2263 Guia Cogeneracion Final

Ahorrar energa est en tu mano!

COGENERACINDE PEQUEA POTENCIA

www.faen.es

1

www.faen.es

2

Cogeneracin de pequea potencia

3

1. INTRODUCCIN 1.1. El proyecto Cogen Challenge 2. CONTEXTO NACIONAL Y REGIONAL 2.1. Marco de referencia 2.2. Instalaciones existentes 2.3. Potencial de la cogeneracin en Espaa 3. TECNOLOGAS DISPONIBLES 3.1 Ejemplos de instalaciones existentes 4. GUA BSICA SOBRE LOS PRINCIPIOS Y RENTABILIDAD DE LA COGENERACIN A PEQUEA ESCALA 4.1. Consideraciones econmicas 4.1.1. Costes

5 9 12 12 15

21 30

42 42 43

4.2. Fases bsicas de un proyecto de cogeneracin 45 4.3. Lista de tareas 5. GESTIN Y FINANCIACIN PARA UN PROYECTO DE COGENERACIN 6. CONCLUSIONES 54 60 47

www.faen.es

ndice

18

4


5

1. INTRODUCCINLa cogeneracin, definida como la generacin simultnea en un proceso de energa trmica til (calor til) y elctrica y/o mecnica, es un modo muy eficiente de conversin de la energa. Su uso tiene impactos positivos en la economa, el medio ambiente, el uso responsable de los recursos y en la seguridad del suministro energtico. La cogeneracin tambin conocida como CHP (calor y electricidad combinados), produce el 10% de toda la electricidad y aproximadamente la misma cuota de calor en los pases de la UE 25. La cogeneracin no es slo una alternativa vlida para la gran industria. Las pequeas empresas, edificios pblicos, incluso los propietarios de viviendas unifamiliares pueden utilizar esta tecnologa y aprovechar sus beneficios. La situacin ms comn de un edificio u otra instalacin es la necesidad de energa elctrica y calor, por un lado, y la reducida eficiencia de las instalaciones existentes, por otro. En muchos casos, la solucin es una planta de cogeneracin. Sin embargo, existen una serie de obstculos que pueden influir en la decisin de implantacin de este sistema............... Esta gua informativa tiene dos objetivos fundamentales, tratar de ofrecer informacin que permita superar esos posibles obstculos e inspirar al lector a reflexionar sobre la cuestin de si la instalacin de una unidad de cogeneracin a pequea escala le ayudara a reducir las facturas de electricidad y a contribuir a un futuro ms sostenible, entendiendo como tal aquel que ana medioambiente, competitividad (economa) y garanta de suministro..................www.faen.es

6

1. Introduccin

Tanto si es un organismo pblico, una empresa pequea, una empresa de servicios, un propietario o el responsable de mantenimiento de un hospital o de un grupo de viviendas, siempre necesitar calefaccin (calor) y electricidad. Para cubrir estas necesidades generalmente se usa una caldera para el calor y la electricidad se compra en la red. Otra opcin es cubrir parcialmente estas necesidades de calor y electricidad a travs de una unidad de cogeneracin a pequea escala. El calor obtenido de la cogeneracin se utiliza para disponer de agua caliente, calentar los espacios, aprovecharlo en instalaciones de lavandera o secadores o para calentar el agua de una piscina. La produccin de vapor es tambin posible en algunos casos. Finalmente, se puede utilizar el calor en un ciclo de absorcin que permite producir fro para refrigeracin de locales o para procesos industriales. La cogeneracin a pequea escala es una propuesta atractiva y prctica para una amplia gama de aplicaciones: sector edificios y servicios: hospitales y centros sanitarios, hoteles, edificios de uso deportivo (piscinas, polideportivos), edificios de uso educativo (escuelas, universidades,...), edificios de oficinas, centros de ocio, almacenes y supermercados,Cogeneracin de pequea potencia

7

centros comerciales, restaurantes, lavanderas, viviendas y edificios de apartamentos, sector industrial: Industria alimentaria (lctea, crnica, cervecera, ...) Industria cermica y de materiales de construccin en general, ... sector agrcola: horticultura e invernaderos, secaderos de cosechas o madera, ... Existe una fuerte voluntad dentro de la poltica energtica de la Unin Europea, Espaa y Asturias para incrementar la cuota de cogeneracin en los aos prximos, porque esta tecnologa, ya madura y con altos rendimientos, ofrece una gama de beneficios para la sociedad. Distintas Directivas Europeas y Reales Decretos en el caso de Espaa confirman esta afirmacin.............................. A nivel europeo se puede citar la Directiva 2004/8/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 11 de febrero de 2004, relativa al fomento de la cogeneracin, mientras que, a nivel nacional, el RDL 7/2006 elimina la figura del autoproductor y permite que la totalidad de la energa producida por la cogeneracin se incorpore al sistema, o el RD 661/2007 de Rgimen Especial que estableca un marco favorable para el desarrollo de la cogeneracin definiendo el rgimen econmico para esta tecnologa. Por ltimo, el RD 616/2007 sobre fomentowww.faen.es

1. Introduccin

8

1. Introduccin

de la cogeneracin tiene por objeto la creacin de un marco para el fomento de la cogeneracin de alta eficiencia de calor y electricidad basado en la demanda de calor til y en el ahorro de energa primaria, incrementando la eficiencia energtica y mejorando la seguridad del abastecimiento. Estimular la economa Los consumidores de energa pueden disminuir considerablemente sus facturas energticas instalando plantas de cogeneracin, reduciendo la cantidad de electricidad comprada a su suministrador elctrico y vender la electricidad excedentaria a un precio atractivo. Ello incide en una mayor competitividad de los usuarios de esta tecnologa, que ven reducidos sus costes energticos. Adems, ms cogeneracin supone ms productores de energa independiente lo que ayuda a diversificar y a liberalizar los mercados energticos europeos. Preservar el medioambiente La cogeneracin muestra una eficiencia energtica superior a las plantas convencionales (produccin independiente de calor y electricidad). Esto conduce a un ahorro de energa primaria y a reducir las emisiones de dixido de carbono, que es el principal gas de efecto invernadero. El desarrollo de la cogeneracin contribuir a cumplir los objetivos del Protocolo de Kyoto y a combatir el cambio climtico. La energa ms limpia es siempre la energa que se ahorra. Usar los recursos de modo ms eficiente Hay que ser consciente del hecho de que los recursos de combustibles fsiles se agotarn en algn momento. Con el fin de encontrar soluciones energticas para elCogeneracin de pequea potencia

9

futuro, las administraciones y los organismos implicados se esfuerzan en estimular los combustibles renovables como biomasa y biogs. Adems, mejorar la eficiencia del uso de combustible es una tarea fundamental. La cogeneracin, como ya se ha indicado, es un mtodo muy eficiente para convertir los combustibles en electricidad y calor tiles. Por tanto, siempre debera ser una de las primeras opciones a considerar. Garantizar el suministro La cogeneracin contribuye de muchos modos a una mayor fiabilidad. Al generar parte o toda la electricidad que consumen, los usuarios de cogeneracin son ms independientes que los consumidores que dependen completamente de los suministradores elctricos. Cuando la electricidad se produce muy cerca del consumidor final, se eliminan las prdidas en el transporte y distribucin, la red elctrica para toda la regin es ms estable y necesita menos renovacin.

1.1 El Proyecto Cogen ChallengeDebido al inters que la cogeneracin tiene en funcin de las ventajas asociadas a su alta eficiencia energtica, FAEN decidi participar en un proyecto europeo denominado COGEN CHALLENGE, cofinanciado por la Comisin Europea...........

www.faen.es

10

1.1 El Proyecto Cogen Challenge

En este proyecto han participado los siguientes socios de cinco pases de la Unin Europea (Alemania, Blgica, Eslovenia, Espaa y Francia):

A pesar de las ventajas del uso de la cogeneracin, existen barreras al desarrollo de esta tecnologa, sobre todo en lo que respecta a la de pequea potencia............ Entre estas barreras se pueden citar las siguientes: Poca informacin sobre cogeneracin de pequea potencia y su empleo en instalaciones del sector terciario. Escasas instalaciones de cogeneracin de pequea potencia, especialmente de micro-cogeneracin, que sirvan de ejemplo. Trmites administrativos complejos. Coste del gas natural elevado para instalaciones en mbito urbano (la mayora: centros deportivos, hoteles, edificios en general, ...) Por lo tanto, una vez detectadas estas barreras, donde un apartado fundamental es la necesidad de una mayor difusin e informacin sobre la cogeneracin, especialmente la de pequea potencia, el proyecto COGEN CHALLENGE se centr en tratar de superarlas y, por ello, se realizaron diversas actuaciones en esteCogeneracin de pequea potencia

