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La microcogeneración en edificios
Características, aplicabilidad y
características de diseño
Su legalización
José M. Domínguez Cerdeira
Promoción del Gas
Gas Natural SDG
CAAT Barcelona
29 de Noviembre de 2010
¿Por qué debemos reducir el
consumo energético de los
edificios y hacerlos más
eficientes?
3
Entorno energético
Evolución histórica de precios del petróleo
4
La eficiencia energética en los edificios
Una necesidad estratégica
Fuente: Agencia Internacional de la Energía (Escenarios y estrategias para el 2050)
Entorno energético
Potencial de ahorro por sectores
Fuente: Agencia Internacional de la Energía (Escenarios y estrategias para el 2050)
6
La eficiencia energética en los edificios
Una necesidad estratégica
Que los edificios consuman menos energía es un criterio
estratégico en su diseño y construcción por:
Un coste de energía creciente
La necesidad de menor impacto
medioambiental
Una legislación más exigente
Su diseño se debe adecuar al tipo
de uso final que tendrá el edificio,
residencial, comercial, dotacional o
industrial
La eficiencia energética en los edificios
¿Cómo se obtiene?
Obtener un menor consumo energético es función inicial de
dos únicos parámetros, la demanda del edificio y la
eficiencia de los sistemas energéticos
Objetivo: Reducir la demanda:
Requisitos mínimos:. Código Técnico
D (C lim a, Epidermis )
C=
η ( Equipos, Sistemas )
Objetivo: Incrementar los rendimientos
Requisitos mínimos: :RITE
Objetivo: Reducir el consumo de energía
Factor de comparación:. Certificación energética
8
Exigencias de aporte solar térmico
Código Técnico de la Edificación (CTE)
15.4
Exigencia básica HE 4: Contribución solar mínima de agua
caliente sanitaria
En los edificios con previsión de demanda de agua caliente sanitaria o de
climatización de piscina cubierta, en los que así se establezca en este
CTE, una parte de las necesidades energéticas térmicas derivadas de esa
demanda se cubrirá mediante la incorporación en los mismos de sistemas
de captación, almacenamiento y utilización de energía solar de baja
temperatura adecuada a la radiación solar global de su emplazamiento y a
la demanda de agua caliente del edificio. Los valores derivados de esta
exigencia básica tendrán la consideración de mínimos,
Se define para cada uso una demanda
tipo y de acuerdo con la zona
geográfica y el volumen de demanda,
se exige una cobertura solar mínima
Exigencias de aporte solar térmico
Características del uso de paneles
Ventajas del uso de paneles solares térmicos:
Aporta una energía gratuita y renovable
Sustituye el uso de energías convencionales
La temperatura alcanzable es adecuada al uso de ACS
Son instalaciones sencillas de diseño
Inconvenientes:
Difícil integración de la orientación solar y la de la
pastilla del edificio
Producción variable a lo largo del año
Sobrecalentamientos en verano
Sensibles a averías
La experiencia acumulada en los edificios producidos en
los últimos años indican que solo un porcentaje bajo de
las instalaciones solares funcionan correctamente
¿La energía solar térmica
es la única solución eficiente
para la cobertura de
las demandas térmicas de ACS
en los edificios?
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Exigencias de aporte solar térmico
Soluciones alternativas
El CTE contempla en su DB-HE4 soluciones alternativas:
1 Generalidades
1.1 Ámbito de aplicación
1.
Esta Sección es aplicable a los edificios de nueva construcción y
rehabilitación de edificios existentes de cualquier uso en los que exista
una demanda de agua caliente sanitaria y/o climatización de piscina
cubierta.
2.
