipo representativo, se adopta como significativo el valor de kwh/año, que es el valor promedio de los restantes cinco valores. Para el total de 6 instalaciones, el consumo de energía conjunto asciende a kwh/año, con el siguiente desglose: Gasóleo: kwh/año 13,1% Gas propano: kwh/año 1,6% Gas natural: kwh/año 85,3% Tipo de Combustible Del total de 6 casos de los que se disponen de datos, en cuanto al tipo de combustible empleado en la actualidad se observa que el gas natural es el más frecuente, al estar presente en el 50,0% de los 6 casos analizados. En el estudio de viabilidad se ofrecerá un comparativo del coste de energía respecto de las tres opciones de combustibles fósiles: gasóleo, gas natural y gas propano. Se ha efectuado un análisis estadístico del precio unitario de la energía (en c /kwh, los kwh se miden en PCI - Poder Calorífico Inferior), con los siguientes resultados: Página 250 de 428

251 Mínimo: Máximo: Promedio: Desviación estándar (σ): 5,9500 c /kwh 14,0916 c /kwh 6,6477 c /kwh 3,3694 c /kwh Número de valores: Descripción de la solución técnica adoptada El esquema de funcionamiento planteado para el uso de biomasa se basa en el siguiente esquema: Se instala un nuevo quemador de biomasa, en la caldera existente, con el objetivo de sustituir completamente al combustible fósil. El quemador actual queda como reserva para momentos puntuales, o en caso de averías en la caldera de biomasa. No tiene sentido hacer un gasto en eliminar los sistemas actuales, si pueden tener utilidad. La caldera con el quemador de biomasa alimenta los circuitos y sistemas existentes en la actualidad, y trabajará a las mismas temperaturas. Para el cálculo de las nuevas instalaciones se hará uso de la demanda térmica, y de los datos climatológicos, mediante el uso del programa RETscreen, a fin de determinar el sistema de biomasa más adecuado para cubrir la demanda térmica, a la vez que se maximiza la calidad (para que el mantenimiento a hacer sea mínimo) y se optimiza la inversión (los equipos de biomasa son caros) Tipo de Biomasa En el caso tipo analizado, con un consumo de kwh/año, es más favorable el uso de pélets mediante un quemador específico, acoplado a las caldera de combustible fósil existente en la actualidad. Página 251 de 428

252 Instalación Hidráulica La nueva instalación de biomasa tendrá las mismas características que la expuesta en el apartado Depósito de almacenamiento de biomasa El depósito de almacenamiento de biomasa tendrá las mismas características que el expuesto en el apartado Tipo de Caldera La caldera tendrá las mismas características que la expuesta en el apartado Estudio Técnico-Económico Una vez definidas las bases del caso tipo y de la propuesta con biomasa a implementar, se analiza la viabilidad del uso de biomasa, desde el punto de vista técnico, económico y financiero Propuesta técnica Los datos que se emplean para el modelo técnico son los siguientes: Consumo energético anual: kwh/año Ponderación del ACS en el total del consumo energético: 0%. Combustible fósil a comparar: gasóleo (a pesar de que el gas natural es el más frecuente en los 6 casos, pero el estudio saldría inviable, por ello se ha preferido comparar biomasa con gasóleo), a un precio de 1,029 /litro (IVA incluido), y un poder calorífico (PCI) de 10 kwh/litro. Rendimiento térmico de los equipos: 90% (tanto para el combustible fósil como para biomasa). La potencia térmica existente en gasóleo es de 150 kw, según los datos promedio del grupo. El programa RETscreen tiene varias formas de calcular. Se ha optado por determinar la demanda energética, de manera que la necesidad de calefacción sea el consumo energético de kwh, que en el caso de gasóleo supone el consumo de litros/año. De esta manera, para el cálculo de la potencia se considera la demanda de calefacción, ya que el quemador de biomasa a instalar debe abastecer a toda la demanda: Página 252 de 428

253 Se establece la potencia necesaria en biomasa, de 100 kw, que es el valor de la potencia útil. Con ello se abastece al 100% de la demanda térmica. Con respecto al ciclo de trabajo del quemador, se calculan las horas de trabajo en un año: Potencia de consumo de biomasa = 100/0,9 = 111,1 kw Horas trabajo = energía / potencia = kwh/año / 111,1 kw = 720 h/año El quemador de biomasa trabajará un total de 720 horas a lo largo de un año, calculadas como equivalentes a plena potencia (habría que sumar los tiempos de arranque y parada). Con respecto al ciclo de trabajo máximo diario (en invierno, campaña de calefacción): Calefacción: kwh/año / 5 meses / 22 días = 727,3 kwh/día Total consumo diario punta: 727,3 kwh/día Ciclo de trabajo punta: 727,3 kwh/día / 111,1 kw = 6,5 h/día En punta, el quemador de biomasa trabajará un máximo de 6,5 horas diarias (equivalentes a plena potencia), sobre un máximo de 24 horas disponibles. Esta carga es perfectamente asumible para el correcto funcionamiento del sistema. Con ello, se deja cerrada la elección de la potencia del quemador de biomasa, que es uno de los aspectos más importantes para realizar un buen diseño. Con respecto a la capacidad del silo, se ha considerado uno con dimensiones 1,5 x 1,5 m 2 (en planta) y 2,5 metros de altura, lo que hace un volumen total de 5,6 m 3, y en el caso de pélets una capacidad útil de 4,5 m 3 (descontando los espacios no ocupados), que supone una capacidad de 2,9 Tms. Esta cantidad también puede ser suministrada mediante big bags. El consumo anual de biomasa es de 17,0 Tms/año, lo que implicará 5,8 recargas anuales, lo que representa una autonomía del silo de cerca de un mes, que es el tiempo entre recargas durante el invierno. Hay que estar atentos para que el silo nunca se quede sin biomasa. Página 253 de 428

254 Inversión necesaria Con respecto a la inversión, se ha considerado un ratio de 60 /kw de potencia instalada (IVA no incluido), que es un ratio empírico para el caso de quemadores de biomasa. Como la potencia a instalar es de 60 kw, el coste total se estima en 100 kw x 60 /kw = (sin IVA), que añadiendo el IVA del 21% asciende a Las partes de que consta dicho presupuesto son: Inversión % Equipos principales (quemador, silo / tolva, adaptaciones en la caldera existente, sistema de regulación, etc.) Otros: legalización, imprevistos TOTAL % % Esta inversión es una estimación, y en cada caso se deberá hacer un estudio detallado, ya que puede haber elementos existentes que se pueden aprovechar (obra civil, silo de biomasa, etc.) Estudio económico Se ha tomado como dato de consumo de combustible fósil (gasóleo) litros/año. En cuanto al precio, se ha estimado 1,029 /litro (IVA incluido). El coste de gasóleo es de /año, y la biomasa equivalente (pélets a 242 /Tm) asciende a /año, lo que representa un ahorro de costes de /año. A este ahorro se le debe descontar el mantenimiento y las inversiones a realizar, para obtener la viabilidad económica. Los costes de Página 254 de 428

255 mantenimiento revisiones de los servicios técnicos autorizados (STA), se estiman en 100 /año con los combustibles fósiles, y 500 en el caso de los equipos de biomasa. El gran ahorro generado permite pagar el cambio a biomasa mediante el ahorro producido, para lo que se puede solicitar un crédito bancario, de manera que el cliente no deba hacer inversiones iniciales, sino que las nuevas instalaciones de biomasa se paguen con el ahorro generado. Las condiciones finales dependen del análisis que se haga del cliente por parte de la entidad financiera. En todo caso, el elevado ahorro generado posibilita varias opciones para el cambio a biomasa, y se debe estudiar en cada caso la opción más viable Análisis financiero Se pueden plantear tiempos de devolución del préstamos mayores (hasta 12 años), lo que implicaría unos intereses mayores. En este caso se considera un periodo reducido de 3 años. Asimismo, se debe tener en cuenta que el interés a pagar dependerá de la solvencia económica del usuario final. A mayor solvencia, menor interés, y por tanto mejores resultados. En la siguiente imagen se muestran los resultados generados por RETscreen: Página 255 de 428

256 Se observa que los ratios financieros son muy positivos: La TIR (Tasa Interna de Retorno) representa la rentabilidad de la inversión realizada, del 32,4%. La instalación se paga con el ahorro producido en 2,0 años. La instalación se paga con el ahorro generado, admitiendo un plazo de préstamo de 3 años. En la siguiente gráfica se observan los costes de energía con gasóleo (izquierda), al usar biomasa (derecha), y el ahorro resultante tras obtener un crédito para 3 años, por el total de las inversiones a realizar (centro), incluyendo los costes de mantenimiento externo: Página 256 de 428

257 Se observa como durante el periodo de devolución del crédito, el ahorro generado lo paga, y además deja un ahorro adicional de 485 /año. Esto sucedería los años 1 a 3. Una vez devuelto el crédito, a partir del año 4, el ahorro generado sería de /año. Al finalizar el plazo del crédito, las instalaciones pasan a propiedad del cliente, tras aportar el valor residual que se acuerde con la entidad financiera, normalmente un valor muy reducido y casi simbólico. En la gráfica de flujo de caja acumulado, se observa que tras diez años de funcionamiento, se ahorran más de , lo que incluye el haber pagado completamente la nueva instalación mediante el crédito solicitado: Página 257 de 428

258 La clave de la viabilidad de la operación será la formalización del crédito, que permita pagar las nuevas instalaciones con el ahorro producido, sin que el usuario tenga que hacer inversión alguna. Este tipo de operaciones no es posible realizarlas mediante ESEs, porque está por debajo del umbral de consumo anual que suelen exigir (habitualmente kwh/año) Efectos sobre el medio ambiente En cuanto a las emisiones de GEI (gases de efecto invernadero, como el CO2), el uso de biomasa tiene efectos equivalentes a 2,0 Has de bosque absorbiendo carbón. Este es el efecto equivalente a la reducción de emisiones de GEI en 22,9 Tms/año: Análisis de Emisiones Emisiones GEI Caso base tco2 21,5 Caso propuesto tco2 Reducción anual bruta de emisiones GEI tco2 21,5 Derechos de transacción por créditos GEI % Reducción de emisiones GEI anual neta tco2 21, Comparativo de costes según combustibles Aparte de la comparativa entre gasóleo y biomasa (pélets), se realiza un comparativo con las restantes fuentes de energía fósil: gas propano y gas natural. Los precios unitarios (en c /kwh) para cada fuente de energía son los siguientes: Página 258 de 428