11

sentido. Las principales fueron las siguientes:................. Campaa de difusin e informacin. Pgina Web en Internet, jornadas y otros eventos. Desarrollo de herramientas informticas para realizar estudios de viabilidad de cogeneracin (EASY COGEN y COGENSIM). Documentacin de 1000 proyectos realizados en la UE, con fichas informativas como la que sigue:

Location Type of location Country and post code District heating Year of installation Cogeneration technology Manufacturer Number of units Electrical capacity (kw) Exact electrical capacity (kw) Heat capacity (kw) Fuel capacity (kw) Annual heat demand (kwh) Annual heat production (kwh) Annual electricity production (kwh) Average operating hours (h/y) Fuel type Total investment ()

PISCINA MUNICIPAL Swimming pools/Leisure centers ES-08820 EL PRAT DE LLOBREGAT No 2003 Motor engine EQTEC IBERIA 1 51-250 KW 60 100 177 580000 348000 5800 NATURAL GAS 90000

Creacin de grupos de trabajo en los pases de la UE para fomentar el uso de la cogeneracin (en Espaa el responsable fue FAEN). Seminarios, cursos y conferencias sobre cogeneracin. A lo largo de la presente documentacin se ofrece informacin sobre este proyecto y sus resultados.www.faen.es

1.1 El Proyecto Cogen Challenge

12

2. CONTEXTO NACIONAL Y REGIONAL2.1 Marco de referenciaLa cogeneracin se incluye en el denominado rgimen especial, basado en las tecnologas de generacin que utilizan las energas renovables, los residuos y la cogeneracin a partir de la existencia de la Ley de Ordenacin del Sector Elctrico de 1980. A partir de la entrada en vigor de la Ley 54/1997 del sector elctrico y sus desarrollos normativos, se han producido una serie de modificaciones en la regulacin y el marco retributivo de esta actividad plasmadas stas en los sucesivos Reales Decretos 2818/1998, 436/2004 y, por ltimo el Real Decreto 661/2007 por el que se regula la actividad de produccin de energa elctrica en rgimen especial. ste, actualmente en vigor, permite una retribucin de la energa vertida a la red mediante dos posibilidades a elegir: a) Ceder la electricidad al sistema a travs de la red de transporte o distribucin, percibiendo por ella una tarifa regulada. b) Vender la electricidad en el mercado de produccin de energa elctrica. En este caso, el precio de venta de la electricidad ser el precio que resulte en el mercado organizado o el precio libremente negociado por el titular o el representante de la instalacin, complementado, en su caso, por una prima. Por otro lado, la Directiva 2004/8/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, relativa al fomento de laCogeneracin de pequea potencia

13

cogeneracin sobre la base de la demanda de calor til en el mercado interior de la energa ha sido transpuesta al ordenamiento jurdico nacional a travs del Real Decreto 616/2007 sobre fomento de la cogeneracin, tiene por objeto la creacin de un marco para el fomento de la cogeneracin de alta eficiencia de calor y electricidad basado en la demanda de calor til y en el ahorro de energa primaria, incrementando la eficiencia energtica y mejorando la seguridad del abastecimiento. Para ello, prev el anlisis y evaluacin del potencial nacional de cogeneracin de alta eficiencia, de las barreras que dificultan su desarrollo y de las medidas necesarias para facilitar el acceso a la red de unidades de cogeneracin y centrales de microgeneracin y cogeneracin a pequea escala, al tiempo que se definen los mtodos de determinacin del ahorro energtico para las unidades de cogeneracin de alta eficiencia. Adems, y con el objetivo de aumentar la potencia instalada en los distintos sectores de actividad, se estn llevando a cabo diversas actuaciones incluidas en la Estrategia de Eficiencia Energtica en Espaa (E4) dentro de los planes de accin 2005-2007 y 2008-2012 de la referida E4. En esta lnea se enmarcan las medidas, donde se habilitan ayudas para las siguientes actuaciones: Estudios de viabilidad. El objetivo de esta medida es analizar la viabilidad econmica del nuevo potencial de cogeneracin de alta eficiencia existente en Espaa, mediante la identificacin y la realizacin de estudios en nuevos emplazamientos del sector industrial, servicios y tratamiento de residuos, en los cuales la existencia de una demanda de calor til permita la aplicacin de esta tecnologa segn los criterios planteados en la Directiva 08/2004/CE de cogeneracin de alta eficiencia.www.faen.es

2.1 Marco de referencia

14

Fomento de nuevas instalaciones en instalaciones no industriales. El objetivo de esta medida es contribuir a desarrollar el potencial de cogeneracin existente en Espaa, apoyando a las Cogeneraciones de alta eficiencia en los subsectores en los que esta tecnologa tiene menor presencia como es la Cogeneracin en el sector Terciario mediante la promocin a la implantacin de nuevos sistemas de cogeneracin. Esta medida est orientada a plantas de cogeneracin de alta eficiencia de potencia superior a 150 kWe que utilicen como combustible gas natural o gasleo, incluyendo los sistemas de fro en los casos de plantas de trigeneracin. Fomento de cogeneraciones de pequea potencia. La medida supone la realizacin de proyectos de demostracin y ejecucin de instalaciones de cogeneracin de reducida dimensin, entendiendo como tal los sistemas de cogeneracin con potencia elctrica no superior a 150 kWe. Adems, para instalaciones ya existentes se pretende mejorar su eficiencia energtica utilizando nuevas tecnologas con un mayor aprovechamiento de la energa utilizada. Para ello se disean las siguientes medidas: Auditoras energticas. Estudios de tipo auditora individualizada para obtener informacin referente al potencial de mejora tanto desde el punto de vista de la eficacia energtica como de operacin frente al sistema elctrico en sistemas de cogeneracin operativos. Del mismo modo evaluarn la viabilidad tcnica, econmica y administrativa de modernizacin de la cogeneracin. Plan renove de plantas existentes. Sustitucin de equipos en sistemas de cogeneracin instalados conCogeneracin de pequea potencia

2.1 Marco de referencia

15

el objeto de adecuarse a las necesidades del proceso productivo, mejores tcnicas disponibles e incluso situacin normativa actual.

2.2 Instalaciones existentesEn cuanto a la potencia de cogeneracin instalada en Espaa se tiene, en diciembre de 2006, un total de 6.467 MW de los cuales 5.875 corresponden a 860 plantas consideradas de autoproduccin y el resto, 592 MW, a plantas de tratamiento y valorizacin de residuos. Estas plantas operan, como media, 5.485 horas anuales, con un rendimiento elctrico equivalente del 57,6%, una eficiencia elctrica del 29,7%, aprovechando el 73,2% de la energa contenida en el combustible utilizado. En 2007 se alcanzaron los 6.600 MW, tal y como se puede apreciar en la figura siguiente.Evolucin de la cogeneracin en EspaaPotencia instalada (MWe) 6.600 960 797

1.200 1.000

7.000 6.000 5.000 4.000

Potencia Acumulada (MWe)

800 600 400 20051 356 241 290 591 502 378 319

549

492 399

3.000 2.000174 176 76 116 134

1.000 0

01990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

Ao

Fuente IDAE

www.faen.es

Potencia acumulada (MWhe)

Potencia instalada (MWhe)

16

2.2 Instalaciones existentes

Por comunidades autnomas, la distribucin de estas plantas es la siguiente:Plantas de tratamiento y valorizacin de residuos POTENCIA (MWe) 146 43 6 110 144 2 4 42 70 15 10 692

COMUNIDAD AUTNOMA ANDALUCA ARAGN ASTURIAS BALEARES CANARIAS CANTABRIA CASTILLA LA MANCHA CASTILLA Y LEN CATALUA COMUNIDAD VALENCIANA EXTREMADURA GALICIA LA RIOJA MADRID MURCIA NAVARRA PAS VASCO TOTAL ESPAA

Plantas de autoproduccin POTENCIA (MWe) 606 523 67 6 33 288 419 498 1.169 635 9 637 50 249 220 111 354 5.875

TOTAL

752 566 73 6 33 288 419 608 1.313 637 13 637 50 301 290 126 364 6.467

Potencia instalada en cogeneracin en Espaa a diciembre de 2006. Fuente: CNE

Fundamentalmente, la mayor potencia instalada pertenece al sector industrial y, dentro de ste, a los sectores de alimentacin, qumica y papel y cartn, donde adems las horas medias anuales de utilizacin1 alcanzan las 6.113, mientras que en el sector servicios se sitan en 4.242.

1 Fuente IDAE


17

Otro dato importante que conviene tener en cuenta es la antigedad del parque cogenerador en Espaa, con un valor medio superior a los 10 aos.