La contribución solar mínima determinada en aplicación de la exigencia
básica que se desarrolla en esta Sección, podrá disminuirse
justificadamente en los siguientes casos:
a)
cuando se cubra ese aporte energético de agua caliente sanitaria
mediante el aprovechamiento de energías renovables, procesos
de cogeneración o fuentes de energía residuales procedentes de
la instalación de recuperadores de calor ajenos a la propia
generación de calor del edificio;
b)
cuando el cumplimiento de este nivel de producción suponga sobrepasar
los criterios de cálculo que marca la legislación de carácter básico
aplicable;
cuando el emplazamiento del edificio no cuente con suficiente acceso al
sol por barreras externas al mismo;
c)
Soluciones de alta eficiencia
Alternativa a los paneles solares térmicos
Como alternativas se puede plantear el uso de:
Bombas de calor (eléctricas, a gas, o
geotérmicas)
Microcogeneración
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La microcogeneración con gas
Una solución eficiente y alternativa al
uso de paneles solares térmicos
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Sistemas de cogeneración
Características básicas
Cogeneración es la generación y aprovechamiento conjunto
de energía eléctrica y energía calorífica (vapor, ACS, agua
fría, aire frío ….)
Minicogeneración:
P < 500 kWe
µcogeneración:
P < 100 kWe
La Administración promueve la implantación de sistemas de
cogeneración:
Para fomentar el ahorro energético el RD 616/2007, de 11 de
mayo, que incorpora al derecho español el contenido de la
Directiva europea 2004/8/CE sobre fomento de la cogeneración
de alta eficiencia
El RD 661/2007 de 25 de Mayo establece el plan de primas a la
exportación de energía eléctrica a la red.
Establece un régimen económico específico para potencias
menores de 500 kWe
Se puede exportar el 100% de la electricidad generada
Definición de cogeneración
Características de una generación clásica
Electricidad: 86 ud.
215 ud.
Relec = 40%
Pérdidas transf.
y transporte: 11
Condensación: 118 ud.
Fuente primaria
de energía:
Calor: 70 ud.
82 ud.
297 ud.
Rterm. = 85%
Pérdidas de calor: 12 ud.
Rglobal = 52 %
16
Definición de cogeneración
Características de una cogeneración
Electricidad: 86 ud.
Pérdidas transf.
y transporte: 6
Calor: 70 ud.
Fuente primaria
de energía:
200 ud.
Rglobal = Relec + Rterm = 43% + 35% = 78 %
Pérdidas de
calor: 38 ud.
Perdidas 38 + 6 = 44 ud. ( 22 %)
La Cogeneración es una tecnología con un elevado rendimiento global
en la transformación energética
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Ventajas de los sistemas de cogeneración
La cogeneración, al producir conjuntamente calor y electricidad en
el centro de consumo térmico, aporta los siguientes beneficios:
1. Disminución de los consumos de energía primaria
2. Disminución de las importaciones de combustible ( ahorros en
la balanza de pagos del país)
3. Reducción de emisiones de gases de efecto invernadero.
(Herramienta para el cumplimiento del Protocolo de Kyoto)
4. Disminución de pérdidas en el sistema eléctrico e inversiones
en transporte y distribución (GENERACION DISTRIBUIDA)
5. Aumento de la garantía de potencia y calidad del servicio
eléctrico
6. Aumento de la competitividad industrial y de la competencia
en el sistema eléctrico.
7. Promoción de pequeñas y medianas empresas de
construcción y operación de plantas de cogeneración.