259 Realizando el análisis de viabilidad económico a 10 años, con la solicitud de un crédito a 3 años, se pueden representar las curvas de gasto acumulado: Página 259 de 428

260 Se observa que la viabilidad del cambio a biomasa es elevada en los casos de Gasóleo y Gas Propano, ya que se puede solicitar un crédito a 3 años que se paga con el ahorro, y a pesar de ello se dispone de un ahorro adicional (la diferencia entre curvas). Sin embargo, en el caso de Gas Natural, se observa que la viabilidad del cambio es nula, ya que tiene un coste mucho más ajustado. El precio del pélet lastra la viabilidad de esta alternativa. Por ello, se concluye que la biomasa es la alternativa más interesante cuando no existe gas natural disponible Conclusiones Una vez analizado el caso tipo, así como los datos sobre diversos casos en el sector, se pueden obtener una serie de conclusiones, válidas para poder tomar decisiones sobre el uso de biomasa en instalaciones de este grupo Resumen de los casos analizados Una vez analizado el caso tipo, se pueden extrapolar resultados para la totalidad de instalaciones del grupo de Colegios Públicos. En primer lugar, se puede analizar el ahorro que se puede obtener en el caso de extender al resto de casos el uso de biomasa. Se analizan los ahorros obtenidos, tanto en el caso de astillas como de pélets, así como las cantidades de biomasa necesarias. PROPUESTA ASTILLA PROPUESTA PÉLET Instalación TMS COSTE AHORRO TMS COSTE AHORRO Centro ,0% ,7% Centro ,9% ,6% Centro ,8% ,8% Centro ,8% ,8% Centro ,9% ,6% Centro ,9% ,6% Las cifras conjuntas para el grupo, en caso de extender el uso de biomasa, serían: ASTILLAS: 351 Tms/año Precio de las astillas (IVA incluido del 21%): 121 /Tm Ahorro de costes: /año Página 260 de 428

261 Los ahorros oscilan entre el 47,9% (gas natural) y el 78,0% (gas propano) PÉLETS: 298 Tms/año Precio de los pélets (IVA incluido del 21%): 242 /Tm Ahorro de costes: /año Los ahorros oscilan entre el 11,6% (gas natural) y el 62,7% (gas propano) Por otro lado, se analiza la factibilidad de que el cambio a biomasa se realice mediante Empresas de Servicios Energéticos (ESEs), que se ocupan de realizar las inversiones, asumiendo un contrato de venta de energía (calor) por un periodo entre 7 y 12 años, usualmente 10. Las opción de ESEs es especialmente interesante en el caso de la administración pública, aunque existe una limitación, ya que sólo es asumible en aquellos casos en el consumo energético sea mayor de una cierta cantidad (normalmente se considera kwh/año como mínimo), así como un coste energético mínimo determinado (se considera 8 c /kwh, descartando con ello los casos de gas natural, como antes se ha comprobado). Poniendo estos factores en una tabla, se determinan el número de casos en los que se cumplen ambos factores simultáneamente: INTERESANTE PARA ESE Instalación Consumo Precio Total Centro Centro Centro ,7% Centro Centro Centro Se marca con 1 en caso de que se cumpla la condición, o 0 cuando no lo cumple. Se obtienen los siguientes resultados: Casos interesantes por consumo energético: 1 Casos interesantes por coste de energía: 3 Casos interesantes ambas condiciones: 0 Por tanto, sería factible el cambio a biomasa mediante ESEs en 0 de los 6 casos. Página 261 de 428

262 No obstante, las ESEs están encontrando soluciones muy dinámicas, y es un sector en continua evolución, es posible que a corto medio plazo existan nuevas posibilidades, en base a la opción de quemadores. Página 262 de 428

263 6.11. Grupo Juzgados Instalaciones en el estudio: 17 Página 263 de 428

264 Datos generales del grupo El grupo analizado lo integran Juzgados, que disponen de las siguientes características comunes: Tipo de edificación: en bloque y concentrado, con preponderancia de estancias para los despachos y oficinas, así como zonas comunes. Uso: residencial, en horario intensivo durante la mañana. Ubicación: suelen estar situadas en el casco urbano, no siendo habitual la presencia de gas natural. Muchos centros en entornos rurales. Consumo de energía Tienen consumo de calor durante los meses de invierno, para los siguientes usos: o Calefacción: unos 5-6 meses al año, representando un 100% del consumo anual. El consumo es medio, debido a que sólo se calefactan las estancias y zonas comunes en horario de mañana, y de lunes a viernes. SE suele disponer de zona de urgencias. Ocupación: de lunes a viernes, en jornada de mañana. o 22 días al mes. o 8-10 horas al día. o 11 meses al año. Para poder caracterizar el sector, se han obtenido datos de varias instalaciones en Extremadura (17 instalaciones), con los que se ha determinado un caso tipo, un rango de consumos energéticos, y con todo ello se han establecido unos rangos para poder tomar decisiones respecto a las instalaciones del sector. El esquema de principio empleado en la actualidad es el siguiente: Página 264 de 428

265 Con respecto a los datos de consumo de energía en la actualidad, indicando el tipo de combustible fósil empleado, su consumo anual y el valor del consumo energético anual en kwh/año, los datos disponibles son: Instalación Gasoil (l/año) Propano GN (kg/año) (m 3 /año) Gasoil (Kwh/año) CONSUMO ENERGÍA Propano (Kwh/año) GN (Kwh/año) (Kwh/año) Juzgado Juzgado Juzgado Juzgado Juzgado Juzgado Juzgado Juzgado Juzgado Juzgado Juzgado Juzgado Juzgado Juzgado Juzgado Juzgado Juzgado Con respecto a la intensidad del consumo de energía y las potencias instaladas en la actualidad, los datos disponibles son los siguientes: Instalación Combustible KW MESES D/M % CALEFACCIÓN ACS TOTAL H PP/DÍA KW MESES D/M % H PP/DÍA Juzgado 1 Gasoleo % 3, ,0 Juzgado 2 Gasoleo % 4, ,5 Juzgado 3 Gas natural 875, % 3, ,3 Juzgado 4 Gasoleo % 5, % 0, ,4 Juzgado 5 Gasoleo % 3, ,8 Juzgado 6 Gasoleo % 4, ,5 Juzgado 7 Gasoleo % 2, ,7 Juzgado 8 Gasoleo % 2, ,4 Juzgado 9 Gasoleo % 6, ,3 Juzgado 10 Gasoleo % 6, ,1 Juzgado 11 Gasoleo % 1, ,9 Juzgado 12 Gas natural % 5, ,3 Juzgado 13 Gasoleo % 4, ,9 Juzgado 14 Gasoleo % 1, ,8 Juzgado 15 Gasoleo % 2, ,7 Juzgado 16 Gasoleo % 4, ,3 Juzgado 17 Gas natural % 0, ,3 KW H PP/DÍA Se ha considerado el porcentaje de consumo en usos de calefacción en un 100%, lo cual ocurre en todos los casos analizados. Página 265 de 428

266 Junto con el ciclo de trabajo de la demanda térmica, se ha estimado la carga de trabajo de las calderas existentes, en la forma de HORAS DE TRABAJO A PLENA POTENCIA DE LAS CALDERAS CADA DÍA (h PP/día), que sirve para estimar la carga de trabajo de las calderas y el grado de sobredimensionado de las mismas (muy habitual en calderas de combustible fósil, que se dimensionan por potencia instantánea). Se observa que la mayor parte de las instalaciones disponen de calderas que trabajan entre 3 y 7 horas al día. Para calcular esto, se hace uso: t (tiempo en horas) = E (energía en kwh) / P (potencia en kw) Se observa que este tipo de instalaciones tiene consumo energético durante los meses de invierno. Se ha considerado para el Caso Tipo que el 100% del consumo energético es para calefacción. Con respecto al combustible fósil empleado en la actualidad, se observa el siguiente reparto: Combustible Nº % Gasóleo 14 82,3% Gas Propano 0 - Gas Natural 3 17,7% Otros Datos técnicos del caso tipo Se establecen las características del caso tipo, a partir del conjunto de datos del total de usuarios, a partir de un análisis estadístico de los datos existentes. Con ello se establece un caso que debe ser representativo del sector, al representar a un número importante de instalaciones Consumo Energético El parámetro fundamental que determina el caso tipo es el consumo energético a lo largo de un año, medido en kwh/año. Se ha efectuado un análisis estadístico de los datos, con los siguientes resultados: Página 266 de 428

267 Número de valores: 17 Mínimo: Máximo: Media aritmética (µ): Desviación estándar (σ): kwh/año kwh/año kwh/año kwh/año Se observa que hay un valor muy discordante con los demás, lo que hace aumentar el valor de la desviación estándar. Los dos últimos parámetros se calculan de acuerdo con la distribución de campana de Gauss, que representa la distribución normal de una muestra: De acuerdo con la distribución normal, el 68,26% de los valores de consumo energético se encuentran entre los valores de: Página 267 de 428

268 ( µ σ ) = = kwh/año ( µ + σ ) = = kwh/año Como caso tipo representativo, se adopta como significativo el valor de kwh/año, que es el valor promedio obtenido. Para el total de 17 instalaciones, el consumo de energía conjunto asciende a kwh/año, con el siguiente desglose: Gasóleo: kwh/año 71,2% Gas propano: 0 kwh/año 0% Gas natural: kwh/año 28,8% Tipo de Combustible Del total de 17 casos de los que se disponen de datos, en cuanto al tipo de combustible empleado en la actualidad se observa que el gasóleo es el más frecuente, al estar presente en el 82,3% de los 17 casos analizados. En el estudio de viabilidad se ofrecerá un comparativo del coste de energía respecto de las tres opciones de combustibles fósiles: gasóleo, gas natural y gas propano. Se ha efectuado un análisis estadístico del precio unitario de la energía (en c /kwh, los kwh se miden en PCI - Poder Calorífico Inferior), con los siguientes resultados: Mínimo: Máximo: 5,9500 c /kwh 10,2850 c /kwh Página 268 de 428