1.000 900

939 740 591 523 415 233 118 22 1 2 3 126 82 4 5 6 7 8 9 10 11 Aos de antigedad 12 13 14 378 319 502

Potencia instalada cada ao MW

800 700 600 500 400 300 200 100 0

290

241 51 15 16 17

Fuente CNE. Ao base: 2007

Por tanto, del anlisis de los datos se observa, por un lado, que la mayor parte de las instalaciones de cogeneracin se centran en el sector industrial, mientras que la antigedad de las mismas hace que el rendimiento sea ms bajo del que sera posible alcanzar con instalaciones ms nuevas, con valores de eficiencia energtica superiores. A nivel regional, las instalaciones de cogeneracin existentes en Asturias, que se encuentran recogidas en el registro del Rgimen Especial a diciembre de 2008 son las siguientes:.............

www.faen.es

2.2 Instalaciones existentes

18

Cogeneraciones con gas natural Instalaciones industriales Instalaciones no industriales 2 TOTAL Cogeneraciones con gasleo y fuelleo Instalaciones industriales Instalaciones no industriales TOTAL Centrales de valoracin energtica Instalaciones industriales Instalaciones no industriales TOTAL

Potencia elctrica (kWe) 34,5 12,0 46,5 Potencia elctrica (kWe) 26,3 0,0 26,3 Potencia elctrica (kWe) 30,9 0,0 30,9

2.3 Potencial de la cogeneracin en Espaa3Teniendo en cuenta lo indicado en captulos anteriores en relacin a los beneficios de distinta ndole que supone la cogeneracin y las actuaciones puestas en marcha para su desarrollo, se considera que tanto la potencia instalada como la produccin de energa de estas instalaciones en Espaa va a ir creciendo de manera significativa en los prximos aos. En este sentido, las previsiones se recogen en las siguientes tablas:

2 Se incluyen aqu las instalaciones existentes en centros hospitalarios y en estaciones depuradoras de aguas residuales. 3 Los datos de la situacin de la cogeneracin en Espaa se han tomado de la publicacin de IDAE Anlisis del potencial de cogeneracin de alta eficiencia en Espaa 2010-2015-2020.


19

10.000

Escenario de crecimiento vegetativo Datos histricos Escenario optimista con polticas de impulso 7.552 5.875 7.098

9.936

Potencia instalada (MWe)

8.000

8.831

6.000

4.000

2.000

090 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20

Ao

Escenarios tendenciales con sistemas de cogeneracin que aportan calor til

3.000Escenario de crecimiento vegetativo Datos histricos Escenario optimista con polticas de impulso 2.026

2.500

2.317


2.000

1.500

1.000591

500

650

652

09 19 5 96 19 97 19 98 19 99 20 00 20 01 20 02 20 03 20 0 20 4 05 20 06 20 07 20 08 20 09 20 10 20 11 20 12 20 13 20 14 20 15 20 16 20 17 20 18 20 19 20 20 90 91 92 93 19 19 19 19 19 19 94

AoEscenarios tendenciales para tratamiento y valorizacin de residuos

www.faen.es

20

20

2.3 Potencial de la cogeneracin en Espaa

3

20

2.3 Potencial de la cogeneracin en Espaa

14.00012.253

3

12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000

Escenario de crecimiento vegetativo Datos histricos Escenario optimista con polticas de impulso


9.579 9.483 6.466 7.745

090 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20

Ao

Escenarios tendenciales para todas las cogeneraciones

Para la cuantificacin del potencial de cogeneracin en Asturias indicada en la Estrategia Energtica del Principado de Asturias 2005-2012 se parte de la metodologa empleada en la Estrategia de Eficiencia Energtica en Espaa 2004-2012 desarrollada por el IDAE, aplicndose al sector industrial y al de servicios. Con todo ello, y tal como se observa en la siguiente tabla, se obtendra un aumento de la potencia elctrica instalada en cogeneracin para el ao 2012 de 81,8 MW, lo que supondra una generacin anual de unos 1.265.670 MWh.....................Instalaciones hasta 2004 (MW) 115,9 8,1 124 Potencial a alcanzar en 2012 4 (MW) 187 18,8 205,8 Valoracin entre 2004 y 2012 (MW) 71,1 10,7 81,8 Generacin elctrica anual con la ampliacin indicada (MWh) 1.150.050 115.620 1.265.670

SECTOR Industria5 Servicios y residencial TOTAL

4 Realizando acciones de promocin de esta tecnologa. 5 nicamente se incluyen las instalaciones de cogeneracin que trabajen con combustible gas natural, fuelleo y gases residuales.


20

20

21

3. TECNOLOGAS DISPONIBLESSimplemente recuperando el calor de la unidad de produccin de electricidad tradicional se puede producir calor til y electricidad simultneamente con diferentes tecnologas. Como el calor debe utilizarse cercano al consumidor, las unidades de cogeneracin deben tener el tamao adecuado para el consumo esperado. El siguiente grfico ilustra este principio: en la mitad superior, se muestra cuanta electricidad y calor produce una cogeneracin a pequea escala con un nmero dado de entrada de energa. En este ejemplo, la unidad de cogeneracin tiene una eficiencia del 89%. En el caso de produccin independiente de calor (en la caldera) y electricidad (en la central elctrica) la eficiencia es mucho menor.

www.faen.es

22

3. Tecnologas disponibles

La gama de tecnologas disponibles es bastante amplia. Debe elegirse la tecnologa de cogeneracin conforme a algunos criterios especficos a su actividad y a la demanda de calor. El cuadro siguiente enumera las tecnologas: "++" significa que la tecnologa es muy adecuada para producir el calor que necesita, y "+" significa menos adecuada. Ninguna anotacin significa que la tecnologa no puede producir el calor que necesita.Tecnologas cogeneracin Turbina de gas Motor de gas Motor de gasleo Turbina de vapor Motor Stirling Pila de Combustible Combustibles (no exhaustivo) Gas natural, biogs, gasleo Gas natural, biogs, gasleo, aceite vegetal, lea Gas natural, biogs, gasleo, aceite vegetal, lea Gas natural, biogs, gasleo, aceite vegetal, lea, etc. Gas natural, biogs, gasleo, lea Hidrgeno o, va conversin, resto de combustibles Necesita agua caliente? Necesita vapor? Necesita aire?

++ ++ ++ ++ ++ ++

++ + + ++

+ + + +

A continuacin se ampla la informacin para cada una de estas tecnologas usadas en cogeneracin................. Turbina de gas Las turbinas de gas se han convertido en la tecnologa ms extendida para la cogeneracin a gran escala en los ltimos aos. Sin embargo, las turbinas de gas no solo se usan en aplicaciones de gran tamao. En el mercado hay disponibles unidades ms pequeas comenzando desde unos pocos kWe................. Desde la dcada de los 90 ha habido disponibilidad de microturbinas. Se derivan de los sobrealimentadores de vehculos y se encuentran desde 30 kWe. e incluso menores. Las microturbinas necesitan menos espacio que los motores convencionales y los costes deCogeneracin de pequea potencia

23

mantenimiento son inferiores. Adems, la emisin de gases contaminantes se reduce, especialmente aquellos que provocan la lluvia cida y la reduccin de la capa de ozono. Las eficiencias elctricas son tpicamente inferiores a las de los motores de combustin interna.............. A continuacin se incluye un cuadro con las caractersticas principales de unidades de cogeneracin inferiores a 500 kWe.

Unidades ms pequeas Potencia elctrica: Eficiencia elctrica: Energa trmica: Eficiencia trmica: Emisin de NOx: Emisin de CO: Tamao (L x An x Al): Peso: Inversin:

Unidad tpica pequea escala

www.faen.es


24


Motor de gas La mayora de las unidades de cogeneracin a pequea escala son motores de combustin interna que funcionan con los mismos principios que sus equivalentes de vehculos de gasolina y disel. Los motores funcionan con combustibles lquidos o gaseosos, como el gasleo, gas natural o biogs, y hay disponibles desde 5 kWe a ms de 1.000 kWe. Los motores de combustin interna tienen una eficiencia elctrica superior a las turbinas, pero la energa trmica que producen es generalmente de temperaturas inferiores y as son mucho ms adecuados para aplicaciones de edificios. El ratio de calor utilizable para energa est normalmente en el rango de 1:1 a 2:1. En el cuadro siguiente se incluyen las caractersticas principales de unidades de cogeneracin de este tipo para pequeas potencias.Unidades ms pequeas Potencia elctrica: Eficiencia elctrica: Energa trmica: Eficiencia trmica: Emisin de NOx: Emisin de CO: Tamao (L x An x Al): Peso: Inversin: Unidad tpica pequea escala


25

Motor de gasleo Cuando no hay disponible gas natural o el biogs, se puede elegir un motor de gasleo. Teniendo en cuenta este combustible, se modifican algunos valores de sus caractersticas principales.Unidades ms pequeas Potencia elctrica: Eficiencia elctrica: Energa trmica: Eficiencia trmica: Emisin de NOx: Emisin de CO: Tamao (L x An x Al): Peso: Inversin: Unidad tpica pequea escala

