GESTION AHORRO ENERGETICO Por Rafael Gaos Responsable de proyecto Dpto. de Generación Termoeléctrica IDAE Cogeneración en hoteles 1. INTRODUCCION La cogeneración es la producción conjunta de energía térmica útil y electricidad desde una misma planta. La cogeneración se presenta especialmente atractiva bajo el punto de vista de ahorro energético. La aplicación de sistemas de cogeneración en el sector terciario presenta notables diferencias frente a su aplicación en el sector industrial. Efectivamente en este sector no existe una necesidad de producción, y los consumos energéticos no están englobados en un sistema productivo, sino que son función del uso que se hace de los edificios y se sujetan a hábitos y condiciones meteorológicas en mayor medida que a la actividad propia del edificio. En cualquier caso, las necesidades a cubrir con una instalación de cogeneración se refieren fundamentalmente a: - Consumo eléctrico. - Necesidades de calefacción. - Necesidades de frío para climatización. - Producción de ACS. - Suministro de vapor a lavandería, cocina u otros. Asimismo este sector está caracterizado por un menor número de horas de utilización anual y por la diversidad de necesidades en los diferentes períodos estacionales. Esta situación que puede parecer adversa a la instalación de cogeneración, presenta ventajas importantes como son: - Los consumos eléctricos se realizan principalmente en horas punta y llano. - El coste del kilovatio eléctrico es muy superior al que se aplica al sector industrial. - Los costes de los combustibles para calefacción son superiores, mientras que las tarifas aplicadas a cogeneración son más baratas. Por otro lado para mejorar el aprovechamiento de la cogeneración se debe homogeneizar la curva de la demanda horaria de calor a lo largo del año, por ejemplo mediante la instalación de máquinas de absorción. Estas unidades son equipos frigoríficos cuya fuente de energía no es otra que el calor procedente de los gases de es- 10
2. ESTUDIO DE VIABILIDAD Para el estudio de viabilidad de una planta de cogeneración en hoteles es necesario conocer la demanda energética y los aspectos económicos. 2.1. Demanda energética La demanda energética debe quedar caracterizada como sigue: a) Electricidad cape o del agua de refrigeración de la instalación. De esta forma se aprovecha más la instalación de cogeneración que en verano suele estar parada o en régimen bajo, y por otro lado hace que se aumente su tamaño haciéndola más rentable, ya que permite el empleo de equipos con menor inversión específica y mayor rendimiento eléctrico. Como regla general, los hoteles que pueden plantearse una instalación de cogeneración son los de más de 100 habitaciones. Ello es debido principalmente a que en la actualidad, el tamaño óptimo de las plantas de cogeneración alcanzable con la tecnología disponible es superior al tamaño medio requerido, como se indica en la Tabla I. Desde el punto de vista del usuario las principales ventajas de la cogeneración son las siguientes: - Ahorro económico, por el menor coste de la electricidad autoproducida y posible beneficio adicional por la vendida a la red. - Aumento en la garantía de suministro de electricidad ante fallo de red, aunque éstos suelen ser escasos. - Reducción de la contaminación debido a que un sistema de cogeneración disminuye la emisión de CO 2 y NO x a la atmósfera. Los principales inconvenientes: - Una inversión inicial elevada. - Actividad fuera de línea de actuación de la empresa hotelera, enfrentándose a riesgos poco conocidos. - En hoteles ya construidos, la necesidad de espacio disponible para instalar la planta. Tabla I Iluminación. Fuerza. Facturación de los últimos 12 meses. Distribución horaria de los consumos. - Características: Tensión de suministro. Potencia contratada. Tarifa. Discriminación horaria. b) Calor Inversión Rendimiento específica(*) Tecnología Tamaño Potencia (kw) eléctrico (miles pta/kw) Motor a gas Medio 150 32% 200 Optimo >500 38-42% 120 Turbina a gas Medio 4.000 28% 140 Optimo >10.000 34-36% 100 (*) Sólo sistema de cogeneración, sin máquina de absorción 11
Figura 1 Figura 2 Calefacción (período horario de funcionamiento). Agua caliente sanitaria. Cocinas. Lavandería. Otros. Tabla II Concepto % Equipos 67 Sistema eléctrico 20 Obra civil 4 Ingeniería, dirección de obra 9 Tipo de combustible. Equipos donde se utiliza. Facturación de los últimos doce meses. Consumo horario en días tipo. c) Frío Aire acondicionado. Frío industrial. Período y horario de funcionamiento. 2.2. Aspectos económicos Para el estudio de viabilidad económica hay que tener en cuenta los siguientes aspectos: a) Inversión prevista La inversión necesaria para una planta de cogeneración con máquina de absorción de 2 MW de potencia es aproximadamente 225 MMpta que se distribuyen como se refleja en la Tabla II. b) Gastos de Explotación En este punto se deben contemplar los costes energéticos (consumos) y no energéticos (mantenimiento y seguro). - Energéticos: Combustible del grupo generador y calderas. Electricidad (consumos auxiliares). - Mantenimiento: Mano de obra. Accesorios y repuestos. - Seguro. c) Ingresos Ingresos por venta de excedentes de energía a la red. d) Ahorros Los ahorros obtenidos son la diferencia entre los ingresos y los costes más los gastos de las facturas eléctrica y térmica que se tenían como