269 Promedio: Desviación estándar (σ): 9,0360 c /kwh 1,7034 c /kwh Número de valores: Descripción de la solución técnica adoptada El esquema de funcionamiento planteado para el uso de biomasa se basa en el siguiente esquema: Se instala una nueva caldera de biomasa, que sirva como apoyo a la(s) caldera(s) ya existente(s), con el objetivo de sustituir completamente al combustible fósil. De esta manera, la instalación de biomasa funcionará como Sistema de Carga Base. La caldera actual queda como reserva para momentos puntuales (Sistema de Carga Punta), o en caso de averías en la caldera de biomasa. No tiene sentido hacer un gasto en eliminar los sistemas actuales, si pueden tener utilidad. La caldera de biomasa alimenta los circuitos y sistemas existentes en la actualidad, y trabajará a las mismas temperaturas. Es importante destacar que los sistemas de biomasa hacen uso de un depósito de inercia, tal y como se explicará en el apartado de instalaciones hidráulicas. Esto condiciona su modo de funcionamiento, ya que la biomasa no es instantánea (como con los combustibles fósiles tradicionales), sino que la caldera de biomasa debe funcionar de manera lo más continua posible en el tiempo, ya que precisan de cierto tiempo para su arranque y paro, y no son instantáneos. Página 269 de 428

270 Tipo de Biomasa En el caso tipo analizado, con un consumo de kwh/año, es más favorable el uso de pélets mediante una caldera específica, instalada en paralelo con la caldera de combustible fósil existente en la actualidad. Este tipo de equipos también pueden emplear hueso de aceituna, aunque depende de cada modelo y marca, no siendo una solución estándar Instalación Hidráulica La nueva instalación de biomasa tendrá las mismas características que la expuesta en el apartado Depósito de almacenamiento de biomasa El depósito de almacenamiento de biomasa tendrá las mismas características que el expuesto en el apartado Tipo de Caldera La caldera tendrá las mismas características que la expuesta en el apartado Funcionamiento del Sistema El sistema funcionará tal y como se ha expuesto en el apartado Estudio Técnico-Económico Una vez definidas las bases del caso tipo y de la propuesta con biomasa a implementar, se analiza la viabilidad del uso de biomasa, desde el punto de vista técnico, económico y financiero Propuesta técnica Los datos que se emplean para el modelo técnico son los siguientes: Consumo energético anual: kwh/año Ponderación del ACS en el total del consumo energético: 0%. Sólo para calefacción en temporada de invierno (5 meses al año). Combustible fósil a comparar: gasóleo, a un precio de 1,029 /litro (IVA incluido), y un poder calorífico (PCI) de 10 kwh/litro. Rendimiento térmico de los equipos: 90% (tanto para el combustible fósil como para biomasa), aunque es previsible que con la sustitución de las calderas de combustible fósil se Página 270 de 428

271 mejora la eficiencia energética, y que el ahorro sea mayor, aunque esto no se ha considerado en el estudio tipo. La potencia térmica existente en gasóleo es de 250 kw, según los datos promedio del grupo. El programa RETscreen tiene varias formas de calcular. Se ha optado por determinar la demanda energética, de manera que la suma de las necesidades de calefacción y del ACS sea el consumo energético de kwh, que en el caso de gasóleo supone el consumo de litros/año. De esta manera, para el cálculo de la potencia se consideran tanto la demanda de calefacción como la de ACS, ya que la caldera de biomasa a instalar debe abastecer a ambos tipos de demanda: Una vez establecida la demanda térmica, se determina la potencia térmica en biomasa necesaria para abastecerla, que cifra en un mínimo de 68,5 kw, frente a los 250 kw instalados en gasóleo (que suponen un 292,1% de la potencia realmente necesaria). Es muy usual la existencia de potencias muy sobredimensionadas, lo que provoca que el número de horas que trabajen al día sea reducido (ver más detalles en el apartado 2, donde se analizan las instalaciones de las que se disponen datos), frente al total disponible para funcionar, que es de 24 horas al día. Página 271 de 428

272 Por ello, se establece la potencia necesaria en biomasa, de 70 kw, que es el valor de la potencia útil. Con ello se abastece al 100% de la demanda térmica. Con respecto al ciclo de trabajo de la caldera, se calculan las horas de trabajo en un año: Potencia de consumo de biomasa = 70/0,9 = 77,7 kw Horas trabajo = energía / potencia = kwh/año / 77,7 kw = h/año La caldera de biomasa trabajará un total de horas a lo largo de un año, calculadas como equivalentes a plena potencia (habría que sumar los tiempos de arranque y parada). Con respecto al ciclo de trabajo máximo diario (en invierno, campaña de calefacción): Calefacción: kwh/año / 5 meses / 22 días = kwh/día Total consumo diario: kwh/día Ciclo de trabajo promedio: kwh/día / 77,7 kw = 14,1 h/día En punta, la caldera de biomasa trabajará un máximo de 14,1 horas diarias (equivalentes a plena potencia), sobre un máximo de 24 horas disponibles. Esta carga es perfectamente asumible para una caldera de biomasa de altas prestaciones. Además, sería conveniente hacer trabajar a la caldera en el fin de semana, para que la temperatura del edificio no bajase, y por tanto el funcionamiento a principios de semana fuera menos intensivo. Con ello se optimiza el funcionamiento de la caldera. Con ello, se deja cerrada la elección de la potencia de la caldera de biomasa, que es uno de los aspectos más importantes para realizar un buen diseño. Con respecto a la capacidad del silo, se ha considerado uno con dimensiones 4 x 4 m 2 (en planta) y 3 metros de altura, lo que hace un volumen total de 48 m 3, y en el caso de astilla una capacidad útil de 36 m 3 (descontando los espacios no ocupados), que supone una capacidad de 23,4 Tms. Esta es la cantidad que puede llevar un camión de descarga neumática. El consumo anual de biomasa es de 25,8 Tms/año, lo que implicará casi 1 recarga anual, lo que representa una autonomía del silo de unos 4 meses en campaña de invierno, que es el tiempo entre recargas. Hay que estar atentos para que el silo nunca se quede sin biomasa. NOTA: Se debe destacar que en caso de haber escogido la potencia de 250 kw para biomasa, hubiera supuesto varios importantes inconvenientes: Importante encarecimiento, ya que las calderas de biomasa son elementos muy costoso, y a más potencia más coste, de manera más o menos proporcional. La caldera funcionaría mucho peor, al arrancar y parar continuamente, generando más ensuciamiento en el interior, más cenizas, y más humo visible por chimenea. Página 272 de 428

273 Inversión necesaria Con respecto a la inversión, se ha considerado un ratio de 300 /kw de potencia instalada (IVA no incluido), que es un ratio empírico para el caso de calderas de pélets de alta gama. Como la potencia a instalar es de 70 kw, el coste total se estima en 70 kw x 300 /kw = (sin IVA), que añadiendo el IVA del 21% asciende a Las partes de que consta dicho presupuesto son: Inversión % Equipos principales (caldera de biomasa y tanques de inercia) % Obra civil: fundamentalmente el silo de biomasa y sala de calderas % Instalaciones: instalación hidráulica, elementos de la instalación (bombas ), salida de humos, instalación eléctrica, etc. Otros: legalización, imprevistos TOTAL % % Esta inversión es una estimación, y en cada caso se deberá hacer un estudio detallado, ya que puede haber elementos existentes que se pueden aprovechar (obra civil, bombas, depósitos de inercia, ) Estudio económico Se ha tomado como dato de consumo de combustible fósil (gasóleo) litros/año. En cuanto al precio, se ha estimado 1,029 /litro (IVA incluido). Página 273 de 428

274 El coste de gasóleo es de /año, y la biomasa equivalente (pélets a 242 /Tm) asciende a /año, lo que representa un ahorro de costes de /año. A este ahorro se le debe descontar el mantenimiento y las inversiones a realizar, para obtener la viabilidad económica. Los costes de mantenimiento revisiones de los servicios técnicos autorizados (STA), se estiman en 400 /año con los combustibles fósiles, y 800 en el caso de los equipos de biomasa. El gran ahorro generado permite pagar el cambio a biomasa mediante el ahorro producido, para lo que se puede solicitar un crédito bancario, de manera que el cliente no deba hacer inversiones iniciales, sino que las nuevas instalaciones de biomasa se paguen con el ahorro generado. Las condiciones finales dependen del análisis que se haga del cliente por parte de la entidad financiera. Otra opción de realizar este cambio es mediante la participación de Empresas de Servicios Energéticos (ESEs), que no suponen endeudarse al usuario, aunque el ahorro obtenido se reduce. En todo caso, el elevado ahorro generado posibilita varias opciones para el cambio a biomasa, y se debe estudiar en cada caso la opción más viable Análisis financiero Se pueden plantear tiempos de devolución del préstamos mayores (hasta 12 años), lo que implicaría unos intereses mayores. En este caso se considera un periodo reducido de 6 años. Asimismo, se debe tener en cuenta que el interés a pagar dependerá de la solvencia económica del usuario final. A mayor solvencia, menor interés, y por tanto mejores resultados. En la siguiente imagen se muestran los resultados generados por RETscreen: Página 274 de 428

275 Se observa que los ratios financieros son positivos: La TIR (Tasa Interna de Retorno) representa la rentabilidad de la inversión realizada, del 12,7%. La instalación se paga con el ahorro producido en 4,4 años. La instalación se paga con el ahorro generado, admitiendo un préstamo de 6 años. En la siguiente gráfica se observan los costes de energía con gasóleo (izquierda), al usar biomasa (derecha), y el ahorro resultante tras obtener un crédito para 6 años, por el total de las inversiones a realizar (centro), incluyendo los costes de mantenimiento externo: Página 275 de 428