Fuente: 5 kWe motor de gasleo en una vivienda de un municipio (Amel - Blgica)

www.faen.es


26


Motor de biogs En el caso de utilizar un motor de biogs, los valores tpicos son:Unidades ms pequeas Potencia elctrica: Eficiencia elctrica: Energa trmica: Eficiencia trmica: Emisin de NOx: Emisin de CO: Tamao (L x An x Al): Peso: Inversin: Unidad tpica pequea escala

Fuente: 1.25 MW motor de biogs de la Industria de la Alimentacin Lutosa (Electrabel - Blgica)

Fuente: 102 KW motor de biogs en un pueblo pequeo (La Surize - Blgica)


27

Las turbinas de vapor se han utilizado como motor principal para sistemas de cogeneracin a gran escala durante muchos aos. Tpicamente, las turbinas de vapor estn asociadas a centrales energticas ms grandes, pero tambin hay unidades ms pequeas a partir de 200 kWe que se utilizan frecuentemente. La eficiencia total es muy alta, llegando hasta el 84%. Las turbinas de vapor funcionan con combustibles slidos, lquidos o gaseosos, tanto fsiles como renovables. El ratio de calor tpico para energa de las turbinas de vapor es alrededor de 6:1.Unidad tpica pequea escala Potencia elctrica: Eficiencia elctrica: Energa trmica: Eficiencia trmica: Emisin de NOx: Emisin de CO: Tamao (L x An x Al): Peso: Inversin: Depende de la caldera 500 kWe 10% 3.000 kWth 70%

www.faen.es


Turbina de vapor

28


Motor Stirling Para aplicaciones a escala pequea con una capacidad entre 0,2 kWe y 9 kWe, se pueden utilizar motores Stirling. Estos motores son dispositivos de combustin externa y por tanto, difieren sustancialmente de los modelos convencionales. El motor Stirling tiene menos piezas mviles que los motores convencionales, y ninguna vlvula, balancines, inyectores de combustible o sistemas de encendido por chispa. Los motores Stirling tambin requieren menos mantenimiento y la emisin de contaminantes es baja.Unidades ms pequeas Potencia elctrica: Eficiencia elctrica: Energa trmica: Eficiencia trmica: Emisin de NOx: Emisin de CO: Tamao (L x An x Al): Peso: Inversin: Canlentador Regenerador Agua refrigeracin Cilindro de expansin Pistn de expansin Generador Refrigerante Cilindro de compresin Pistn de compresin Unidad tpica pequea escala


29

Un nuevo avance es el uso de pilas de combustible para la cogeneracin. Es necesario decir sin embargo que las pilas de combustible estn en fase de experimentacin, aunque existen algunas ya en el mercado. Convierten la energa qumica del hidrgeno y oxgeno directamente en electricidad, sin combustin ni trabajo mecnico como en las turbinas o motores. El hidrgeno se produce normalmente del gas natural mediante un proceso de reformado cataltico, que permite liberar el hidrgeno que forma parte de las molculas del agua y de los hidrocarburos del gas natural. Las eficiencias totales de los sistemas de cogeneracin alcanzan el 85-90%, mientras que el ratio de calor/electricidad est en el rango de 5:4 y tiende al 1:1. Las pilas de combustible con una capacidad de 1 kWe pueden proporcionar calor y electricidad a viviendas unifamiliares, y se pueden utilizar en aplicaciones mayores de unos 200 kWe como por ejemplo en hospitales................

Unidades ms pequeas Potencia elctrica: Eficiencia elctrica: Energa trmica: Eficiencia trmica: Emisin de NOx: Emisin de CO: Tamao (L x An x Al): Peso: Inversin:

Unidad tpica pequea escala

www.faen.es


Pila de combustible

30

Ctodo Electrlito nodo Combustible

Aire

Corriente CC

Salida agua

Calor

Fuente: Fuel Cell Hand

3.1 Ejemplos de instalaciones existentesHospital Valle del Naln (Langreo, Espaa) El Hospital Valle del Naln es una instalacin situada en la zona central de Asturias que cuenta con 232 camas, 5 quirfanos, paritorios y distintas zonas de consultas externas..........

Para sus necesidades energticas dispone desde el ao 1996 de una planta de cogeneracin compuesta por dos motores de combustin interna que queman gas natural con las siguientes caractersticas: Marca y modelo: GUASCOR FGLD 360


31

12 cilindros en V Potencia elctrica: 954 kW Potencia trmica: 4.000 kW Eficiencia elctrica: 36,2%

EREN (Castilla y Len, Espaa) El Ente Regional de la Energa de Castilla y Len cuenta con un edificio bioclimtico en el que se incorporan numerosas medidas de ahorro energtico y de aprovechamiento de fuentes de energa renovables, entre las que se pueden destacar: Diseo arquitectnico de alta eficiencia energtica. Instalacin de aprovechamiento de energa solar trmica. Instalacin de aprovechamiento de energa solar fotovoltaica. Instalacin de micro-cogeneracin.

www.faen.es

3.1 Ejemplos de instalaciones existentes

32


Centrndose en esta ltima, la planta de cogeneracin utilizada como apoyo para la climatizacin del edificio consta de un motor de combustin modelo SENERTEC DACHS HKA, de 5,5 kW de potencia elctrica y 12,5 kW de potencia trmica. El ahorro de energa primaria que se produce por la utilizacin de este equipo es del 36,25%, muy similar al ahorro econmico (36%). Con ello, el EREN consigue el objetivo doble de disminuir el consumo de energa en sus propias instalaciones y el de disponer de una instalacin de demostracin sobre una tecnologa eficiente como es la cogeneracin. Masa Ferrer (Catalua, Espaa) En una casa rural de Segorbe (Catalua, Espaa) llamada Massia Ferrer, se estudi la viabilidad de instalar una cogeneracin a pequea escala para cubrir sus necesidades elctricas y trmicas. Despus del anlisis correspondiente, se opt por unaCogeneracin de pequea potencia

33

microturbina con GLP para producir la electricidad y el calor para climatizacin y ACS. En 2006 se ejecut la instalacin a travs de la empresa promotora PRIMAGAZ. El fabricante de la turbina fue Capstone, con la particularidad que sta es la primera microturbina instalada con gas propano en Espaa. La capacidad elctrica de la unidad es de 30 kW, mientras que su capacidad calorfica alcanza los 66 kW.............

Con unas 8.500 horas anuales de operacin se cubre prcticamente la demanda anual de calor (225.000 kWh) al obtenerse 200.000 kWh de energa trmica. Por otra parte, la produccin anual de electricidad por cogeneracin es de 150.000 kWh. Hay que tener en cuenta que esta planta no trabaja conectada a red, lo que en un principio fue considerado una barrera a su implantacin. No obstante, conviene indicar que el coste de la energa elctrica generada es inferior a otros sistemas alternativos a la cogeneracin. La inversin total de esta unidad fue de 48.000 , no existiendo en este caso financiacin por terceros.www.faen.es


34


Restaurante Caada Real El restaurante Caada Real en Santa Mara del Titar (vila) opt para la satisfaccin de sus necesidades energticas por una instalacin de microcogeneracin aislada. Dicha instalacin fue proyectada y ejecutada por la empresa BESEL. Cuenta con cuatro motores Senertec con las siguientes caractersticas:

Potencia elctrica pico: 26 kW Potencia trmica pico: 50 kW

Dispone de un almacenamiento de energa elctrica con una capacidad de bateras (en C100) de 1.250 Ah.Cogeneracin de pequea potencia

35

Otros aspectos destacados de esta instalacin son los siguientes: Uso calor: Suelo radiante y ACS Horas de funcionamiento: 3.200 h. Energa/da mxima: 240 kWh/da

Edificio de oficinas (Valladolid) En este caso se trata de una instalacin de un sistema de microtrigeneracin para el sector residencial, con motor a gas y equipo de acumulacin y climatizacin mediante solucin de cloruro de litio-agua. Se encuentra en el Edificio del Centro Europeo de Empresas e Innovacin (CEEI) en el Parque Tecnolgico de Boecillo (Valladolid) y lleva operativa desde 2005...................... El proyecto consiste en la instalacin de un sistema integrado y altamente eficiente de microtrigeneracin, que suministra electricidad para el autoconsumo del edificio CEEI y climatizacin para una sala de usos comunes-cafetera y para la oficina de recepcin del edificio.

www.faen.es


36


El diseo ejecutado permite que un nico sistema suministre al usuario electricidad, calefaccin en invierno, aire acondicionado en verano y agua caliente sanitaria todo el ao.

