la micro-cogeneración; principios y aplicaciones
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Jaume Alcover BAxi RocaTRANSCRIPT
La micro-cogeneración:tecnología y aplicaciones en las
instalaciones térmicas de edificios.
Jaume Alcover ArnauAccount Manager Senertec IbéricaBaxi Calefacción S.L.U.
“Cogeneration provides 10% of Europe'selectricity today. It is proven energyefficiency and has a small environmentalfootprint. Increasing cogeneration to its full potential in Europe would deliver one thirdof Europe's CO2 reduction targets atlowest cost.”
COGEN EUROPE
“La cogeneración provee hoy, el 10% de la electricidad en Europa. Su eficiencia energética está probada y con una huella medioambiental muy pequeña. Si se incrementase la cogeneración a su pleno potencial, en Europa se alcanzaría un tercio de las reducciones de emisión de CO2 fijadas, a un mínimo coste.
1. Principios de la Micro-cogeneración
Cogeneración (CHP):Generación simultánea en un proceso, de energía térmica y eléctrica
Cogeneración de pequeña escalaP < 1 MWe
Micro-cogeneraciónP < 50 kWe
Directiva 2004/8/CE 11/2/2004
1. Principios de la Micro-cogeneración
1) Forma de generar energía útil que ahorra energía
primaria (conservando los recursos naturales)
2) Produce a precios más competitivos para el usuario
final, que cualquier sistema convencional
3) Es capaz de evitar tanto energía fósil y emisiones
nocivas, como la planta de energía renovable más
moderna
Directiva 2004/8/CE 11/2/2004
1. Principios de la Micro-cogeneración
Rendimiento global = (60 + 30) / (65 +95) = 56%
CalderaCalorGas Natural
Edificio
Red Eléctrica
Elect.
65 60
95
30
1. Principios de la Micro-cogeneración
Rendimiento global = (60 + 30) / (100) = 90%
Microcogeneración CalorGas Natural
Edificio
Elect.
100 60
30
Elect.
30
Ahorro Energía Primaria > 30%
1. Principios de la Micro-cogeneración
Ahorro Emisiones CO2 > 35%
Emisiones CO2:Gas 205x12,5/91%=2.816Elec 649 x 5,5 = 3.569
Neto 6.385 Kg CO2
Emisiones CO2:Gas 205x20,5 = 4.202
Neto 4.202 Kg CO2
CalderaCalorGas Natural
Edificio
Red Eléctrica
Elect.
65 60
9530
Microcogeneración
CalorGas NaturalEdificio
Elect.
100 60
30
Elect.
30
2. Estado actual de la técnica
1) Micro-motores alternativos
2) Ciclos Stirling
3) Micro-Turbinas de gas
4) Ciclos Rankine
5) Pilas de combustible
2. Estado actual de la técnica1) Micro-motores alternativos
Baxi Dachs
25-45%
35-45%
Eficiencia eléctrica
3 kWe a >6 MWe70-90%Motor Otto
500 a 3.000Promedio inversión en €/kWel
5 kWe a 20 MWe65-90%Motor Diesel
CapacidadesEficienciatotal
• Fiables
• Compactos
• Alto REE
2. Estado actual de la técnica2) Ciclos Stirling
25-50%
Eficiencia eléctrica
2.500 a 4.500 (<10 kWe)Promedio inversión en €/kWel
1 kWe a 1,5 MWe70-90%Stirling
CapacidadesEficienciatotal
Baxi Ecogen
• Sector doméstico
• Pequeño tamaño y sin mantenimiento
• Disponible comercialmente 2010
2. Estado actual de la técnica3) Micro-turbinas de gas
15-35%
Eficiencia eléctrica
900 a 2.600Promedio inversión en €/kWel
30 kWe a 300 kWe60-85%Micro-turbina
CapacidadesEficienciatotal
Capstone C60
• Buen rendimiento
• Tecnológicamente complejo
• Instalación posible exterior con recuperador de calor
• Gas alta presión
2. Estado actual de la técnica4) Ciclos Rankine
25%
Eficiencia eléctrica
2.500 a 4.500 (<10 kWe)Promedio inversión en €/kWel
1 kWe a 1,5 MWe65-95%Rankine
CapacidadesEficienciatotal
Otag Lion Powerblock
• Vivienda uni y multifamiliar
• Modulante
• Disponible, pero poco testado
2. Estado actual de la técnica4) Pila de combustible (fuel-cell)
35-55%
Eficiencia eléctrica
2.500 a 4.500 (<10 kWe)Promedio inversión en €/kWel
1 kWe a 1,5 MWe70-90%Fuel cell (PEM)
CapacidadesEficienciatotal
Baxi Innotech
• Disponible comercialmente 2012
• Gran modulación
• Sólo G.N.