276 Se observa como durante el periodo de devolución del crédito, el ahorro generado lo paga, y además deja un ahorro adicional de /año. Esto sucedería los años 1 a 6. Una vez devuelto el crédito, a partir del año 7, el ahorro generado sería de /año. Al finalizar el plazo del crédito, las instalaciones pasan a propiedad del cliente, tras aportar el valor residual que se acuerde con la entidad financiera, normalmente un valor muy reducido y casi simbólico. En la gráfica de flujo de caja acumulado, se observa que tras quince años de funcionamiento, se ahorran más de , lo que incluye el haber pagado completamente la nueva instalación mediante el crédito solicitado: La clave de la viabilidad de la operación será la formalización del crédito, que permita pagar las nuevas instalaciones con el ahorro producido, sin que el usuario tenga que hacer inversión alguna. Página 276 de 428

277 Efectos sobre el medio ambiente En cuanto a las emisiones de GEI (gases de efecto invernadero, como el CO2), el uso de biomasa tiene efectos equivalentes a 3,0 Has de bosque absorbiendo carbón. Este es el efecto equivalente a la reducción de emisiones de GEI en 32,4 Tms/año: Análisis de Emisiones Emisiones GEI Caso base tco2 32,4 Caso propuesto tco2 0,0 Reducción anual bruta de emisiones GEI tco2 32,4 Derechos de transacción por créditos GEI % Reducción de emisiones GEI anual neta tco2 32, Comparativo de costes según combustibles Aparte de la comparativa entre gasóleo y biomasa (pélets), se realiza un comparativo con las restantes fuentes de energía fósil: gas propano y gas natural. Los precios unitarios (en c /kwh) para cada fuente de energía son los siguientes: Página 277 de 428

278 Realizando el análisis de viabilidad económico a 15 años, con la solicitud de un crédito a 6 años, se pueden representar las curvas de gasto acumulado: Página 278 de 428

279 Se observa que la viabilidad del cambio a biomasa es elevada en los casos de Gasóleo y Gas Propano, ya que se puede solicitar un crédito a 6 años que se paga con el ahorro, y a pesar de ello se dispone de un ahorro adicional (la diferencia entre curvas). Sin embargo, en el caso de Gas Natural, se observa que la viabilidad del cambio es escasa, ya que tiene un coste mucho más ajustado. La necesidad de hacer una nueva instalación de biomasa lastra la viabilidad de esta alternativa. Por ello, se concluye que la biomasa es la alternativa más interesante cuando no existe gas natural disponible. En la siguiente imagen se muestran los desembolsos en todos los casos, tras 20 años de operación: Conclusiones Una vez analizado el caso tipo, así como los datos sobre diversos casos en el sector, se pueden obtener una serie de conclusiones, válidas para poder tomar decisiones sobre el uso de biomasa en instalaciones de este grupo Resumen de los casos analizados Una vez analizado el caso tipo, se pueden extrapolar resultados para la totalidad de instalaciones del grupo de Juzgados. Página 279 de 428

280 En primer lugar, se puede analizar el ahorro que se puede obtener en el caso de extender al resto de casos el uso de biomasa. Se analizan los ahorros obtenidos, tanto en el caso de astillas como de pélets, así como las cantidades de biomasa necesarias. PROPUESTA ASTILLA PROPUESTA PÉLET Instalación TMS COSTE AHORRO TMS COSTE AHORRO Juzgado ,8% ,8% Juzgado ,8% ,8% Juzgado ,9% ,6% Juzgado ,8% ,8% Juzgado ,8% ,8% Juzgado ,8% ,8% Juzgado ,8% ,8% Juzgado ,8% ,8% Juzgado ,8% ,8% Juzgado ,8% ,8% Juzgado ,8% ,8% Juzgado ,9% ,6% Juzgado ,8% ,8% Juzgado ,8% ,8% Juzgado ,8% ,8% Juzgado ,8% ,8% Juzgado ,9% ,6% Las cifras conjuntas para el grupo, en caso de extender el uso de biomasa, serían: ASTILLAS: 527 Tms/año Precio de las astillas (IVA incluido del 21%): 121 /Tm Ahorro de costes: /año Los ahorros oscilan entre el 47,9% (gas natural) y el 78,0% (gas propano) PÉLETS: 447 Tms/año Precio de los pélets (IVA incluido del 21%): 242 /Tm Ahorro de costes: /año Los ahorros oscilan entre el 11,6% (gas natural) y el 62,7% (gas propano) Por otro lado, se analiza la factibilidad de que el cambio a biomasa se realice mediante Empresas de Servicios Energéticos (ESEs), que se ocupan de realizar las inversiones, asumiendo un contrato de venta de energía (calor) por un periodo entre 7 y 12 años, usualmente Página 280 de 428

281 Las opción de ESEs es especialmente interesante en el caso de la administración pública, aunque existe una limitación, ya que sólo es asumible en aquellos casos en el consumo energético sea mayor de una cierta cantidad (normalmente se considera kwh/año como mínimo), así como un coste energético mínimo determinado (se considera 8 c /kwh, descartando con ello los casos de gas natural, como antes se ha comprobado). Poniendo estos factores en una tabla, se determinan el número de casos en los que se cumplen ambos factores simultáneamente: INTERESANTE PARA ESE Instalación Consumo Precio Total Juzgado Juzgado Juzgado Juzgado Juzgado Juzgado Juzgado Juzgado Juzgado ,6% 1 0 Juzgado Juzgado Juzgado Juzgado Juzgado Juzgado Juzgado Juzgado Se marca con 1 en caso de que se cumpla la condición, o 0 cuando no lo cumple. Se obtienen los siguientes resultados: Casos interesantes por consumo energético: 3 Casos interesantes por coste de energía: 14 Casos interesantes ambas condiciones: 1 Por tanto, sería factible el cambio a biomasa mediante ESEs en 1 de los 17 casos. Esto supone el 5,9% de los casos analizados. En los 3 casos con gas natural no es factible el cambio a biomasa, al menos con razones económicas. Página 281 de 428

282 En los restantes 14 casos, es factible el cambio a biomasa, aunque no mediante la fórmula de ESEs. Para ello se debe estudiar cada caso concreto, y realizar un diálogo con las empresas que puedan llevar a cabo ese cambio, a fin de encontrar líneas de colaboración y entendimiento. En este sentido, las ESEs están encontrando soluciones muy dinámicas, y es un sector en continua evolución. En total, es factible el cambio a biomasa en 1 de los 17 casos estudiados, esto es, un 5,9% de los casos. Página 282 de 428

283 6.12. Grupo Residencias de Mayores Instalaciones en el estudio: 11 Página 283 de 428

284 Datos generales del grupo El grupo analizado lo integran Residencias de Mayores, que disponen de las siguientes características comunes: Tipo de edificación: en bloque y concentrado, con preponderancia de habitaciones de los usuarios residentes. Uso: residencial, incluyendo aseo y servicio de comedor. Ubicación: suelen estar situadas en la periferia del casco urbano, no siendo habitual la presencia de gas natural. Consumo de energía Tienen consumo de calor durante todo el año, para los siguientes usos: o Calefacción: unos 5-6 meses al año, representando un 85% del consumo anual. El consumo es elevado, la temperatura de consigna para el edificio suele ser alta (20-24ºC), debido a las necesidades de las personas mayores y dependientes que lo habitan, que tienen tendencia a tener frío. o Agua Caliente Sanitaria (ACS): durante todo el año, representando un 15% del consumo anual. Ocupación: permanente o 30 días al mes. o 24 horas al día. Para poder caracterizar el grupo, se han obtenido datos de varias instalaciones en Extremadura (11 instalaciones), con los que se ha determinado un caso tipo, un rango de consumos energéticos, y con todo ello se han establecido unos rangos para poder tomar decisiones respecto a las instalaciones del sector. El esquema de principio empleado en la actualidad es el siguiente: Página 284 de 428

285 Con respecto a los datos de consumo de energía en la actualidad, indicando el tipo de combustible fósil empleado, su consumo anual y el valor del consumo energético anual en kwh/año, los datos disponibles son: Instalación Gasoil (l/año) Propano GN (kg/año) (m 3 /año) CONSUMO ENERGÍA Gasoil (Kwh/año) Propano (Kwh/año) GN (Kwh/año) (Kwh/año) Centro Residencial Centro Residencial Centro Residencial Centro Residencial Centro Residencial Centro Residencial Centro Residencial Centro Residencial Centro Residencial Centro Residencial Centro Residencial Con respecto a la intensidad del consumo de energía y las potencias instaladas en la actualidad, los datos disponibles son los siguientes: Instalación Combustible KW MESES D/M % CALEFACCIÓN ACS TOTAL H PP/DÍA KW MESES D/M % H PP/DÍA Centro Residencial 1 Gasoleo % 5, % ,0 Centro Residencial 2 Gas Natural % 10, % ,8 Centro Residencial 3 Gasoleo % 0, ,7 Centro Residencial 4 Gasoleo 0 103, % 4, ,3 Centro Residencial 5 Gas Natural % 9, % 0, ,5 Centro Residencial 6 Gas Natural 151, % 7,9 128, % 4, ,5 Centro Residencial 7 Gasoleo 201, % 5, % 2, ,0 Centro Residencial 8 Gasoleo % 7,5 76, % 9, ,3 Centro Residencial 9 Gasoleo % 11,3 81, % 8, ,2 Centro Residencial 10 Gasoleo % 9, ,3 Centro Residencial 11 Propano % 9, % 1, ,7 KW H PP/DÍA Se ha estimado el porcentaje de consumo en usos de calefacción en un 85%, siendo el restante 15% para ACS. Junto con el ciclo de trabajo de la demanda térmica, se ha estimado la carga de trabajo de las calderas existentes, en la forma de HORAS DE TRABAJO A PLENA POTENCIA DE LAS CALDERAS CADA DÍA (h PP/día), que sirve para estimar la carga de trabajo de las calderas y el grado de sobredimensionado de las mismas (muy habitual en calderas de combustible fósil, que se dimensionan por potencia instantánea). Se observa que la mayor parte de las instalaciones disponen de calderas que trabajan entre 8 y 12 horas al día. Para calcular esto, se hace uso: t (tiempo en horas) = E (energía en kwh) / P (potencia en kw) La curva de consumo energético para una instalación tipo tiene una forma similar a la siguiente: Página 285 de 428