El sistema incluye las tecnologas siguientes: Una planta de micro-trigeneracin, que combina un equipo compacto de cogeneracin que lleva un motor de gas natural, con una nueva tecnologa de climatizacin con almacenamiento de energa, basada en el ciclo frigorfico de absorcin. Una estacin de produccin de fro solar, a partir de colectores solares planos y equipo de enfriamiento basado en ciclo frigorfico de absorcin. BESEL S.A. ha sido la encargada del diseo de la planta de trigeneracin, as como de la instalacin de todos sus componentes, pruebas, puesta en marcha y operacin de la misma. Un spa y centro turstico in Ljubljana (Eslovenia) El centro turstico Laguna Ljubljana dispone de un camping y un hotel con un complejo de piscinas abiertas y un polideportivo. La unidad de cogeneracin a pequea escala instalada con una potencia de 230 kWe (motor a gas) suministra la mayor parte de la electricidad y un alto porcentajeCogeneracin de pequea potencia

37

de la demanda total de calor del centro turstico durante todo el ao. Comparado con la produccin de calor y electricidad separadas, la instalacin ahorra alrededor de 110 toneladas de emisiones de dixido de carbono anualmente.

Clnica Bains en Grenoble (Francia) La Clnica "Bains" est en Grenoble (Francia) y tiene una planta de calor desde 1964, con tres calderas de 17 aos cada una, donde la produccin de agua caliente est llegando al final de su vida de servicio (con riesgos de polucin bacteriolgica) y utiliza una unidad de gasleo EJP (que no llega a satisfacer la demanda en los das pico) encargando a Gaz Electricit de Grenoble (GEG) la modernizacin de sus instalaciones.

Se llev a cabo una renovacin completa de la planta de calor y de su regulacin y llev a una reduccin del consumo de energa de un 10%.www.faen.es


38


En paralelo el gasleo EJP se sustituy por gas natural y se renovaron dos calderas. Se instal un modulo de cogeneracin de gas natural, uno de los primeros instalados en Francia de este tamao (300 kW elctricos, 420 kW trmicos). Sus caractersticas principales son las siguientes: Unidad de cogeneracin de gas natural con un motor Waukesha, de 8 cilindros en lnea / turbocompresor Potencia til de: 300 kW potencia elctrica, 420 kW trmica Eficiencia Global: 84% 2 calderas de gas de apoyo, de 800 y 600 kW Un contador de calor en cada caldera y en la cogeneracin Unidad de seguridad para eliminar el exceso de calor La electricidad generada se inyecta en media tensin en la red de GEG. Gaz Electricit de Grenoble financi la operacin, la instalacin y su gestin. La puesta en marcha y el mantenimiento de la instalacin fueron asignadas por GEG a la compaa Dalkia. Por lo tanto la Clnica Bains tiene un contrato llave en mano y un interlocutor nico para sus necesidades en calefaccin, agua caliente y electricidad. Existieron cuatro razones fundamentales para decantarse por esta instalacin de cogeneracin: Eficiencia energtica: ahorros de 20 a 30% en energa primaria,Cogeneracin de pequea potencia

39

Reduccin de emisiones: gracias al uso de gas natural, las emisiones de NOx se han reducido un 30% tras la eliminacin de la unidad de gasleo, Confort: los pacientes de la clnica (100 camas y 24 unidades de ambulatorio) y los usuarios de los edificios prximos se benefician de ms confort desde que la cogeneracin se implant ya que no produce ruidos adicionales, polvo, SOx, o humos. Es ms, el control remoto hace que sea posible usar la instalacin mejorando su funcionamiento, Control de costes: la clnica ahora es capaz de gestionar las facturas de energa durante el ao, con ahorros considerables sobre los costes de la instalacin original. Adems no paga los gastos de la inversin, ni los de mantenimiento. En este proyecto puede destacarse este servicio llave en mano y la lgica de "todos ganan" que se espera se generalice en toda la regin de Rhne-Alpes. Una escuela en Dinamarca (Sydvestjyllands Efterskole) En la Sydvestjyllands Efterskole, una escuela cerca de la ciudad danesa de Bramminge, la cogeneracin se ha convertido en una realidad mediante la instalacin en 2002 de un mdulo que funciona con un motor Diesel kVA en el edificio.................... Este mdulo de cogeneracin a pequea escala tiene una potencia elctrica de 58 kW y una potencia trmica de 87 kW. Est casi todo el ao funcionando llegando a alcanzar unas 6.000 horas a plena carga al ao. La demanda anual de calor de la escuela es de 700.000 kWh mientras que la produccin de calor de la unidad es de 336.000 kWh. La produccin anual de electricidad es de 190.000 kWh. Cualquier extra en la electricidad generada podra no ser beneficioso para el edificio yawww.faen.es


40


que en Dinamarca la electricidad no puede venderse si la planta de cogeneracin funciona con diesel.................. La instalacin de esta unidad de cogeneracin a pequea escala requiri de una inversin de 400.000 Dkr ( 55.000). El dinero invertido permiti un ahorro econmico de unos 100.000 Dkr ( 13.500) al ao. Una escuela en Frankfurt (Alemania) En Frankfurt, un gran nmero de escuelas cubren una parte de sus necesidades de calor con unidades de cogeneracin a pequea escala.

Se instalaron dos unidades de cogeneracin a pequea escala de 50 kWe (motores a gas) en la escuela de Carl Schurz en 1993. Producen el 80% de la demanda anual de calor de la escuela, el gimnasio y piscina, reduciendo en unas 50 toneladas las emisiones de dixido de carbono al ao. Un hotel en Londres (Reino Unido) El Heathrow Marriott es un gran hotel de lujo con 390 habitaciones, una piscina cubierta y un gimnasio. La unidad de cogeneracin instalada de 400 kWe en 2001, funciona una media de 17 horas al da con una disponibilidad del 97,5%. El ahorro del costeCogeneracin de pequea potencia

41

anual calculado por la administracin del hotel alcanz los 75.700 durante el primer ao de funcionamiento, y evit la emisin de unas 250 toneladas de dixido de carbono durante el mismo periodo. Un vertedero en Thieulloy (Francia) En 2004, se instalaron ocho microturbinas de 30 kWe cada una en un vertedero cerca de Pars.......................... Esta planta de cogeneracin utiliza la mayor parte del biogs producido en el vertedero. La electricidad generada se vende a la compaa energtica francesa EDF a un precio de 120.000 euros/ao. Se suministra calor a un invernadero cercano y se estima que cada ao el dixido de carbono se reducir alrededor de 130 toneladas gracias al uso del biogs para producir electricidad y calor.

www.faen.es


42

4. GUA BSICA SOBRE LOS PRINCIPIOS Y RENTABILIDAD DE LA COGENERACIN A PEQUEA ESCALA4.1. Consideraciones econmicasPara determinar el tamao ptimo de la unidad de cogeneracin, las necesidades de calor son, en general, el factor ms importante al definir la potencia correcta. Otros factores incluyen el tipo de unidad de cogeneracin, el patrn de consumo (curva de carga) y la presencia (o ausencia) de los mecanismos de ayudas pblicas para la cogeneracin.

Ejemplo A

Demanda calor kWh (th)

2000h 2500h 3000h 3500h 4000h 4500h 5000h 5500h 6000h 6500h 7000h 7500h

El ejemplo A muestra una unidad de cogeneracin que calcula el tamao de modo que permite muchas horas de funcionamiento. La cantidad total de 6.800 horas de funcionamiento significa que la unidad funciona durante ms de nueve meses al ao. Solo cuando la demanda de calor es ms baja (normalmente en verano) est desconectada la mquina. La base lgica de este estudio es que una inversin en cogeneracin se amortizaCogeneracin de pequea potencia

43

ms rpido, cuanto ms tiempo funcione la unidad. Sin embargo, en este caso solo una parte relativamente pequea de la demanda de calor se proporciona mediante la unidad de cogeneracin. El resto lo suministrarn las calderas u otros sistemas adicionales. El ejemplo B muestra otra posibilidad para determinar el tamao correcto de la unidad de cogeneracin. Aqu, la planta funciona solo durante un cierto periodo de tiempo, ms corto que en el ejemplo A. Por consiguiente, la potencia puede ser mayor, incluso si las necesidades de calor son idnticas al caso anterior. Esta opcin se escoge en casos en los que el funcionamiento en horas nocturnas no es econmico.