• Nuevo concepto micro-redes (generación distribuida)
2. Estado actual de la técnica5) Resumen
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
kWe
0 - 5 kW 5 - 25 kW >25 kW
StirlingFuel CellRankineAlternativoTurbina
20.000 instalacionesfuncionando en Europa
2. Estado actual de la técnica5) Resumen Mercado Europa
3. Aspectos normativos Europa1) Directiva europea 2004/8/CE de 2004
Transposición en R. D. 616 / 2007
Fomento de la cogeneración sobre la base de la demanda de calor útil en el mercado interior de la energía:
- Reconoce la cogeneración como vía de ahorro en energía
primaria, en eliminación de pérdidas de red y reducción de
emisiones de gases de efecto invernadero
- Define la micro-cogeneración como la unidad de cogeneración
de potencia máxima inferior a 50 kWe
- Establece el método de cálculo de la electricidad de
cogeneración y su eficiencia
3. Aspectos normativos Europa2) CENELEC EN-50438Publicada en España el 4 Dic. 08
INFORM + FITINFORM + FIT
• Marco técnico para generadores < 16A por fase• Conexión simplificada en trámites administrativos
3. Aspectos normativos Europa3) ECO DESIGN (EUPD)En redacción. Micro-CHP incluida.
CALIFICACIÓN ENERGÉTICA PARA CALIFICACIÓN ENERGÉTICA PARA GENERADORES TÉRMICOSGENERADORES TÉRMICOS
• Inclusión de equipos de micro-cogeneración:Pe < 50 kWePt < 46 kWt
4. Aspectos normativos España1) R.D. 661 / 2007. Producción eléctrica en régimen
especial.
Tarifas para cogeneración de pequeña escala.
Sistema de tarifa con máxima
aportación económica a
cogeneraciones de pequeña escala
4. Aspectos normativos España1) R.D. 661 / 2007. Producción eléctrica en régimen
especial.
Rendimiento eléctrico equivalente (REE)
Aprovechamiento del calor útil para climatización de edificios:- Se aplica complemento por eficiencia- El REE min se reduce en un 10% del exigido, cuando P<1 MW
4. Aspectos normativos España2) Código Técnico de la Edificación HE4
Reconocimiento de la cogeneración como sistema Reconocimiento de la cogeneración como sistema
de alta eficiencia en la climatización de edificiosde alta eficiencia en la climatización de edificios
“En edificios de nueva construcción y en rehabilitación de edificios en los que exista una demanda de ACS y/o climatización de piscinas, podrá disminuirse justificadamente la cobertura solar mínima cuando se cubra este aporte energético de ACS mediante alguna de las vías:
• Aprovechamiento de energía renovables
• Procesos de cogeneraciónProcesos de cogeneración• Fuentes de energía residuales procedentes de la instalación de recuperadores
de calor ajenos a la propia generación de calor del edificio”
4. Aspectos normativos España3) Reglamento Baja Tensión ITC-BT-40
Específica de instalaciones generadoras:
• Aisladas
• Asistidas
• Interconectadas
4. Aspectos normativos España4) UNE EN 50438
Específica de generadores en baja tensión hasta 16A por fase
• Base del FIT + INFORM
5. Situación actual del mercado1) El mercado de la µ-cogeneración en España
Fuente: CNE
5. Situación actual del mercado
Fuente: Acogen
Supone un ahorro de 650 millones de euros en la factura energética española
Evita al año 10 millones de toneladas de emisiones de CO2
Ahorra al año 40 millones de m3 de agua
Ahorra al año en energía primaria 1 millón de tep (7 millones de barriles de petróleo)
Cubre el 10% del esfuerzo nacional para cumplir con Kioto
COGENERACIÓN: LA ECOENERGÍA EFICIENTE
2) El mercado de la µ-cogeneración en España
5. Situación actual del mercado
• Alto potencial no explotado en residencial y terciario• Potencial tecnológico muy superior a la potencia instalada
3) El potencial de la µ-cogeneración en España
5. Situación actual del mercado
Fuente: Carbon Trust (UK)
4) El potencial de la µ-cogeneración en Europa
5. Situación actual del mercado5) El potencial de la µ-cogeneración en Europa
5. Situación actual del mercado
Plan de acción 2008-2012:
- Medidas legislativas- Medidas de promoción- Disponibilidad tecnológica
Objetivo: 8.400 MWe
6) Estrategia de Ahorro y Eficiencia Energética en España (E4) en el ámbito de la cogeneración
5. Situación actual del mercado
Medidas legislativas:
- Simplificación y agilización del procedimiento existente para
tramitación administrativa
- Condiciones mínimas técnicas exigibles
5. Situación actual del mercado
Medidas de promoción:
- Estudios de viabilidad (ayudas hasta 75%)
- Fomento de nuevas instalaciones (ayudas hasta el 10%)
- Fomento de plantas de pequeña potencia (ayudas hasta el 30%,
para instalaciones menores de 50 kWe)
- Auditorias energéticas (ayudas hasta el 75%)
5. Situación actual del mercado
Disponibilidad tecnológica:
- Motor alternativo
- Motor Stirling
- Microturbina
5. Situación actual del mercado
7) Solución en residencial y terciario
CalderaNº.1
CalderaNº.2
Instalaciónde
calefaccióny ACS
80ºC
Máx.