286 Se observa que este tipo de instalaciones tiene consumo energético todo el año, aunque el mayor porcentaje se concentra en los meses de invierno. El consumo de ACS es muy constante a lo largo del año y su peso en el total se considera del 15%, siendo el restante del 85% el de calefacción. Con respecto al combustible fósil empleado en la actualidad, se observa el siguiente reparto: Combustible Nº % Gasóleo 7 63,6% Gas Propano 1 9,1% Gas Natural 3 27,3% Otros Datos técnicos del caso tipo Se establecen las características del caso tipo, a partir del conjunto de datos del total de usuarios, a partir de un análisis estadístico de los datos existentes. Con ello se establece un caso que debe ser representativo del sector, al representar a un número importante de instalaciones Consumo Energético El parámetro fundamental que determina el caso tipo es el consumo energético a lo largo de un año, medido en kwh/año. Se ha efectuado un análisis estadístico de los datos, con los siguientes resultados: Página 286 de 428

287 Número de valores: 11 Mínimo: Máximo: Media aritmética (µ): Desviación estándar (σ): kwh/año kwh/año kwh/año kwh/año Los dos últimos parámetros se calculan de acuerdo con la distribución de campana de Gauss, que representa la distribución normal de una muestra: De acuerdo con la distribución normal, el 68,26% de los valores de consumo energético se encuentran entre los valores de: ( µ σ ) = = kwh/año Página 287 de 428

288 ( µ + σ ) = = kwh/año Como caso tipo representativo, se adopta como significativo el valor de kwh/año, que es el valor promedio obtenido. Para el total de 11 instalaciones, el consumo de energía conjunto asciende a kwh/año, con el siguiente desglose: Gasóleo: kwh/año 64,2% Gas propano: kwh/año 15,1% Gas natural: kwh/año 20,7% Tipo de Combustible Del total de 11 casos de los que se disponen de datos, en cuanto al tipo de combustible empleado en la actualidad se observa que el gasóleo es el más frecuente, al estar presente en el 63,6% de los 11 casos analizados. En el estudio de viabilidad se ofrecerá un comparativo del coste de energía respecto de las tres opciones de combustibles fósiles: gasóleo, gas natural y gas propano. Se ha efectuado un análisis estadístico del precio unitario de la energía (en c /kwh, los kwh se miden en PCI - Poder Calorífico Inferior), con los siguientes resultados: Página 288 de 428

289 Mínimo: Máximo: Promedio: Desviación estándar (σ): 5,9500 c /kwh 14,0916 c /kwh 9,9611 c /kwh 2,5135 c /kwh Número de valores: Descripción de la solución técnica adoptada El esquema de funcionamiento planteado para el uso de biomasa se basa en el siguiente esquema: Se instala una nueva caldera de biomasa, que sirva como apoyo a la(s) caldera(s) ya existente(s), con el objetivo de sustituir completamente al combustible fósil. De esta manera, la instalación de biomasa funcionará como Sistema de Carga Base. La caldera actual queda como reserva para momentos puntuales (Sistema de Carga Punta), o en caso de averías en la caldera de biomasa. No tiene sentido hacer un gasto en eliminar los sistemas actuales, si pueden tener utilidad. La caldera de biomasa alimenta los circuitos y sistemas existentes en la actualidad, y trabajará a las mismas temperaturas. Es importante destacar que los sistemas de biomasa hacen uso de un depósito de inercia, tal y como se explicará en el apartado de instalaciones hidráulicas. Esto condiciona su modo de funcionamiento, Página 289 de 428

290 ya que la biomasa no es instantánea (como con los combustibles fósiles tradicionales), sino que la caldera de biomasa debe funcionar de manera lo más continua posible en el tiempo, ya que precisan de cierto tiempo para su arranque y paro, y no son instantáneos Tipo de Biomasa En el caso tipo analizado, con un consumo de kwh/año, es más favorable el uso de astilla Instalación Hidráulica La nueva instalación de biomasa tendrá las mismas características que la expuesta en el apartado Depósito de almacenamiento de biomasa El depósito de almacenamiento de biomasa tendrá las mismas características que el expuesto en el apartado Tipo de Caldera La caldera tendrá las mismas características que la expuesta en el apartado Funcionamiento del Sistema El sistema funcionará tal y como se ha expuesto en el apartado Estudio Técnico-Económico Una vez definidas las bases del caso tipo y de la propuesta con biomasa a implementar, se analiza la viabilidad del uso de biomasa, desde el punto de vista técnico, económico y financiero Propuesta técnica Los datos que se emplean para el modelo técnico son los siguientes: Consumo energético anual: kwh/año Ponderación del ACS en el total del consumo energético: 15% de incremento sobre la demanda base de calefacción (es un valor empírico, que se suele cumplir en residencias de Mayores, con una tasa elevada de uso para aseo y limpieza). Combustible fósil a comparar: gasóleo, a un precio de 1,029 /litro (IVA incluido), y un poder calorífico (PCI) de 10 kwh/litro. Rendimiento térmico de los equipos: 90% (tanto para el combustible fósil como para biomasa), aunque es previsible que con la sustitución de las calderas de combustible fósil se Página 290 de 428

291 mejora la eficiencia energética, y que el ahorro sea mayor, aunque esto no se ha considerado en el estudio tipo. La potencia térmica existente en gasóleo es de 800 kw, según los datos promedio del grupo. El programa RETscreen tiene varias formas de calcular. Se ha optado por determinar la demanda energética, de manera que la suma de las necesidades de calefacción y del ACS sea el consumo energético de kwh, que en el caso de gasóleo supone el consumo de litros/año. De esta manera, para el cálculo de la potencia se consideran tanto la demanda de calefacción como la de ACS, ya que la caldera de biomasa a instalar debe abastecer a ambos tipos de demanda: Una vez establecida la demanda térmica, se determina la potencia térmica en biomasa necesaria para abastecerla, que cifra en un mínimo de 211,9 kw, frente a los 800 kw instalados en gasóleo (que suponen un 377,6% de la potencia realmente necesaria). Es muy usual la existencia de potencias muy sobredimensionadas, lo que provoca que el número de horas que trabajen al día sea reducido (ver más detalles en el apartado 2, donde se analizan las instalaciones de las que se disponen datos), frente al total disponible para funcionar, que es de 24 horas al día. Por ello, se establece la potencia necesaria en biomasa, de 220 kw, que es el valor de la potencia útil. Con ello se abastece al 100% de la demanda térmica. Página 291 de 428

292 Con respecto al ciclo de trabajo de la caldera, se calculan las horas de trabajo en un año: Potencia de consumo de biomasa = 220/0,9 = 244,4 kw Horas de trabajo = energía / potencia = kwh/año / 244,4 kw = h/año La caldera de biomasa trabajará un total de horas a lo largo de un año, calculadas como equivalentes a plena potencia (habría que sumar los tiempos de arranque y parada). Con respecto al ciclo de trabajo máximo diario (en invierno, campaña de calefacción): Calefacción: kwh/año / 5 meses / 30 días = kwh/día ACS: kwh/año / 12 meses / 30 días = 155 kwh/día Total consumo diario punta: kwh/día Ciclo de trabajo punta: kwh/día / 244,4 kw = 10,76 h/día En punta, la caldera de biomasa trabajará un máximo de 10,76 horas diarias (equivalentes a plena potencia), sobre un máximo de 24 horas disponibles. Esta carga es perfectamente asumible para una caldera de biomasa de altas prestaciones. Con ello, se deja cerrada la elección de la potencia de la caldera de biomasa, que es uno de los aspectos más importantes para realizar un buen diseño. Con respecto a la capacidad del silo, se ha considerado uno con dimensiones 5 x 5 m 2 (en planta) y 4 metros de altura, lo que hace un volumen total de 100 m 3, y en el caso de astilla una capacidad útil de 70 m 3 (descontando los espacios no ocupados), que supone una capacidad de 18 Tms. Esta es la cantidad que puede llevar una bañera de 80 m 3. El consumo anual de biomasa es de 110 Tms/año, lo que implicará 6 recargas anuales, lo que representa una autonomía del silo de casi un mes, que es el tiempo entre recargas durante el invierno. Hay que estar atentos para que el silo nunca se quede sin biomasa. NOTA: Se debe destacar que en caso de haber escogido la potencia de 800 kw para biomasa, hubiera supuesto varios importantes inconvenientes: Importante encarecimiento, ya que las calderas de biomasa son elementos muy costoso, y a más potencia más coste, de manera más o menos proporcional. La caldera funcionaría mucho peor, al arrancar y parar continuamente, generando más ensuciamiento en el interior, más cenizas, y más humo visible por chimenea Inversión necesaria Con respecto a la inversión, se ha considerado un ratio de 400 /kw de potencia instalada (IVA no incluido), que es un ratio empírico para el caso de calderas de biomasa de alta gama. Página 292 de 428

293 Como la potencia a instalar es de 220 kw, el coste total se estima en 220 kw x 400 /kw = (sin IVA), que añadiendo el IVA del 21% asciende a Las partes de que consta dicho presupuesto son: Inversión % Equipos principales (caldera de biomasa y tanques de inercia) % Obra civil: fundamentalmente el silo de biomasa y sala de calderas % Instalaciones: instalación hidráulica, elementos de la instalación (bombas ), salida de humos, instalación eléctrica, etc. Otros: legalización, imprevistos TOTAL % % Esta inversión es una estimación, y en cada caso se deberá hacer un estudio detallado, ya que puede haber elementos existentes que se pueden aprovechar (obra civil, bombas, depósitos de inercia, etc.) Estudio económico Se ha tomado como dato de consumo de combustible fósil (gasóleo) litros/año. En cuanto al precio, se ha estimado 1,029 /litro (IVA incluido). El coste de gasóleo es de /año, y la biomasa equivalente (astillas de biomasa a 121 /Tm) asciende a /año, lo que representa un ahorro de costes de /año. A este ahorro se le debe descontar el mantenimiento y las inversiones a realizar, para obtener la viabilidad económica. Los costes de mantenimiento revisiones de los servicios técnicos autorizados (STA), se estiman en 500 /año con los combustibles fósiles, y en el caso de los equipos de biomasa. Página 293 de 428