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Ventajas de los sistemas de cogeneración
Consideraciones complementarias
Es posible exportar o vender electricidad aportando a redes
externas; la conveniencia de disponer o no de capacidad de
generación eléctrica en excedentes exportables es un tema
“simplemente” de factibilidad técnica-económica-legal
El exceso de calor producido difícilmente será exportable:
No existen redes amplias de distribución
El nivel térmico requerido depende del usuario o de la
aplicación
No se acumula fácilmente, la oferta debe acompañar a la curva
de demanda
Como consecuencia de lo anterior, la cogeneración se
diseñará para que el calor sobrante sea mínimo, ya que
normalmente deberá liberarse al exterior, lo cual reducirá el
rendimiento térmico del sistema y, además, podría estar
penalizado por razones ambientales
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Sistemas de cogeneración
Principio de funcionamiento
Energia térmica
Combustible
70%
15
kW
100%
20,5
kW
Energía eléctrica
30%
5,5
kW
Sistemas de cogeneración
Comparativa de eficiencia
Comparación: Mix generación – Cogeneración η ≈ 80%
60
(Pérdidas)
Energía
Primaria
100
No se incluyen las pérdidas en
la red eléctrica
Mix de
generación
eléctrica
ηe ≈ 40%
electricidad
144
40
electricidad ηe ≈ 40%
Cogeneración
44
Caldera
ηt ≈ 90%
calor
4
(Pérdidas)
40
Energía
Primaria
100
calor ηt ≈ 40%
20
(Pérdidas)
Ahorro energía primaria por incremento de la eficiencia energética (%) =
(144 - 100) / 144 = 30,5%
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Sistemas de microcogeneración
Tecnologías disponibles
Baxi Roca - Dach
Vaillant - Ecopower
Capstone C60
Microturbinas
Viessmann - Vitoblock
Baxi Ecogen
Ciclos Stirling
Motores alternativos
¿Cómo funcionan?
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La microcogeneración en viviendas
Características de aplicación
Es una solución alternativa a la instalación de paneles
solares térmicos en edificios de NC
SOLO tiene sentido y practicidad exportando la energía
eléctrica a la red (no vale para autoconsumo)
La energía térmica se debe aprovechar primero para
cobertura del ACS (en vez de los paneles) e incluso
puede aprovecharse parcialmente para calefacción
Con los equipos existentes, no es válido para cualquier
edificio (no resulta rentable en edificios pequeños)
Precisa la intervención de una Empresa de Servicios
Energéticos (ESCO) para gestionar la venta de energía
eléctrica y térmica
Para el usuario, la energía térmica no es gratuita
Es compatible con soluciones individuales y centrales
Sistemas de microcogeneración
Funcionamiento anual (III)
Sistemas de microcogeneración
Funcionamiento anual (III)
Sistemas de microcogeneración
Funcionamiento anual (III)
Campo de aplicación de la mcogeneración
Características Motor
Pot eléctrica: 5 kW
Pot. Térmica: 12,5 kW
Estudio concreto
Edificio de 40 viviendas de 2 dormitorios
Se realizan 2 hipótesis concretas para la cobertura del
servicio de ACS:
1.Instalación de paneles solares y apoyo individual con
acumuladores eléctricos
2.Instalación de un motor de microcogeneración con apoyo
centralizado con caldera a gas
En las dos hipótesis se estima que la acumulación de calor
es idéntica (igual coste de inversión)
El edificio tiene una demanda útil de 53.356 kWh/año en ACS
29
Estudio concreto
Edificio de 40 viviendas de 2 dormitorios
Hipotesis 1: Solar + acumuladores eléctricos
CTE exige en el caso eléctrico una cobertura solar del 70%
- 22 paneles solares (superficie: 2,3 m2; factor solar:0,79;
factor perdidas: 3,95 w/m2/ºK
-
Superficie ocupada:
Inversión elegible (paneles + primario):
Inversión en acumul. Eléctrico:
Inversión total:
70 m2
29.700 €
14.000 €
43.700 €
- Demanda cubierta con electricidad:
- Consumo de electricidad:
16.007 kWh/año
16.850 kWh/año
- Coste consumo eléctrico (14,5 c€/kWh):
- Coste mantenimiento paneles:
- Coste total de explotación:
2.443 €/año
1.600 €/año
4.043 €/año
- Emisiones de CO2 (649 gr/kWh):
10.935 kg/año
30
Estudio concreto