73ºC
5. Situación actual del mercado
7) Otras soluciones
Micro-trigeneración
5. Situación actual del mercado
8) Otras soluciones
Sistema en isla
5. Situación actual del mercado
9) Otras soluciones
Unidad Back-up NE
6. Motores alternativos Dachs
La unidad de La unidad de micromicro--cogeneracicogeneracióón n mmáás vendida en s vendida en EuropaEuropa
6. Motores alternativos Dachs
Inicio de la producción en serie.
Objetivo: una bomba de calor aire-agua!
Origen de Sachs Energietechnik.
1979
De la bomba de calor a la micro-cogeneración.1986
Desarrollo del primer field test (150 un.)1987
Proyecto de demostración por toda Alemania.1991
Origen de SenerTec GmbH.1996
La unidad 20.000 del DACHS sale de fábrica.2008
El Grupo BAXI adquiere SenerTec GmbH.2001
6. Motores alternativos Dachs
52 – 56 dBANivel de ruido
83,2%REE
3.500 hIntervalo de mantenimiento
520 kgPeso
1.000 mmAlto
1.070 mmLargo
720 mmAncho
102 %Rendimiento total (con kit condens)
15,5 kWPotencia térmica (con kit condens)
88 %Rendimiento total
12,5 kWPotencia térmica
5,5 kWPotencia eléctrica
20,5 kWConsumo combustible
Dachs G/F 5.5Dachs G/F 5.5Dachs G/F 5.5Dachs G/F 5.5
6. Motores alternativos Dachs
E. elE. elE. elE. elééééctricactricactricactrica
20,5 kW
5,5 kW
12,5 kW
Dachs G/F 5.5Dachs G/F 5.5Dachs G/F 5.5Dachs G/F 5.5
E. tE. tE. tE. téééérmicarmicarmicarmica
CombustibleCombustibleCombustibleCombustible(GN, GLP)(GN, GLP)(GN, GLP)(GN, GLP)
6. Motores alternativos Dachs1) Dimensionamiento
Requerimientos:
• Combustible (Gas Natural / GLP/ Gasoil / Biogás)
• Alimentación 400V / 3+N / 50 Hz
• Salida de humos
• Espacio en sala calderas
6. Motores alternativos Dachs1) Dimensionamiento
Intercambiadorde calor para el aceite lubricante
Gases de combustión
Intercambiador de calor para el
conducto de humos
Bomba de agua de
refrigeración
Cilindro delmotor
Termostato de refrigeración
DACHS
Const. ~ 80°C
máx. 73 °C
RF
Alternadorde 3 fases
MSR2
6. Motores alternativos Dachs1) Dimensionamiento
Objetivos:
• Identificar la demanda térmica anual en kWh
• Dimensionar la/s unidad/es para trabajar por encima
de 4-5.000 horas / año
• Diseñar el sistema con inercia adecuada de primario
• Diseñar control para suministrar la energía base
6. Motores alternativos Dachs
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Po
ten
cia
(k
W)
Demanda térmica anual (ACS + Calef.)
1) Dimensionamiento
6. Motores alternativos Dachs
Ejemplo: Sala de calderas centralizada para edificio de 60 viviendas.
Potencia total calderas: 140 kWPotencia micro-cogeneración: 12,5 kW (10%)
Energía generada micro: 12,5 x 7.500 h = 93.750 kWhEnergía total instalación: 325.000 kWhPorcentaje micro: 29%
1) Dimensionamiento
6. Motores alternativos Dachs1) Dimensionamiento
CalderaNº.1
CalderaNº.2
Instalaciónde
calefaccióny ACS
80ºC
Máx.