294 El gran ahorro generado permite pagar el cambio a biomasa mediante el ahorro producido, para lo que se puede solicitar un crédito bancario, de manera que el cliente no deba hacer inversiones iniciales, sino que las nuevas instalaciones de biomasa se paguen con el ahorro generado. Las condiciones finales dependen del análisis que se haga del cliente por parte de la entidad financiera. Otra opción de realizar este cambio es mediante la participación de Empresas de Servicios Energéticos (ESEs), que no suponen endeudarse al usuario, aunque el ahorro obtenido se reduce. En todo caso, el elevado ahorro generado posibilita varias opciones para el cambio a biomasa, y se debe estudiar en cada caso la opción más viable Análisis financiero Se pueden plantear tiempos de devolución del préstanos mayores (hasta 12 años), lo que implicaría unos intereses mayores. En este caso se considera un periodo reducido de 5 años, ya que coincide con el periodo de garantía de las calderas de biomasa de alta gama (se ha tomado el ejemplo de la marca austriaca FROLING, una de las más prestigiosas en el sector de la biomasa). Asimismo, se debe tener en cuenta que el interés a pagar dependerá de la solvencia económica del usuario final. A mayor solvencia, menor interés, y por tanto mejores resultados. En la siguiente imagen se muestran los resultados generados por RETscreen: Página 294 de 428

295 Se observa que los ratios financieros son muy positivos: La TIR (Tasa Interna de Retorno) representa la rentabilidad de la inversión realizada, del 17,9%. La instalación se paga con el ahorro producido en 3,5 años. La instalación se paga con el ahorro generado, admitiendo un plazo de préstamo de 5 años. En la siguiente gráfica se observan los costes de energía con gasóleo (izquierda), al usar biomasa (derecha), y el ahorro resultante tras obtener un crédito para 5 años, por el total de las inversiones a realizar (centro), incluyendo los costes de mantenimiento externo: Página 295 de 428

296 Se observa como durante el periodo de devolución del crédito, el ahorro generado lo paga, y además deja un ahorro adicional de /año. Esto sucedería los años 1 a 5. Una vez devuelto el crédito, a partir del año 6, el ahorro generado sería de /año. Al finalizar el plazo del crédito, las instalaciones pasan a propiedad del cliente, tras aportar el valor residual que se acuerde con la entidad financiera, normalmente un valor muy reducido y casi simbólico. En la gráfica de flujo de caja acumulado, se observa que tras quince años de funcionamiento, se ahorran más de , lo que incluye el haber pagado completamente la nueva instalación mediante el crédito solicitado: Página 296 de 428

297 La clave de la viabilidad de la operación será la formalización del crédito, que permita pagar las nuevas instalaciones con el ahorro producido, sin que el usuario tenga que hacer inversión alguna. No obstante, también es viable la operación mediante ESEs, aunque el periodo de la operación subiría a unos 10 años, para poder rentabilizar sus inversiones a la par que ofrece un ahorro al cliente Efectos sobre el medio ambiente En cuanto a las emisiones de GEI (gases de efecto invernadero, como el CO2), el uso de biomasa tiene efectos equivalentes a 10,3 Has de bosque absorbiendo carbón. Este es el efecto equivalente a la reducción de emisiones de GEI en 111,6 Tms/año: Análisis de Emisiones Emisiones GEI Caso base tco2 114,7 Caso propuesto tco2 3,1 Reducción anual bruta de emisiones GEI tco2 111,6 Derechos de transacción por créditos GEI % Reducción de emisiones GEI anual neta tco2 111, Comparativo de costes según combustibles Aparte de la comparativa entre gasóleo y biomasa (astillas), se realiza un comparativo con las restantes fuentes de energía fósil: gas propano y gas natural. Los precios unitarios (en c /kwh) para cada fuente de energía son los siguientes: Página 297 de 428

298 Realizando el análisis de viabilidad económico a 15 años, con la solicitud de un crédito a 5 años, se pueden representar las curvas de gasto acumulado: Página 298 de 428

299 Se observa que la viabilidad del cambio a biomasa es elevada en los casos de Gasóleo y Gas Propano, ya que se puede solicitar un crédito a 5 años que se paga con el ahorro, y a pesar de ello se dispone de un ahorro adicional (la diferencia entre curvas). Sin embargo, en el caso de Gas Natural, se observa que la viabilidad del cambio es escasa, ya que tiene un coste mucho más ajustado. La necesidad de hacer una nueva instalación de biomasa lastra la viabilidad de esta alternativa. Por ello, se concluye que la biomasa es la alternativa más interesante cuando no existe gas natural disponible. En la siguiente imagen se muestran los desembolsos en todos los casos, tras 20 años de operación: Conclusiones Una vez analizado el caso tipo, así como los datos sobre diversos casos en el sector, se pueden obtener una serie de conclusiones, válidas para poder tomar decisiones sobre el uso de biomasa en instalaciones de este grupo. Página 299 de 428

300 Resumen de los casos analizados Una vez analizado el caso tipo, se pueden extrapolar resultados para la totalidad de instalaciones del grupo de Residencias de Mayores. Se analiza el ahorro que se puede obtener en el caso de extender al resto de casos el uso de biomasa. Se analizan los ahorros obtenidos, tanto en el caso de astillas como de pélets, así como las cantidades de biomasa necesarias. PROPUESTA ASTILLA PROPUESTA PÉLET Instalación TMS COSTE AHORRO TMS COSTE AHORRO Centro Residencial ,8% ,8% Centro Residencial ,9% ,6% Centro Residencial ,8% ,8% Centro Residencial ,8% ,8% Centro Residencial ,9% ,6% Centro Residencial ,9% ,6% Centro Residencial ,8% ,8% Centro Residencial ,8% ,8% Centro Residencial ,8% ,8% Centro Residencial ,8% ,8% Centro Residencial ,0% ,7% Las cifras conjuntas para el grupo, en caso de extender el uso de biomasa, serían: ASTILLAS: Tms/año Precio de las astillas (IVA incluido del 21%): 121 /Tm Ahorro de costes: /año Los ahorros oscilan entre el 47,9% (gas natural) y el 78,0% (gas propano) PÉLETS: Tms/año Precio de los pélets (IVA incluido del 21%): 242 /Tm Ahorro de costes: /año Los ahorros oscilan entre el 11,6% (gas natural) y el 62,7% (gas propano) Por otro lado, se analiza la factibilidad de que el cambio a biomasa se realice mediante Empresas de Servicios Energéticos (ESEs), que se ocupan de realizar las inversiones, asumiendo un contrato de venta de energía (calor) por un periodo entre 7 y 12 años, usualmente 10. Las opción de ESEs es especialmente interesante en el caso de la administración pública, aunque existe una limitación, ya que sólo es asumible en aquellos casos en el consumo energético sea mayor Página 300 de 428

301 de una cierta cantidad (normalmente se considera kwh/año como mínimo), así como un coste energético mínimo determinado (se considera 8 c /kwh, descartando con ello los casos de gas natural, como antes se ha comprobado). Poniendo estos factores en una tabla, se determinan el número de casos en los que se cumplen ambos factores simultáneamente: INTERESANTE PARA ESE Instalación Consumo Precio Total Centro Residencial Centro Residencial Centro Residencial Centro Residencial Centro Residencial Centro Residencial ,7% 0 0 Centro Residencial Centro Residencial Centro Residencial Centro Residencial Centro Residencial Se marca con 1 en caso de que se cumpla la condición, o 0 cuando no lo cumple. Se obtienen los siguientes resultados: Casos interesantes por consumo energético: 8 Casos interesantes por coste de energía: 8 Casos interesantes ambas condiciones: 5 Por tanto, sería factible el cambio a biomasa mediante ESEs en 5 de los 11 casos. Esto supone el 45,4% de los casos analizados. En los 3 casos con gas natural no es factible el cambio a biomasa, al menos con razones económicas. En los restantes 8 casos, es factible el cambio a biomasa, mediante la fórmula de ESEs. Para ello se debe estudiar cada caso concreto, y realizar un diálogo con las empresas que puedan llevar a cabo ese cambio, a fin de encontrar líneas de colaboración y entendimiento. En este sentido, las ESEs están encontrando soluciones muy dinámicas, y es un sector en continua evolución. En total, es factible el cambio a biomasa en 5 de los 11 casos estudiados, esto es, un 45,4% de los casos. Página 301 de 428

302 6.13. Grupo Centros de Investigación Instalaciones en el estudio: 3 Página 302 de 428

303 Datos generales del grupo El grupo analizado lo integran Centros de Investigación, que disponen de las siguientes características comunes: Tipo de edificación: en bloque y concentrado, o bien en varias edificaciones, con preponderancia de despachos y laboratorios. Uso: calefacción en horario lectivo, usualmente de 8 a 15 h, no incluye ACS. Ubicación: suelen estar situadas en el casco urbano, no siendo habitual la presencia de gas natural. Consumo de energía Tienen consumo de calor durante los meses de invierno, para los siguientes usos: o Calefacción: unos 5-6 meses al año, representando un 100% del consumo anual. El consumo es medio, debido a que sólo se calefactan las aulas en horario de mañana, y de lunes a viernes. Ocupación: de lunes a viernes, en jornada de mañana. o 22 días al mes. o 8-10 horas al día. o 12 meses al año. Para poder caracterizar el sector, se han obtenido datos de varias instalaciones en Extremadura (3 instalaciones), con los que se ha determinado un caso tipo, un rango de consumos energéticos, y con todo ello se han establecido unos rangos para poder tomar decisiones respecto a las instalaciones del sector. El esquema de principio empleado en la actualidad es el siguiente: Página 303 de 428