Ejemplo B

Demanda calor kWh (th)

2000h 2500h 3000h 3500h 4000h 4500h 5000h 5500h 6000h 6500h 7000h 7500h

4.1.1. Costes El propietario de una planta de cogeneracin debe calcular dos tipos de costes: los costes iniciales para la instalacin de la planta de cogeneracin (compra de la unidad de cogeneracin, conexin a la red elctrica, el sistema de combustible, y otros elementos auxiliares, construccin e ingeniera) y los costes a largo plazo para el combustible y para el mantenimiento del sistema.

www.faen.es

4.1. Consideraciones econmicas

44

4.1. Consideraciones econmicas

Composicin de costes iniciales tpicos Atendiendo exclusivamente a los costes iniciales, la inversin en la cogeneracin es ms capital intensivo que en la inversin de una caldera, que produce calor y no electricidad. El grfico muestra que la unidad de cogeneracin constituye la mayor parte de toda la inversin. Generalmente, las unidades de cogeneracin ms pequeas tienen un precio mayor por kWe, as que el total de los costes iniciales varan desde 700 a 3.000 por kWe.800.000 700.000 600.000 Ingeniera Conexin a la red Escape Conexin al sistema Construccin Unidad CHPt

Inversin total ()

500.000 400.000 300.000 200.000 100.000 0 5 15 30 50

65

100 150 250 300 350 400 500 600 700 800 900 1000 kWe de la planta CHP

Costes iniciales de la inversin de cogeneracin. Fuente: ASUE 2005

Junto a los costes de combustible estn los costes a largo plazo debido a necesidades de mantenimiento y servicio. La mayora de distribuidores de unidades de cogeneracin ofrece un contrato de servicio completo: esencialmente una garanta de vida til de la unidad de cogeneracin. Los contratos de servicio completo tienen una duracin de diez aos o ms y deberan cubrir los costes de lubricacin, filtros, bujas de encendido (para motores), etc.Cogeneracin de pequea potencia

45

4,00 3,50 3,00 2,50Coste del servicio (c/kWhe)

2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0 200

Los costes unitarios disminuyen con la potencia de la instalacin

(Ct/kWhe)

400

600

800

1.000

kWe de la planta de cogeneracin

4.2 Fases bsicas de un proyecto de cogeneracinCalcular tamao de la unidad de cogeneracin........ Si un proyecto de cogeneracin est bien diseado, se puede obtener, al menos, un ahorro de energa primaria del 10 al 25%. Con el fin de alcanzar estos resultados, se debe garantizar que se desperdicia el mnimo de energa. Esto se puede realizar usando la cantidad completa de calor y electricidad producida por la unidad de cogeneracin de un modo eficiente...................... El primer gran reto para la realizacin de un proyecto de cogeneracin de alta eficiencia es dimensionar la potencia correcta de la unidad de cogeneracin. Si la unidad es demasiado pequea, la oportunidad de ahorrar ms energa se pierde. Si la unidad es demasiado grande, la energa se desperdiciar en ciertos momentos con demandas ms bajas. Los promotores del proyecto determinan el tamao de una unidad siempre conforme a varios criterios como las necesidades de calor, las necesidades de electricidad y el marco regulador. Otrowww.faen.es

46

4.2 Fases bsicas de un proyecto de cogeneracin

aspecto importante es la cuestin de si es posible vender la electricidad excedentaria. La compra y la instalacin de una unidad de cogeneracin es una inversin considerable que puede ser amortizada ms rpidamente cuantas ms horas al ao est en funcionamiento. Por tanto, los promotores del proyecto, escogen un tamao para la unidad de cogeneracin que no cubra las necesidades de calor ms altas posibles, sino solo la carga base que sea estable durante el ao y que permita un nmero de horas de funcionamiento elevado. Realice la primera estimacin Dependiendo de las necesidades de energa existentes y los requisitos operacionales, una gama de expertos en energa le pueden ayudar a realizar el tamao correcto de proyecto de cogeneracin. Estos pueden ser el distribuidor de la unidad de cogeneracin, un asesor de energa o las denominadas empresas de servicios energticos (ESE). Con un estudio de viabilidad los expertos pueden conocer el consumo de combustible para generar calor y electricidad y simular (con una herramienta informtica compleja) tamaos diferentes de unidades de cogeneracin. Pueden calcular la rentabilidad para cada tamao y luego proponer la mejor opcin estimando los beneficios econmicos, la energa y el equilibrio medioambiental, y la integracin tcnica en el edificio. El equipo de COGENchallenge le recomienda comenzar haciendo la primera estimacin usted mismo. Por ello, ha creado, una versin simplificada de la misma herramienta informtica que los profesionales de la energa utilizan en su trabajo. El programa en Excel easyCOGEN.xls permite a los no expertos realizar un primer clculo aproximado sobre si la instalacin de la planta de cogeneracin es una buena opcin o no.Cogeneracin de pequea potencia

47

Elija su opcin de financiacin Como en el resto de las inversiones la rentabilidad de la inversin en cogeneracin depende del nivel de riesgo que est dispuesto a asumir. Tiene diferentes opciones en relacin a cmo financiar este proyecto: gestionar la inversin completa usted mismo, firmar un "contrato de asociacin" con un distribuidor de energa, utilizar el denominado contrato de financiacin por terceros (FPT) o mediante una empresa de servicios energticos (ESE). En este ltimo caso, un tercer socio realizar la inversin y el mantenimiento de la unidad. Debera valorar con detalle, qu opcin se ajusta mejor a su plan de financiacin.....................

4.3 Listas de tareasA continuacin se indican una serie de tareas que se plantean necesarias para el desarrollo de un proyecto de cogeneracin.

easyCOGEN.xls Estudio de viabilidad Conexin a la red Operador distribuidor de red Contrato combustible Permisos de construccin Trmites administrativos Normativa sobre emisiones Mantenimiento Mecanismos de ayudas pblicas

www.faen.es

48

4.3 Listas de tareas

El proyecto COGEN CHALLENGE ha desarrollado una herramienta muy sencilla en formato Excel denominada easyCOGEN que permite hacer un primer clculo muy aproximado sobre si la instalacin de la unidad de cogeneracin es una opcin para usted o no. Puede descargarse este archivo Excel en www.faen.es Al introducir los datos clave de su proyecto (edificios, empresa, oficinas, etc.) en las celdas azules puede calcular fcilmente el tamao y la rentabilidad de una unidad de cogeneracin adecuada (los resultados se muestran en las celdas grises). Tenga en cuenta que esto es solo un indicador aproximado sobre si el proyecto de cogeneracin es rentable o no. Si las "conclusiones" al final del programa aparecen en verde, debera consultar con un experto (ej., un distribuidor, promotor, facilitador de cogeneracin) para realizar un estudio de viabilidad................ Si el anlisis tcnico y econmico es positivo para una planta de cogeneracin, se deben tener en cuenta algunos aspectos y otras cuestiones legales................... En primer lugar est el apartado de conexin de la instalacin a la red. Los procedimientos para el acceso y la conexin a la red de transporte de instalaciones de generacin, consumo o distribucin se establecen en el Real Decreto 1955/2000, por el que se regulan las actividades de transporte, distribucin, comercializacin, suministro y procedimientos de autorizacin de instalaciones de energa elctrica, mientras que los aspectos tcnicos de dichos procedimientos se desarrollan en los procedimientos de operacin P.O. 12.1 y P.O. 12.2 publicados en el BOE de 1 de marzo de 2005. Entre otros aspectos destacables se indica en ese RD que el operador del sistema establecer la capacidad de acceso en un punto de la red como la produccin total simultnea mxima que puede inyectarse en dichoCogeneracin de pequea potencia

49

punto con la red en condiciones de disponibilidad total y el consumo previsto para el horizonte de estudio. No obstante, como se ha detectado que el procedimiento de conexin a red es una de las barreras de tipo administrativo que dificultan las instalaciones de cogeneracin, en el Plan de Accin 2008-2012 de la referida Estrategia E4 se propone desarrollar una norma de interconexin a red de cogeneraciones de pequea potencia. Esta norma modificar y facilitar y reducir los trmites necesarios para la obtencin del punto de conexin a red de la instalacin de cogeneracin. En relacin a la compra de energa elctrica y combustible que se consuman hay que tener en cuenta que disponer de una unidad de cogeneracin puede tener un efecto en el precio que paga por la energa elctrica. Incluso si la factura elctrica disminuye despus de instalar una unidad de cogeneracin, el precio unitario de la electricidad podra incrementarse porque compra unidades menores. Este efecto debe tenerse en cuenta en el estudio de viabilidad antes de decidir si instala una unidad de cogeneracin o no. El caso contrario se da con la compra del combustible ya que el consumo de ste se incrementar. Por tanto, debera consultar con un distribuidor de combustible para modificar el contrato, si es necesario. Adicionalmente a ello existen una serie de trmites administrativos que hay que tener en cuenta a la hora de ejecutar el proyecto. Por ltimo, es conveniente conocer los mecanismos de ayuda existentes para financiar el proyecto, tal y como se coment anteriormente. Herramienta easyCOGEN Para utilizar esta herramienta hay que seguir los siguientes pasos:www.faen.es