Edificio de 40 viviendas de 2 dormitorios
Hipotesis 2: Microcogeneración + caldera a gas
Con una cobertura de ACS del 100% (Pe= 5 kW; Pt= 12 kW;
Consumo térmico: 21 kW (PCS)
-
Superficie ocupada:
Inversión elegible (motor + primario):
Inversión en caldera y su primario:
Inversión total:
6 m2
32.000 €
4.000 €
36.000 €
-
Consumo de gas motor (PCS):
Producción de electricidad:
93.373 kWh/año
22.232 kWh/año
-
Coste consumo gas (4,5 c€/kWh):
Coste mantenimiento motor+caldera:
Ingreso venta electricidad (15 c€/kWh)
Coste total de explotación:
4.389 €/año
645 €/año
3.335 €/año
1.669 €/año
-
Emisiones CO2 motor (204 gr/kWh):
Emisiones CO2 evitadas (649 gr/kWh):
Emisiones CO2 TOTALES:
19.048 kg/año
14.428 kg/año
5.628 kg/año
AHORRO: INVERSION: 17% -- CONSUMO: 58% -- EMISIONES: 48%
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mcogeneración. Emisiones de CO2
Coef. de paso desde energía final a emisiones de CO2
FUENTE:
Documento de
condiciones de
aceptación de Programas
Informáticos Alternativos
a LIDER y CALENER
(Documento reconocido
sobre certificación
energética)
mcogeneración. Horas/año funcionamiento
mcogeneración. Emisiones de CO2
60%
40%
20%
0%
60%
-60% -40% -20%
Porcentaje de Reducción de las emisiones de
CO2
80%
Comparativa con solar + apoyo eléctrico
Grado de cobertura del ACS con sistema de microcogeneración
65%
70%
30%
75%
40%
80%
50%
85%
60%
90%
95%
100%
70%
34
¿Mejora la calificación
energética de los edificios que
disponen de
microcogeneración?
35
La microcogeneración en los edificios
Su impacto en la certificación energética
Todos los edificios de nueva producción se deben
certificar energéticamente como elemento que promociona
su eficiencia. La certificación utiliza como parámetro de
comparación las emisiones de CO2
La microcogeneración, por su reducción de las emisiones
es un factor de mejora de la certificación
Los actuales procedimientos de certificación no
contemplan la microcogeneración en edificios de viviendas
y pequeño terciario, tanto en el método prestacional
(Calener VyP) como en los métodos simplificados (Ce2,
etc…)
COGEN, en colaboración con AIGUASOL está trabajando en
desarrollar las herramientas para incorporar esta tecnología
(motores y turbinas de gas) a estos procedimientos y
elevarlas a Documento Reconocido
36
¿Cómo instalar estos equipos?
37
Motores de microcogeneración
Características de instalación
Equipos de fácil y rápida instalación.
Incorporan una unidad de control integral
(con posibilidad de acceso remoto vía
Internet) que gestiona su funcionamiento
2000
Requisitos de instalación:
Toma de conexión eléctrica (Trifásica 230V).
Sistema de alimentación del combustible
Chimenea para los gases de evacuación
350
Espacio mínimo para ubicación
Hasta 70 kW no constituye
Sala de Calderas
•
•
•
•
•
Condensador
1915 1065
Depósito de
inercia
SE 750
Unidad de
microcogeneración
DACHS
500
600
720
600
2970
950
100
Motores de microcogeneración
Aplicación con instalaciones centralizadas
2 x DACHS 12,5 kWt / 5,5 kWe
Motores de microcogeneración
Aplicación con instalaciones individuales
Otras aplicaciones
Micro-trigeneración
41
¿Cómo se legalizan estas
instalaciones?
42
Procedimiento de legalización
Flujograma de actividades Administrativas
Proyecto Técnico
Inicio actividades
Constituir aval
(20 €/kW)
Entrega de aval
Autorización
Administrativa
(P > 100 kW)
Licencia de Obras
(en edificios NC, la
licencia global)
Solicitud de acceso
Comunicación aval
Solicitud de conexión
Solvencia
económica
(>50% de la obra)
Acuerdo de
compra
(>50% de equipos)
Licencia de
actividad
Inscripción
Registro
Pre-asignación
Punto de suministro
de gas natural
EJECUCION DE LA OBRA
Conexión a redes
… CONTINUA
Actividad Cogenerador
Tramites con OTC Industria
Tramites con Ayuntamiento
Trámites con Distribuidoras de gas y electricidad
Tramites con Hacienda
43
Procedimiento de legalización
Flujograma de actividades Administrativas
… SIGUE DE
EJECUCION DE LA OBRA
Conexión a redes
Acta de Puesta en
Servicio
Certificado de lectura
Contrato de venta
de energía
Revisión
Distribuidora Elec.