situación de referencia. Estos ahorros deben ser tales que permitan un período de retorno simple en un entorno de 3-6 años. e) Estudio Económico El estudio de viabilidad económica tiene que contemplar los siguientes aspectos: - Inversión real. - Flujos netos de caja. - Vida útil de la instalación. - Valor residual de la instalación. - Tipo de actualización o descuento. - VAN y TIR. - Período de retorno simple. En términos generales, se puede decir que las características a tener en cuenta para la viabilidad de un proyecto de cogeneración en el sector hotelero son las siguientes: - Dado que la relación de calor/electricidad en un hotel con una planta de cogeneración con máquina de absorción es de 1,5, el motor alternativo de combustión interna es el habitualmente utilizado. - La demanda térmica es generalmente en forma de agua caliente a 50, que será proporcionada por los gases de escape o el agua de refrigeración de camisas y aceite. - El número de horas de funcionamiento al año ha de ser superior a 4.160. 12
3. CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO Los criterios que se deben considerar para dimensionar un sistema de cogeneración son básicamente: - Asegurar las condiciones de la inclusión en régimen especial, cumpliendo el correspondiente Rendimiento Eléctrico Equivalente y una exportación máxima del 70% de la energía autogenerada. - Obtener la máxima aportación posible a los consumos anuales totales con un criterio conservador, asegurando la demanda e importando la energía eléctrica restante. - Seleccionar motores o turbinas que permitan el funcionamiento a carga parcial con rendimientos aceptables. - Fraccionar el total de la energía, en al menos dos equipos que permitan, en caso de avería de uno de ellos, seguir contando con el 50% de la producción disponible. - En los casos en los que fuera posible, tener en cuenta posibles ampliaciones. - En los casos particulares de las Islas Baleares y Canarias y zonas del litoral mediterráneo y sur, considerar el acoplamiento de sistemas de desalación de agua mediante sistemas de ósmosis inversas o evaporativas. Los elementos de una planta de cogeneración con máquina de absorción serían: - Motores / turbinas. - Caldera de recuperación. - Máquina de absorción. - Torres de refrigeración. - Sistemas de bombeo de los circuitos de calefacción, refrigeración de los motores. - Sistemas de distribución de calor y frío. - Instalación eléctrica (MT y BT). - Central de control. 4. PARAMETROS ENERGETICOS Es muy difícil dar unos ratios válidos al 100% que definan a priori la viabilidad o no de los sistemas de cogeneración, debido a la gran versatilidad de estos sistemas que se pueden adaptar a las condiciones particulares de cada hotel. Como parámetros orientativos podemos fijarnos en los siguientes criterios de viabilidad: - Los hoteles donde es viable, en general, son aquellos con más de 100 habitaciones con centros de ocio (salas de convenciones, cafeterías, restaurantes, etc.) que eleven las demandas térmica y eléctrica durante los períodos de menor demanda (normalmente de 14:00 a 17:30 h). - El hotel ha de funcionar todo el año, con demanda térmica y eléctrica. - Las horas equivalentes de operación del sistema de cogeneración han de ser superiores a las 4.000. Estas horas se calculan dividiendo la energía activa total de cada mes (punta, valle y llano) por la potencia facturada en ese mes. La suma de las cantidades nos da las horas equivalentes. Para la viabilidad del sistema es imprescindible que éste opere como mínimo 5 días a la semana, las 52 semanas del año en las horas de tarifa punta y llano (12-16 horas diarias). - El sistema de cogeneración debe dimensionarse para cubrir la mínima demanda térmica-eléctrica anual, que será 13
en un período u otro según la zona geográfica estudiada. - La potencia eléctrica media demandada mínima necesaria para la viabilidad económica es de 95 kwe. - La potencia térmica media demandada mínima necesaria para la viabilidad económica es de 160 kw. - El ratio kwhe/kwht demandados debe cumplir dos condiciones: - Legislativa: En orden a cumplir la condición del Real Decreto 2818/98 de cogenerador (máximo del 70% de exportación de la energía eléctrica generada y cumplimiento del rendimiento eléctrico equivalente), la relación de energía eléctrica/energía térmica ha de superar el coeficiente 0,25. - Técnica: El mismo coeficiente en los equipos de cogeneración, es decir, la relación técnica de poder de recuperación y generación de energía eléctrica en el alternador, debe acercarse al valor 0,5-0,6. - La instalación de cogeneración es más rentable si es de gas. Con alimentación de gas la salida térmica puede llegar al 50%, con gasóleo al 40%. Los costes de mantenimiento de un motor alimentado con gasóleo son superiores a los del gas, debido al mayor ensuciamiento. No obstante es posible ejecutar un sistema diesel en aquellos hoteles que no posean acometida de gas. - Si el sistema se dimensionase por debajo de la mínima demanda térmica/eléctrica, el sistema puede seguir siendo rentable, pero si se sobredimensiona, aparte de exceder la limitación de exportación eléctrica, habría que instalar sistemas de disipación del calor sobrante. - En caso de instalar máquina de absorción se ha de tener en cuenta que éstas tienen un COP de 0,6 0,7 mucho menor que las enfriadoras convencionales.