73ºC
Caudal400 – 1.000 l/h
Caudal1000 – 3.000 l/h
6. Motores alternativos Dachs1) Dimensionamiento
1m
Calef + ACS
2 x 240KWCalderas
Cuadro
Distribución
Eléctrica
Otros servicios
MeterSuministro
750 litros
Acumulador
SE
STB STB
83oC
83oC
Max73oC
Net.5.35KWe
Net.5.35KWe
5.5KWe
12.5 a
14.8KWt
5.5KWe
12.5 a
14.8KWt
Bomba TermostáticaControl
Multi-MóduloCable Control
3m3/hr
1¼”
1¼”
1”
Módem49
6. Motores alternativos Dachs1) Dimensionamiento
Heating system flow /buffer vessel
Heating system return/ buffer vessel
3 2 4 10 0 0 10 0 0 1
Master-controller
e.g.P9
6. Motores alternativos Dachs2) Conexión eléctrica
3 opciones:
1) Verter toda la potencia a la red (RD661/2007)
2) Verter la potencia sobrante a la red (RD661/2007)
3) Verter la potencia al consumo propio del cliente
6. Motores alternativos Dachs2) Conexión eléctrica – venta a red
Q163 Amp.
NH0032 AMP.
K- o C-Fusible3 x 20 AMP.
10Ø
NPE
13
1,5Ø
Proporcionael suminstro de
DachskWh
HTNT
Suministrodel edificio
kWhHTNT
10Ø 10Ø
TRE
~~
NH006 AMP.
Q263 Amp.
NH0025 AMP. Reserva
Red eléctrica
NH00 50 Amp.
NYM 5x16 Ø
NYM 5x10 Ø
Contador de luz
ca. 5,35 kW
NYM 5x2,5 Ø
3~+ -
3~
5,5kW
12V
400V AC
1x6 Ø
Panel de sub-distribucióndel edificioContador de luz
Nueva conexiónin situ (onsite)
6. Motores alternativos Dachs2) Conexión eléctrica - autoconsumo
N PE
HTNT ~~
K- o C-fusible
3x20 AMP
ca. 5,35 kW
5,35 kW
Reserva
NH00 50 AMP.
Nueva conexiónin situ (onsite)
NYM 5x2,5 Ø
3~+ -
3~
5,5kW
12V
400V AC
kWh TRE
1x6 Ø
Contador de luz
Panel de distribucióndel edificio
Panel de sub-distribucióndel edificio
Red eléctrica Suministro del edificio
6. Motores alternativos Dachs
• Viviendas con instalación térmica centralizada• Hoteles, hostales, albergues• Residencias ancianos• Colegios• Centros wellness, piscinas, spa's…• Clínicas, hospitales,…• Edificios de oficinas, comerciales,…
3) Instalaciones tipo
6. Motores alternativos Dachs4) Rentabilidad directa
Sum. Eléctrico
0,1 €/kWh
5,5 kW
Consumo5,5 kWX 1 h =
55 kWh
5,5 kWh x 0,1 € / kWh = 0,55 € / h
Consumo5,5 kWX 1 h =5,5 kWh
Sum. Gas
0,033 €/kWh
20,5 kW
12,5 kW
Calor
Costes sin Dachs
20,5 kW x 0,033 € / kWh x 1 h = 0,67 € / h
12,5 kW x 90% x 0,033 € / kWh x 1 h = - 0,37 € / h
0,3 € / h
Producción eléctrica insitu un 45% más económica
Costes con DachsEléctr.
Térmico
Costes directos por hora de funcionamiento en autoconsumo, costes de mantenimiento excluidos.
6. Motores alternativos Dachs5) Rentabilidad anual
Gas Natural
Mantenimiento Electricidad
E. Térmica0,0344 €/kWh
0,02 €/kWhe 0,149 €/kWhe
Venta a red
94% rend.
Costes / Bº operación: 0,82 € / h 1,36 € / h
Ahorro: 0,54 € / h
Ahorro Emisiones CO2: 3,27 Kg CO2 / h
14,8 kW
5,5 kW
20,5 kW
Costes anuales con venta eléctrica a red, costes de
mantenimiento incluidos.