50


* Paso 1: Localizacin del proyecto: Seleccione el pas (y regin) en la que quiere realizar el proyecto de cogeneracin. Debido a las diferencias geogrficas como las condiciones climticas y mecanismos para ayudas pblicas, la localizacin tiene un impacto importante en el clculo de la rentabilidad................. * Paso 2: Determine la demanda de calor neto. La demanda de calor neto es el valor nico ms importante que determina el tamao de la unidad de cogeneracin de alta eficiencia. Con el fin de calcular la demanda de calor neto, elija primero el combustible a utilizar. Si utiliza gas o gasleo para calentar el edificio, introduzca el consumo anual (en kWh de gas, en litros para gasleo) de combustible para generar calor. Encontrar esta informacin en la factura de su distribuidor de energa. * Paso 3: Elija un perfil trmico especfico. Al seleccionar una de las seis actividades del men desplegable sabe el valor ptimo de la demanda de calor que podra cubrir por una unidad de cogeneracin. Ver automticamente: cuantas horas del ao estara en funcionamiento la unidad, la potencia trmica (en kW), y un grfico con la produccin de calor (cogeneracin y caldera) al mes. * Paso 4: Elija la tecnologa de la cogeneracin. Si utiliza gas natural como combustible para la caldera, elegir automticamente el motor de gas natural como tecnologa de cogeneracin para su proyecto. En el caso de que tenga una caldera de gasleo, tiene que optar bien por un motor disel o por un motor de gas natural. * Paso 5: Determine la rentabilidad de la produccin de electricidad. Introduzca la cantidad de consumo anual de electricidad y la factura anual de electricidad. El programa calcular el precio de electricidad medio queCogeneracin de pequea potencia

51

paga y lo multiplica por la cantidad de electricidad producida en la unidad de cogeneracin. Ms adelante, encontrar los beneficios anuales debidos a la produccin propia de energa. * Paso 6: Determine los beneficios de la produccin de calor. Introduzca cuanto paga al ao por gasleo/gas. El programa calcular automticamente el precio medio de combustible y determinar el valor del calor que produce con la unidad de cogeneracin................. * Paso 7: Determine los costes a largo plazo de la planta de cogeneracin. La herramienta de clculo easyCOGEN.xls calcula automticamente la cantidad de combustible consumido por la planta de cogeneracin al ao y el nivel de los costes de mantenimiento anuales. Al introducir los costes unitarios (por kWh en el caso de gas natural, por litro en el caso de gasleo) puede estimar cmo ser la factura del combustible si decide realizar el proyecto. * Paso 8: Determine la rentabilidad de su proyecto de cogeneracin. easyCOGEN.xls le calcula la "Inversin total inicial" que es la suma de la unidad de cogeneracin (72%), los costes de instalacin (7%), costes adaptacin del edificio (7%), costes del estudio (5%), costes de conexin de red (3%), y otros costes (6%)6.

6 Valores aproximados que dependen del proyecto y tecnologa a utilizar.

www.faen.es


52


A continuacin se incluye un ejemplo de utilizacin de esta herramienta.

easyCOGEN, xls

Versin: 17/01/06

Pre-anlisis de viabilidad de una instalacin de cogeneracin Introducir datos en las celdas azules Los resultados se ofrecen en las celdas amarillas Nombre del proyectoNombre

Emplazamiento

Espaa

Predimensionamiento de la unidad de cogeneracinPrimer paso: Obtencin de la demanda calorfica neta Consumo anual de combustibles para generacin de calor Eficiencia energtica trmica de la instalacin Demanda calorfica neta 4.100.000 85% 3.485.000 kWh PCI/ao % kWh PCI/ao

Segundo paso: Escoger un perfil de demanda trmica (curva de carga) Perfl de demanda trmicaB - Diario, 6 d / 7 (negocios, edificios culturales)

Horas de funcionamiento de la cogeneracin a potencia nominal Potencia trmica de la planta de cogeneracin Produccin trmica de la planta de cogeneracin Resultados de la demanda y produccin de cogeneracin mensualKWht/mes 600.000 500.000 400.000 300.000 200.000 100.000 0 Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Demanda neta calor Produccin trmica cogeneracin

4.217 340 1.434.769

horas/ao kWi kWhi/ao

Oct

Nov

Dic

Tercere paso: Escoger la tecnologa apropiada Tipo de instalacin Potencia elctrica de la planta de cogeneracin Eficiencia elctrica Eficiencia trmica Produccin elctrica de la planta de cogeneracinMotor gas natural

235,9 36% 51% 994.803

kW % % kWhi/ao


53

Viabilidad de la planta de cogeneracinPrimer paso: Obtencin de los datos elctricos Consumo elctrico anual Coste elctrico anual Coste medio de la electricidad Beneficios con la produccin elctrica Segundo paso: Obtencin de los datos trmicos Consumo energtico anual (combustibles) Coste anual combustibles Media costes combustibles Beneficios con la produccin trmica Tercer paso: Costes de la planta de cogeneracin Consumo anual de combustibles de la planta de cogeneracin Coste medio del combustible para la planta de cogeneracin Gastos de combustibles para la planta de cogeneracin Costes de mantenimiento para la planta de cogeneracin Cuarto paso: Viabilidad de la planta de cogeneracin Inversin Porcentaje de ayudas a la inversin Inversin neta (inversin - ayudas) Ayudas anuales adicionales Beneficio anual Periodo de retorno simple de la planta de cogeneracin 237.381 0% 237.381 0 47.290 5 I % I I/ao I/ao aos 2.735.016 2,50 -63.875 -13.381 kWh PCI/ao cl/kWhprinPCI l/ao l/ao 4.100.000 33.621 2,4 41.014 kWh PCI/ao l/ao cl/kWhprinPCI l/ao 3.014.256 271.283 9,0 89.532 kWh./ao l/ao cl/kWh. l/ao

CONCLUSIN La cogeneracin puede ser una buena opcin por su rentabilidad. Para seguir adelante es conveniente hacer un estudio de viabilidad con mayor detalle.

Si la CONCLUSIN al final del programa aparece en verde, debera consultar con un experto para realizar un estudio de viabilidad

www.faen.es


54

5. GESTIN Y FINANCIACIN PARA UN PROYECTO DE COGENERACINDebido a la menor experiencia que se dispone al respecto, la cogeneracin es una tecnologa ms compleja que la solucin tradicional para personas no expertas. En lo que se refiere al plan, diseo, eleccin de productos y funcionamiento de una instalacin, es necesaria experiencia profesional..................... Existen diversas opciones para proveerse de esa ayuda profesional. Una de ellas es hacerse con los servicios de una empresa especializada en estas instalaciones y que pueda realizar el proyecto de manera completa, bajo la modalidad "llave en mano". Tambin se puede llegar a un acuerdo con una empresa de servicios energticos (ESE). sta es una empresa especializada que dispone de todos los conocimientos necesarios para implementar un proyecto de cogeneracin. Nos referiremos en este captulo fundamentalmente a esta posibilidad ya que quiz sea la menos conocida. Hay muchos oficios diferentes que confluyen (proyectista, electricista, fontanero, constructor) adems de lo que tiene que ver con la redaccin del proyecto, gestin e inversin. Una ESE combina todos estos aspectos y resuelve un apartado fundamental, como es la financiacin del proyecto. En lo que se refiere a gestionar una planta de cogeneracin sin ayuda profesional, existe cierto riesgo respecto a la inversin, funcionamiento sin problemasCogeneracin de pequea potencia

55

En cuanto a la financiacin del proyecto, se puede realizar de diversas formas. Existen instalaciones financiadas directamente por el usuario final de las mismas, con o sin obtencin de lneas de crdito para dicho fin. Pero en muchos casos, existe poca disponibilidad financiera para invertir en medidas fuera del negocio principal del cliente. Con la ayuda de una ESE, la financiacin se puede facilitar y se puede incluir en el precio de energa convenido, si fuera el deseado. Teniendo en cuenta que en algunos casos la ejecucin de un proyecto de cogeneracin supone inversiones iniciales importantes, en esta publicacin se recogen otras opciones como son la financiacin por terceros, o la posibilidad de utilizar empresas de servicios energticos. Financiacin por terceros La Financiacin por Terceros (FPT) es til para cualquier proyecto de cogeneracin en el que sea necesaria experiencia sobre tecnologa energtica, y ello no sea posible para el cliente o le suponga relativamente una importante inversin inicial. Por tanto, el usuario (del sector privado o pblico) involucrar a un experto del exterior, que aportar el conocimiento necesario para el desarrollo del proyecto, la inversin necesaria para llevarlo a cabo y, en general se hace cargo del mismo.www.faen.es

5. Gestin y financiacin para un proyecto de cogeneracin

o costes de la energa. Con una ESE, el cliente tiene garantizado un precio de energa con lo que puede calcular la rentabilidad del proyecto desde el inicio. Los precios de energa garantizados se fijan contractualmente entre la empresa y la ESE. sta puede acordar un paquete de servicios hecho a medida individualmente para cada cliente.