ATENCION
Es un proceso laborioso
y que se alarga durante
varios meses
Inscripción definitiva Registro de
Productores en Régimen Especial (REPE)
FACTURACION Energía Eléctrica
Actividad Cogenerador
Tramites con OTC Industria
Tramites con Ayuntamiento
Trámites con Distribuidoras de gas y electricidad
Tramites con Hacienda
44
Procedimiento de legalización
Situación actual y propuestas a corto plazo
El proceso de legalización es el mismo para un equipo de
microcogeneración de menos de 50 kW que para una
planta de 10 MW
La Administración está elaborando un RD que facilita la
tramitación administrativa de todas las instalaciones de
cogeneración
Contempla un procedimiento reducido para plantas de
muy pequeña potencia, es decir, para la
microcogeneración (posiblemente hasta potencias de 10
o 20 kW)
45
Casos prácticos
46
Microcogeneración. Casos prácticos
Colmenar Viejo: 2 edificios de 93 y 97 viviendas en alquiler
Un edificio con microturbina (1 Ud)
y el otro con motores (3 Ud)
47
Microcogeneración. Casos prácticos
Hotel balneario Quinta da Auga
(Santiago de Compostela)
Microcogeneración. Casos prácticos
Hotel balneario Quinta da Auga
(Santiago de Compostela)
Costes de explotación sin microcogeneración – sin solar
266.000
266.000
100%
100%
92%
92%
289.130 kWh
289.130 kWh
€/kWh
289.130
0,0392
11.333,91 €
Microcogeneración. Casos prácticos
Hotel balneario Quinta da Auga
(Santiago de Compostela)
Costes de explotación sin microcogeneración – con solar
Solar
266.000
80.000
186.000
100%
132%
202.174 kWh
30%
70%
202.174 kWh
Solar
202.174
0,0392
7.925,22 €
7.925,22 €
1.500 €
9.425,22
-16,8%
Microcogeneración. Casos prácticos
Hotel balneario Quinta da Auga
(Santiago de Compostela)
Costes de explotación con microcogeneración – con solar
266.000
203.000
kWh
39.000
24.000
Energía aportada Solar
100%
76%
15%
81%
70,7%
92%
329.391 kWh
287.000 kWh
42.391 kWh
9%
€/kWh
0,0392
0,0392
287.000
42.391
287.000 €
1.661,74 €
Solar
77.000
kWhe
0,1130
12.912,74 €
- 8.701,00 €
2.040,00 €
6.251,14 €
-44,8%
Conclusiones
52
CONCLUSIONES
¿Qué ofrece la microcogeneración al
promotor, al arquitecto y al usuario?
Una alternativa real, legal y eficiente a los paneles solares
Se obtiene una reducción del consumo de energía
primaria sobre la producción separada de electricidad y
calor (por ello la UE potencia estos sistemas)
Una alternativa que incluso puede tener un balance de
emisiones de CO2 favorable respecto a los paneles
Es una solución que puede ser más barata que colocar
paneles (en Zona I y II no está tan claro por la menor
cantidad de paneles)
Obtiene ahorros económicos para el usuario final
Necesita la participación de una Empresa de Servicios
Energéticos (ESE o ESCO) para gestionar la venta de
energía eléctrica a la red
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“Avanzar por un Desarrollo Sostenible”
Muchas gracias por su atención
José Manuel Domínguez Cerdeira
jmdominguez@gasnatural.com
Esta presentación es propiedad del Grupo Gas Natural.
Tanto su contenido temático como diseño gráfico es
para uso exclusivo de su personal.
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Gas Natural SDG, S.A.