7.000 h/año
3.780.-€/año
22,8 Ton CO2 / año
6. Motores alternativos Dachs6) Ejemplo comparativo
16.000 €177,9405,9Total
7.600 €40200160Calor
8.400 €137,9205,970Electricidad
Costes (Eur/año)
EmisiónCO2 (t/año)
Energía Primaria(MWh/año)
Consumos(MWh/año)
- Situación original: red eléctrica + caldera 100 kW
3.323 €19,079,1Ahorros netos
4.156 €21,9109,487,5Calor
17,65%Menos coste
10,66%Menos CO2
-19,5%menos energía
- 5.453 €- 28,7- 143,5- 143,5Gas
4.620 €25,8113,238,5Electricidad
Costes (Eur/año)
EmisiónCO2 (t/año)
Energía Primaria(MWh/año)
Consumos(MWh/año)
- Al introducir micro-cogeneración con un Dachs 5.5
Precio electricidad: 120 €/MWh; precio gas:38 €/MWh; rend. Eléctrico: 34%; rend. Estacional caldera: 80%)
6. Motores alternativos Dachs7) Ejemplos instalaciones
6. Motores alternativos Dachs8) Caso práctico de ejemploHotel Balneario Quinta da Aura – Santiago de Compostela
6. Motores alternativos Dachs8) Caso práctico de ejemploHotel Balneario Quinta da Aura – Santiago de Compostela
2 x DACHS 12,5 kWt / 5,5 kWe
6. Motores alternativos Dachs8) Caso práctico de ejemploHotel Balneario Quinta da Aura – Santiago de Compostela
6. Motores alternativos Dachs
Costes de explotación sin microcogeneración DachskWh Rend. Consumo
Energia entregada total sistema 550.000 100% 92% 597.826 kWh
Energía aportada calderas 550.000 100% 92% 597.826 kWh
€/kWh
Gas consumido por calderas 597.826 0,0392 23.434,78 €
Costes de explotación con microcogeneración DachskWh Rend. Consumo
Energia entregada total sistema 550.000 100% 82% 668.913 kWh
Energia aportada Dachs 217.500 40% 70,7% 307.500 kWh
Energía aportada calderas 332.500 60% 92% 361.413 kWh
€/kWh
Gas consumido por el Dachs 307.500 0,0392 12.054,00 €Gas consumido por calderas 361.413 0,0392 14.167,39 €
Consumo de gas total (teórico) 26.221,39 €
Energía el. producida por el Dachs 82.500 kWhe 0,1130 -9.322,50 €Costes mantenimiento 1.650,00 €
Total costes explotación 18.548,89 €Reducción costes explotación -20,8%
8) Caso práctico de ejemploHotel Balneario Quinta da Aura – Santiago de Compostela
6. Motores alternativos Dachs
Escenario s/ nº Dachs 2
kWh
E tot 550.000
E Dachs 217.500
E caldera 332.500
% 40%
Coste explot. 18.549 €
Reducción -21%
Electicidad
generada (kWh) 82.500
Ahorro elec. (€) 9.323 €-
Emisiones CO2
evitadas (Kg/año) 40.702
Respecto a una generación convencional con calderas
Energía Térmica anual - kWh
217.500
332.500
0
100.000
200.000
300.000
400.000
500.000
600.000
2
E caldera
E Dachs
8) Caso práctico de ejemploHotel Balneario Quinta da Aura – Santiago de Compostela
6. Motores alternativos Dachs8) Caso práctico de ejemploHotel Balneario Quinta da Aura – Santiago de Compostela
Qué se ha conseguido?
• Para el usuario: ahorro del 20% costes explotación
• Para arquitectura: solventar diseño cubierta
• Para ingeniería: ofrecer una solución de alta eficiencia energética
• Para todos: reducción de emisiones de CO2 y ahorro de energía primaria
6. Motores alternativos Dachs
• Total integración en sistemas térmicos en edificios
• Ahorros en energía primaria
• Ahorros en emisiones de CO2
• Generación eléctrica más económica
• Posibilidad de aumentar la rentabilidad exportando a red
(RD661/2007) con prima de venta
• Posibilidad de considerar la cogeneración como aplicación
sustitutiva de la energía solar térmica (CTE HE4)
• Incentivación del sistema mediante subvenciones según el plan
2008-2012 (IDAE)
• Posibilidad de otros sistemas (isla y backup)
9) Conclusiones
7. Y mañana?
Baxi SenerTec Dachs:• aplicaciones en terciario y residencial centralizada
• Motor de combustión interna• 5,5 kWe / 12,5 kWt
• Dispositivo de apoyo 15 kW (opcional)
Baxi Ecogen:• aplicación en residencial individual• Motor Stirling
• 1,0 kWe / 6 kWt
• Dispositivo de apoyo 18 kWt
Baxi Innotech:• aplicación en residencial individual• Pila de combustible LT-PEM• 1,5 kWe / 3,0 kWt
• Dispositivo de apoyo 15 kWt
MAÑANAMAÑANA
HOYHOY
Muchas gracias por su atención.
Muchas gracias por su atención