304 Con respecto a los datos de consumo de energía en la actualidad, indicando el tipo de combustible fósil empleado, su consumo anual y el valor del consumo energético anual en kwh/año, los datos disponibles son: Instalación Gasoil (l/año) Propano GN (kg/año) (m 3 /año) CONSUMO ENERGÍA Gasoil (Kwh/año) Propano (Kwh/año) GN (Kwh/año) (Kwh/año) Centro Investigación Centro Investigación Centro Investigación Con respecto a la intensidad del consumo de energía y las potencias instaladas en la actualidad, los datos disponibles son los siguientes: Instalación Combustible KW MESES D/M % CALEFACCIÓN ACS TOTAL H PP/DÍA KW MESES D/M % H PP/DÍA Centro Investigación 1 Gas Natural % 5, ,5 Centro Investigación 2 Gas Natural % 5, ,2 Centro Investigación 3 Gasoleo 634, % 1, ,1 KW H PP/DÍA Se ha estimado el porcentaje de consumo en usos de calefacción en un 100%. Junto con el ciclo de trabajo de la demanda térmica, se ha estimado la carga de trabajo de las calderas existentes, en la forma de HORAS DE TRABAJO A PLENA POTENCIA DE LAS CALDERAS CADA DÍA (h PP/día), que sirve para estimar la carga de trabajo de las calderas y el grado de sobredimensionado de las mismas (muy habitual en calderas de combustible fósil, que se dimensionan por potencia instantánea). Se observa que la mayor parte de las instalaciones disponen de calderas que trabajan entre 5 y 10 horas al día. Para calcular esto, se hace uso: t (tiempo en horas) = E (energía en kwh) / P (potencia en kw) Se observa que este tipo de instalaciones tiene consumo energético en los meses de invierno. Con respecto al combustible fósil empleado en la actualidad, se observa el siguiente reparto: Combustible Nº % Gasóleo 1 33,3% Gas Propano 0 - Gas Natural 2 66,6% Otros Página 304 de 428

305 Datos técnicos del caso tipo Se establecen las características del caso tipo, a partir del conjunto de datos del total de usuarios, a partir de un análisis estadístico de los datos existentes. Con ello se establece un caso que debe ser representativo del sector, al representar a un número importante de instalaciones Consumo Energético El parámetro fundamental que determina el caso tipo es el consumo energético a lo largo de un año, medido en kwh/año. Se ha efectuado un análisis estadístico de los datos, con los siguientes resultados: Número de valores: 3 Mínimo: Máximo: Media aritmética (µ): Desviación estándar (σ): kwh/año kwh/año kwh/año kwh/año Los dos últimos parámetros se calculan de acuerdo con la distribución de campana de Gauss, que representa la distribución normal de una muestra: Página 305 de 428

306 De acuerdo con la distribución normal, el 68,26% de los valores de consumo energético se encuentran entre los valores de: ( µ σ ) = = kwh/año ( µ + σ ) = = kwh/año Como caso tipo representativo, se adopta como significativo el valor de kwh/año, que es el valor promedio obtenido. Para el total de 10 instalaciones, el consumo de energía conjunto asciende a kwh/año, con el siguiente desglose: Gasóleo: kwh/año 7,9% Gas propano: 0 kwh/año 0% Gas natural: kwh/año 92,1% Tipo de Combustible Del total de 3 casos de los que se disponen de datos, en cuanto al tipo de combustible empleado en la actualidad se observa que el gas natural es el más frecuente, al estar presente en el 66,6% de los 3 casos analizados. En el estudio de viabilidad se ofrecerá un comparativo del coste de energía respecto de las tres opciones de combustibles fósiles: gasóleo, gas natural y gas propano. Se ha efectuado un análisis estadístico del precio unitario de la energía (en c /kwh, los kwh se miden en PCI - Poder Calorífico Inferior), con los siguientes resultados: Página 306 de 428

307 Mínimo: Máximo: Promedio: Desviación estándar (σ): 5,9500 c /kwh 10,2850 c /kwh 6,2917 c /kwh 2,5028 c /kwh Número de valores: Descripción de la solución técnica adoptada El esquema de funcionamiento planteado para el uso de biomasa se basa en el siguiente esquema: Página 307 de 428

308 Se instala una nueva caldera de biomasa, que sirva como apoyo a la(s) caldera(s) ya existente(s), con el objetivo de sustituir completamente al combustible fósil. De esta manera, la instalación de biomasa funcionará como Sistema de Carga Base. La caldera actual queda como reserva para momentos puntuales (Sistema de Carga Punta), o en caso de averías en la caldera de biomasa. No tiene sentido hacer un gasto en eliminar los sistemas actuales, si pueden tener utilidad. La caldera de biomasa alimenta los circuitos y sistemas existentes en la actualidad, y trabajará a las mismas temperaturas. Es importante destacar que los sistemas de biomasa hacen uso de un depósito de inercia, tal y como se explicará en el apartado de instalaciones hidráulicas. Esto condiciona su modo de funcionamiento, ya que la biomasa no es instantánea (como con los combustibles fósiles tradicionales), sino que la caldera de biomasa debe funcionar de manera lo más continua posible en el tiempo, ya que precisan de cierto tiempo para su arranque y paro, y no son instantáneos Tipo de Biomasa En el caso tipo analizado, con un consumo de kwh/año, es más favorable el uso de astilla Instalación Hidráulica La nueva instalación de biomasa tendrá las mismas características que la expuesta en el apartado Depósito de almacenamiento de biomasa El depósito de almacenamiento de biomasa tendrá las mismas características que el expuesto en el apartado Tipo de Caldera La caldera tendrá las mismas características que la expuesta en el apartado Funcionamiento del Sistema El sistema funcionará tal y como se ha expuesto en el apartado Página 308 de 428

309 Estudio Técnico-Económico Una vez definidas las bases del caso tipo y de la propuesta con biomasa a implementar, se analiza la viabilidad del uso de biomasa, desde el punto de vista técnico, económico y financiero Propuesta técnica Los datos que se emplean para el modelo técnico son los siguientes: Consumo energético anual: kwh/año Combustible fósil a comparar: gas natural, a un precio de 0,0595 /kwh (IVA incluido). Rendimiento térmico de los equipos: 90% (tanto para el combustible fósil como para biomasa), aunque es previsible que con la sustitución de las calderas de combustible fósil se mejora la eficiencia energética, y que el ahorro sea mayor, aunque esto no se ha considerado en el estudio tipo. La potencia térmica existente en gas natural es de 500 kw, según los datos promedio del grupo. El programa RETscreen tiene varias formas de calcular. Se ha optado por determinar la demanda energética, de manera que la necesidad de calefacción sea el consumo energético de kwh. De esta manera, para el cálculo de la potencia se consideran la demanda de calefacción, ya que la caldera de biomasa a instalar debe abastecer a la demanda: Página 309 de 428

310 Una vez establecida la demanda térmica, se determina la potencia térmica en biomasa necesaria para abastecerla, que se cifra en 210 kw. Con ello se abastece al 100% de la demanda térmica. Con respecto al ciclo de trabajo de la caldera, se calculan las horas de trabajo en un año: Potencia de consumo de biomasa = 210 / 0,9 = 233,3 kw Horas de trabajo = energía / potencia = kwh/año / 233,3 kw = h/año La caldera de biomasa trabajará un total de horas a lo largo de un año, calculadas como equivalentes a plena potencia (habría que sumar los tiempos de arranque y parada). Con respecto al ciclo de trabajo máximo diario (en invierno, campaña de calefacción): Calefacción: kwh/año / 5 meses / 30 días = kwh/día Total consumo diario: kwh/día Ciclo de trabajo promedio: kwh/día / 233,3 kw = 10,63 h/día En promedio, la caldera de biomasa trabajará un máximo de 10,63 horas diarias (equivalentes a plena potencia), sobre un máximo de 24 horas disponibles. Esta carga es perfectamente asumible para una caldera de biomasa de altas prestaciones. Con ello, se deja cerrada la elección de la potencia de la caldera de biomasa, que es uno de los aspectos más importantes para realizar un buen diseño. Página 310 de 428

311 Con respecto a la capacidad del silo, se ha considerado uno con dimensiones 5 x 5 m 2 (en planta) y 4 metros de altura, lo que hace un volumen total de 100 m 3, y en el caso de astilla una capacidad útil de 70 m 3 (descontando los espacios no ocupados), que supone una capacidad de 18 Tms. Esta es la cantidad que puede llevar una bañera de 80 m 3. El consumo anual de biomasa es de 95 Tms/año, lo que implicará 5,3 recargas anuales, lo que representa una autonomía del silo de casi un mes, que es el tiempo entre recargas durante el invierno. Hay que estar atentos para que el silo nunca se quede sin biomasa. NOTA: Se debe destacar que en caso de haber escogido la potencia de 500 kw para biomasa, hubiera supuesto varios importantes inconvenientes: Importante encarecimiento, ya que las calderas de biomasa son elementos muy costoso, y a más potencia más coste, de manera más o menos proporcional. La caldera funcionaría mucho peor, al arrancar y parar continuamente, generando más ensuciamiento en el interior, más cenizas, y más humo visible por chimenea Inversión necesaria Con respecto a la inversión, se ha considerado un ratio de 350 /kw de potencia instalada (IVA no incluido), que es un ratio empírico para el caso de calderas de biomasa de alta gama y de potencia media (210 kw en este caso). Como la potencia a instalar es de 210 kw, el coste total se estima en 210 kw x 350 /kw = (sin IVA), que añadiendo el IVA del 21% asciende a Las partes de que consta dicho presupuesto son: Inversión % Equipos principales (caldera de biomasa y tanques de inercia) % Obra civil: fundamentalmente el silo de biomasa y sala de calderas % Instalaciones: instalación hidráulica, elementos de la instalación (bombas ), salida de humos, instalación eléctrica, etc. Otros: legalización, imprevistos TOTAL % % Página 311 de 428

312 Esta inversión es una estimación, y en cada caso se deberá hacer un estudio detallado, ya que puede haber elementos existentes que se pueden aprovechar (obra civil, bombas, depósitos de inercia, etc.) Estudio económico Se ha tomado como dato de consumo de combustible fósil (gas natural) kwh/año. En cuanto al precio, se ha estimado 0,0595 /kwh (IVA incluido). El coste de gas natural es de /año, y la biomasa equivalente (astillas de biomasa a 80 /Tm más IVA) asciende a /año, lo que representa un ahorro de costes de /año. A este ahorro se le debe descontar el mantenimiento y las inversiones a realizar, para obtener la viabilidad económica. Los costes de mantenimiento revisiones de los servicios técnicos autorizados (STA), se estiman en 400 /año con los combustibles fósiles, y en el caso de los equipos de biomasa. El gran ahorro generado permite pagar el cambio a biomasa mediante el ahorro producido, para lo que se puede solicitar un crédito bancario, de manera que el cliente no deba hacer inversiones iniciales, sino que las nuevas instalaciones de biomasa se paguen con el ahorro generado. Las condiciones finales dependen del análisis que se haga del cliente por parte de la entidad financiera. En todo caso, el elevado ahorro generado posibilita varias opciones para el cambio a biomasa, y se debe estudiar en cada caso la opción más viable Análisis financiero Se pueden plantear tiempos de devolución del préstanos mayores (hasta 12 años), lo que implicaría unos intereses mayores. En este caso se considera un periodo de 10 años. Asimismo, se debe tener en cuenta que el interés a pagar dependerá de la solvencia económica del usuario final. A mayor solvencia, menor interés, y por tanto mejores resultados. En la siguiente imagen se muestran los resultados generados por RETscreen: Página 312 de 428