56


Las ventajas que supone se pueden resumir en: No hay requisito inicial de capital: los costes totales los financia un tercero en vez del cliente; El usuario tiene una persona de contacto que tiene la experiencia financiera y tcnica necesarias; El cliente paga por los servicios garantizados de la ESE (dependiendo del tipo de contrato, por ejemplo, la energa entregada). El contrato, negociado entre la entidad que ofrece la financiacin por terceros y el cliente, ha de tener en cuenta las circunstancias particulares y requisitos del emplazamiento, por ejemplo, el tipo de instalacin, la poltica de inversin del cliente y rentabilidad financiera requeridos. La duracin del proyecto de una FPT (o contratacin) depende de estas circunstancias y es tpicamente superior a cinco aos. Los costes pagados por el cliente para la inversin, el contrato, as como el servicio y las garantas de la entidad estn incluidos en el precio convenido para la energa y calor de la planta de cogeneracin. En resumen, la empresa que realiza la financiacin por terceros gestionar la instalacin de cogeneracin y, al mismo tiempo, financiar (y podr ser propietaria) de esa instalacin. Puede proporcionar una amplia gama de servicios, desde el diseo, financiacin e instalacin hasta el funcionamiento, mantenimiento y monitorizacin. Tambin garantiza al usuario cierta produccin trmica y elctrica durante la vigencia del contrato a precios convenidos. Empresas de servicios energticos La Directiva de la UE define "Empresa de servicio energtico" (ESE) a la empresa que proporciona serviciosCogeneracin de pequea potencia

57

energticos, programas de eficiencia de energa y otras medidas de eficiencia energtica en la instalacin del usuario, y acepta algn nivel de riesgo tcnico y a veces financiero al hacerlo. El pago por los servicios entregados se basa (bien completamente o en parte) en cumplir los estndares de rendimiento de calidad y/o mejoras de eficiencia de energa. Un servicio energtico es un paquete individual que consiste en instalaciones, construccin y servicios (diseo, financiacin, gestin) en base a un contrato entre cliente y una ESE........... En definitiva, se trata de un mecanismo de externalizacin de servicios energticos que modifica las relaciones habituales entre cliente suministrador de energa y mantenedor en base a un contrato de "Servicios Energticos", proporcionados por una empresa de servicios energticos, que asume las funciones de compra y gestin de la energa y de mantenimiento y reparacin de la instalacin correspondiente, a travs de un "contrato de servicios energticos", en el que esta nueva figura, condiciona el pago de los servicios prestados, a la obtencion de un bienestar trmico por un lado y de ahorro y eficiencia energtica verificable. Caractersticas Los servicios que se suelen incluir para cada cliente estn formados de varios elementos: Garantas de funcionamiento, rendimiento, precio; Externalizacin de riesgos tcnicos y econmicos; Soluciones innovadoras por parte del ESE; Soluciones individuales para cada cliente; Servicio financiero.www.faen.es


58


Adems, existen otras dos caractersticas, que son parte obligatoria del paquete. En primer lugar, el cliente subcontrata el riesgo del rendimiento econmico y tcnico de una instalacin. En segundo lugar, el cliente tiene el funcionamiento garantizado y el rendimiento de la instalacin, as como el nivel de costes (inversin, funcionamiento). Realizar un proyecto de cogeneracin con la ayuda de una ESE tiene muchas ventajas respecto a una solucin interna: Existe poco o ningn coste de inversin inicial a travs de la financiacin de terceros; El cliente puede derivar los riesgos tcnicos y econmicos hacia la ESE; Los precios de energa estn garantizados, basndose en diversos indicadores; El funcionamiento y el rendimiento de la instalacin est garantizada; Se mejora la eficiencia energtica de la instalacin en su conjunto; El cliente puede encontrar y ordenar a una ESE mediante un anlisis de coste y beneficio, que optimice y planifique el proyecto completo y ofrezca la mejor solucin tcnica; El cliente puede centrarse en la actividad principal de su negocio; Hay una persona de contacto (de la ESE) para todas las cuestiones;Cogeneracin de pequea potencia

59

El cliente puede utilizar la experiencia de las ESE en cuestiones de diseo, construccin, gestin y mantenimiento de la planta de cogeneracin, beneficindose de ello: + El proyecto ser ejecutado con las mximas garantas tcnicas, ya que la ESE dispone de un equipo tcnico muy cualificado y con amplia experiencia en proyectos del sector de la energa. + La ESE realizar el proyecto con la mejor solucin tcnico-econmica. + El industrial no tendr responsabilidad tcnica sobre el proyecto, con lo cual, si surge algn problema tcnico y no se produjeran los ahorros esperados, el industrial pagar menos, no teniendo por tanto perjuicio econmico. + La ESE consigue, normalmente por el volumen de compras que realiza, mejores condiciones de suministro, tanto tcnicas como econmicas. Se consigue un mejor proyecto por menos dinero. Comparacin con una solucin interna Con todo lo anterior, una de las dudas fundamentales de quien pretende desarrollar un proyecto de instalacin de una cogeneracin est relacionada con la eleccin entre una implementacin interna o contratacin de una ESE.................. El siguiente cuadro ofrece una visin global.

www.faen.es


60

Criterios de decisin/xito Costes de inversin Riesgos econmicos y tcnicos Instalacin con funcionamiento y rendimiento ptimos Garantas de rendimiento Operacin garantizada Lmite de costes Obligacin contractual a largo plazo Coordinacin del proyecto Paquete de servicio

Interno 100% Propietario Mediante compromiso del propietario No Slo periodo de garanta No No Propietario + ingeniera No

Servicio energtico 0-100% Contratista En inters del contratista S Durante la vigencia total del contrato S S Asesor + contratista S

6. CONCLUSIONESLa cogeneracin es una tecnologa ya madura que ha probado su eficiencia energtica desde hace aos. Sin embargo, la incorporacin de la misma, sobre todo la de pequea potencia y la microcogeneracin, en sectores como el residencial o el de servicios es muy escaso a pesar del elevado potencial existente. Existen dos barreras fundamentales para que el desarrollo de esta tecnologa sea bajo. En primer lugar se encuentra el desconocimiento que de su posible incorporacin se tiene en los sectores en los que podra tener cabida. Para mitigar este problema se ha trabajado desde FAEN en el proyecto europeo COGEN CHALLENGE, donde se ofrece informacin sobre cogeneracin de pequea potencia, parte de ella incluida en esta publicacin. En segundo lugar est el apartado econmico. Un proyecto de cogeneracin ha de ser tcnica y econmicamente viable. El marco econmico en el queCogeneracin de pequea potencia

61

se mueve, es decir, los ingresos derivados de la venta a la red de la energa elctrica sobrante, ha de ser estable para que se puedan hacer previsiones de ingresos a medio y largo plazo. La aprobacin del Real Decreto 661/2007 ha contribuido a ello, permitiendo la venta de toda o parte de la energa elctrica producida mediante dos opciones: Ceder la electricidad al sistema a travs de la red de transporte o distribucin, percibiendo por ella una tarifa regulada, nica para todos los periodos de programacin, expresada en cntimos de euro por kilovatiohora. Vender la electricidad en el mercado de produccin de energa elctrica. En este caso, el precio de venta de la electricidad ser el precio que resulte en el mercado organizado o el precio libremente negociado por el titular o el representante de la instalacin, complementado, en su caso, por una prima en cntimos de euro por kilovatiohora. Otro aspecto fundamental es la financiacin del proyecto. El usuario puede elegir entre realizar el proyecto asumiendo los costes del mismo con recursos propios o decantarse por una financiacin por terceros. Tambin se puede encontrar la posibilidad de utilizar los servicios de una empresa de servicios energticos. Esta ltima opcin se ha desarrollado a partir de la Directiva Europea 2006/32 sobre la eficiencia del uso final de la energa y los servicios energticos. Las actuaciones que una ESE puede llevar a cabo en todo este proceso son las siguientes: La ESE disea, construye, gestiona y financia la planta de CHP (incorporando requisitos legales, subvenciones, negociaciones con las instalaciones);www.faen.es

6. Conclusiones

62

6. Conclusiones

La ESE es responsable de la compra del combustible (como el gas natural); La ESE garantiza el funcionamiento y el rendimiento de la CHP (energa, calor, horas de funcionamiento,...); La ESE se ocupa de la reparacin y mantenimiento de la instalacin de cogeneracin durante la vigencia del contrato (incluido en el precio garantizado); La ESE entrega la energa til (calor, electricidad) a precios garantizados (todos incluidos). Por tanto, en este caso la ESE es la que desarrolla el proyecto de cogeneracin si, a travs de los estudios pertinentes, se demuestra la rentabilidad energticoeconmica del mismo. Adems, existen unos marcos regulatorios y econmicos estables y favorecedores de la incorporacin de la cogeneracin y, especialmente, de la cogeneracin de pequea potencia. Por ltimo se puede afrontar las necesidades de financiacin de esta tecnologa bien mediante recursos propios o ajenos. En definitiva, la cogeneracin se presenta como una tecnologa madura, rentable, eficiente y que ha de tenerse en cuenta en cualquier planteamiento que pretenda mejorar la eficiencia energtica de una instalacin.


63

www.faen.es

64

Edita Fundacin Asturiana de la Energa Diseo y maquetacin Visin Original, s.l.l. Impresin Grficas Asturias Depsito Legal AS-6516


Documents

2263 Guia Cogeneracion Final