313 Se observa que los ratios financieros son escasamente positivos: La TIR (Tasa Interna de Retorno) representa la rentabilidad de la inversión realizada, del 2,6%. La instalación se paga con el ahorro producido en 7,1 años. La instalación se paga con el ahorro generado, admitiendo un plazo de préstamo de 10 años. En la siguiente gráfica se observan los costes de energía con gas natural (izquierda), al usar biomasa (derecha), y el ahorro resultante tras obtener un crédito para 10 años, por el total de las inversiones a realizar (centro), incluyendo los costes de mantenimiento externo: Página 313 de 428

314 Se observa como durante el periodo de devolución del crédito, el ahorro generado lo paga, y además deja un ahorro adicional de 673 /año. Esto sucedería los años 1 a 10. Una vez devuelto el crédito, a partir del año 11, el ahorro generado sería de /año. Al finalizar el plazo del crédito, las instalaciones pasan a propiedad del cliente, tras aportar el valor residual que se acuerde con la entidad financiera, normalmente un valor muy reducido y casi simbólico. En la gráfica de flujo de caja acumulado, se observa que tras quince años de funcionamiento, se ahorran cerca de , lo que incluye el haber pagado completamente la nueva instalación mediante el crédito solicitado: Página 314 de 428

315 La clave de la viabilidad de la operación será la formalización del crédito, que permita pagar las nuevas instalaciones con el ahorro producido, sin que el usuario tenga que hacer inversión alguna Efectos sobre el medio ambiente En cuanto a las emisiones de GEI (gases de efecto invernadero, como el CO2), el uso de biomasa tiene efectos equivalentes a 6,8 Has de bosque absorbiendo carbón. Este es el efecto equivalente a la reducción de emisiones de GEI en 73,5 Tms/año: Análisis de Emisiones Emisiones GEI Caso base tco2 73,5 Caso propuesto tco2 Reducción anual bruta de emisiones GEI tco2 73,5 Derechos de transacción por créditos GEI % Reducción de emisiones GEI anual neta tco2 73, Comparativo de costes según combustibles Aparte de la comparativa entre gasóleo y biomasa (astillas), se realiza un comparativo con las restantes fuentes de energía fósil: gas propano y gas natural. Los precios unitarios (en c /kwh) para cada fuente de energía son los siguientes: Página 315 de 428

316 Realizando el análisis de viabilidad económico a 15 años, con la solicitud de un crédito a 10 años, se pueden representar las curvas de gasto acumulado: Página 316 de 428

317 Se observa que la viabilidad del cambio a biomasa es elevada en los casos de Gasóleo y Gas Propano, ya que se puede solicitar un crédito a 5 años que se paga con el ahorro, y a pesar de ello se dispone de un ahorro adicional (la diferencia entre curvas). Sin embargo, en el caso de Gas Natural, se observa que la viabilidad del cambio es escasa, ya que tiene un coste mucho más ajustado. La necesidad de hacer una nueva instalación de biomasa lastra la viabilidad de esta alternativa. Por ello, se concluye que la biomasa es la alternativa más interesante cuando no existe gas natural disponible. En la siguiente imagen se muestran los desembolsos en todos los casos, tras 20 años de operación: Conclusiones Una vez analizado el caso tipo, así como los datos sobre diversos casos en el sector, se pueden obtener una serie de conclusiones, válidas para poder tomar decisiones sobre el uso de biomasa en instalaciones de este grupo Resumen de los casos analizados Una vez analizado el caso tipo, se pueden extrapolar resultados para la totalidad de instalaciones del grupo de Centros de Investigación. Página 317 de 428

318 En primer lugar, se puede analizar el ahorro que se puede obtener en el caso de extender al resto de casos el uso de biomasa. Se analizan los ahorros obtenidos, tanto en el caso de astillas como de pélets, así como las cantidades de biomasa necesarias. PROPUESTA ASTILLA PROPUESTA PÉLET Instalación TMS COSTE AHORRO TMS COSTE AHORRO Centro Investigación ,9% ,6% Centro Investigación ,9% ,6% Centro Investigación ,8% ,8% Las cifras conjuntas para el grupo, en caso de extender el uso de biomasa, serían: ASTILLAS: 286 Tms/año Precio de las astillas (IVA incluido del 21%): 96,8 /Tm Ahorro de costes: /año Los ahorros oscilan entre el 47,9% (gas natural) y el 78,0% (gas propano) PÉLETS: 243 Tms/año Precio de los pélets (IVA incluido del 21%): 242 /Tm Ahorro de costes: /año Los ahorros oscilan entre el 11,6% (gas natural) y el 62,7% (gas propano) Por otro lado, se analiza la factibilidad de que el cambio a biomasa se realice mediante Empresas de Servicios Energéticos (ESEs), que se ocupan de realizar las inversiones, asumiendo un contrato de venta de energía (calor) por un periodo entre 7 y 12 años, usualmente 10. Las opción de ESEs es especialmente interesante en el caso de la administración pública, aunque existe una limitación, ya que sólo es asumible en aquellos casos en el consumo energético sea mayor de una cierta cantidad (normalmente se considera kwh/año como mínimo), así como un coste energético mínimo determinado (se considera 8 c /kwh, descartando con ello los casos de gas natural, como antes se ha comprobado). Poniendo estos factores en una tabla, se determinan el número de casos en los que se cumplen ambos factores simultáneamente: Página 318 de 428

319 INTERESANTE PARA ESE Instalación Consumo Precio Total Centro Investigación Centro Investigación ,3% 0 0 Centro Investigación Se marca con 1 en caso de que se cumpla la condición, o 0 cuando no lo cumple. Se obtienen los siguientes resultados: Casos interesantes por consumo energético: 1 Casos interesantes por coste de energía: 1 Casos interesantes ambas condiciones: 0 Por tanto, sería factible el cambio a biomasa mediante ESEs en 0 de los 3 casos. Esto supone el 0% de los casos analizados. En los casos con gas natural no es factible el cambio a biomasa, al menos con razones económicas. En los restantes casos, es factible el cambio a biomasa, mediante la fórmula de ESEs. Para ello se debe estudiar cada caso concreto, y realizar un diálogo con las empresas que puedan llevar a cabo ese cambio, a fin de encontrar líneas de colaboración y entendimiento. En este sentido, las ESEs están encontrando soluciones muy dinámicas, y es un sector en continua evolución. En total, es factible el cambio a biomasa en 0 de los 10 casos estudiados, esto es, un 0% de los casos. Página 319 de 428

320 7. Resultados del estudio en el sector industrial El presente apartado analiza la viabilidad técnico-económica del uso de biomasa, describiendo las características fundamentales de la propuesta con biomasa para cada uno de los grupos industriales objeto de este estudio, de manera que puedan obtenerse por una parte, un importante ahorro de costes energéticos, y por otra parte, las ventajas medioambientales expuestas en el apartado 1 de este documento. Se analiza un caso tipo, y se extrapolan resultados para todo el grupo, en base a unos rangos de consumo energético anual, tipificando las diferentes opciones que se pueden presentar. En primer lugar se han analizado los datos disponibles de cada uno de los grupos en Extremadura, tomados de diversos usuarios, a través de las encuestas y visitas realizadas, a fin de determinar el caso tipo que resulte representativo de un grupo de usuarios. Tras la descripción de dicho caso tipo, que es característico del grupo, con un determinado consumo energético y cierto combustible fósil, sí es el caso, se analizan otros escenarios para el resto de combustibles fósiles, así como diferentes valores del consumo energético. Con los resultados anteriores, se establecen unas conclusiones, de manera que se oriente sobre la viabilidad técnica y económica del uso de biomasa en las instalaciones. Para la estudio técnico del caso tipo, se ha utilizado el software RET Screen ( elaborado por el Ministerio de Recursos Naturales del Gobierno de Canadá, que es un excelente método de simulación para proyectos de energías limpias, habiendo sido empleado para: Cálculo de potencia en biomasa, según datos meteorológicos (NASA) y el consumo energético actual. Análisis económico. Análisis financiero y rentabilidad. Se ha analizado la factibilidad de la propuesta, dando prioridad al hecho de que la nueva instalación se vaya pagando con el ahorro obtenido al usar biomasa, lo que deja un interesante ahorro, sin coste para el cliente. Este hecho es de suma importancia al tratarse de instalaciones de titularidad pública, con dificultades para realizar inversiones y aumentar el endeudamiento. Página 320 de 428

321 A continuación se desarrolla el estudio de viabilidad técnico-económico de sustitución de calderas convencionales por calderas de biomasa, para cada uno de los grupos definidos, teniendo en cuenta como referencia para todos los estudios: Los poderes caloríficos (PCI, poder calorífico inferior) considerados para los combustibles fósiles son los siguientes: o o Gasóleo: 10 kwh/litro Gas propano: 12,88 kwh/kg o Gas natural: 9,2 KWh/Nm 3 o Fuel Oil BIA: 11,4 kwh/kg Para el diseño de la instalación se parte de los datos meteorológicos de la ubicación escogida para un caso tipo, en este caso Mérida (Badajoz), que se encuentra en el centro de Extremadura, y se selecciona como representativa del clima de la comunidad. La siguiente imagen muestra los datos que maneja el programa RETscreen: En la realización del análisis económico, se han considerado varios aspectos: o o o Coste de las inversiones a realizar para llevar a cabo la mejora Disminución anual de los costes energéticos Aumento por costes de mantenimiento/operación asociados a la mejora energética a introducir. Página 321 de 428