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Evaluación tecnológica de la generación eléctrica distribuida con gas natural: la micro-cogeneración. Alberto Jiménez Jefe de Formación y Soporte Técnico
¿Cómo funciona? Gases de combustión
Electricidad ~ 30 %
Combustible 100 %
Calor ~70%
Motor Alternador
5,5 kWe 14,7 kWt 20,2 kW
η = 0,8
11,04 kWe
21,87 kWt
32,91 kW
61% Sistema convencional de energía, para producir 5,5 kW de energía eléctrica y 14,7 kW de energía térmica
Rendimiento del sistema mixto convencional de producción de electricidad y calor respecto a Energía primaria no renovable.
Coeficientes de paso Electricidad= 2,007 kWhEPNR/kWhEfinal Gas Natural= 1,190 kWhEPNR/kWhEfinal (Documento IDAE de Enero 2016):
24,15 kW
Ahorra un 26,6 % de energía primaria
5,5 kWe 14,7 kWt 20,2 kW
84% Rendimiento del sistema mixto de producción de electricidad y calor con micro-cogeneración respecto a Energía primaria no renovable.
Coeficientes de paso Electricidad= 2,007 kWhEPNR/kWhEfinal Gas Natural= 1,190 kWhEPNR/kWhEfinal (Documento IDAE de Enero 2016):
5,5 kWe 14,7 kWt 20,2 kW
1,96 Kg CO2
4,63 Kg CO2
6,59 Kg CO2 Sistema convencional de energía, para producir 5,5 kW de energía eléctrica y 14,7 kW de energía térmica
Emisiones de CO2 en el sistema mixto convencional de producción de electricidad y calor en una hora.
Coeficientes de paso Electricidad= 0,357 kg CO2/kWhEfinal Gas Natural= 0,252 kg CO2/kWhEfinal (Documento IDAE de Enero 2016):
Ahorra un 22 % de emisiones de CO2
5,5 kWe 14,7 kWt 20,2 kW
5,12 Kg CO2 Emisiones de CO2 del sistema mixto con micro-cogeneración de producción de electricidad y calor en una hora.
Coeficientes de paso Electricidad= 0,357 kg CO2/kWhEfinal Gas Natural= 0,252 kg CO2/kWhEfinal (Documento IDAE de Enero 2016):
Características técnicas del Dachs Consumo combustible 20,3 kW
Potencia eléctrica 5,5 kW
Potencia térmica 14,7 kW
Rendimiento total (PCI) 99 %
Rendimiento estacional (Según ErP) 161%
Clasificación energética (Según ErP)
Ancho 720 mm
Largo 1.070 mm
Alto 1.200 mm
Peso 530 kg
Intervalo de mantenimiento 3.500 h
Nivel de ruido 51 – 54 dBA
Dachs G 5.5
Intercambiador de calor de aceite
Salida gas de combustión
Gas de intercambio
Bomba de agua
Motor- cilindro
Válvula termostática
DACHS
ca. 83°C
max. 73 °C
RF
Generador trifásico
Principio de funcionamiento
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Pote
ncia
(kW
)
Demanda térmica anual (ACS + Calef.)
Criterios de dimensionado básico
Demanda térmica base
Criterios de dimensionado básico
0
4
8
12
16
20
24
28
32
36
40
44
48
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 8760
kW
Horas/año
Equipo base 1
Equipo base 2
Equipo base Caldera demanda punta
Demanda térmica base
Ben
efic
ios
en €
/ añ
o
70 kW 250 kW 500 kW
+
Viviendas multifamiliares
Edificios de viviendas
Hoteles, clinicas,… Hostales, hoteles, piscinas residencias de la tercera edad
+ +
Rentabilidad
El objetivo es cubrir una demanda base de calefacción con la micro-cogeneración.
ACS
Calefacción, refrigeración o climatización de
piscinas
Requisitos dimensionamiento: Número elevado horas de
funcionamiento
Demanda energía térmica uniforme
Circuito primario calef
Circuito primario calef
Suministro gas
Salida de humos hacia el exterior
Suministro red 3 fases
Electricidad exportada
Electricidad a los circuitos del edificio
Arranque motor Electricidad
generada
Magnetotérmico tetrapolar 20 A tipo C/K
Conexión eléctrica en autoconsumo
Con el actual marco normativo lo más interesante es el autoconsumo
Excepción peajes de respaldo a las instalaciones
existentes de micro-cogeneración hasta
2020
Excepción peajes de respaldo a
instalaciones de menos de 10 kW
contratados.
RD 900/2015 por el que se regula el autoconsumo
Concepto: Micro-
cogeneración +
Aerotermia
115% Rendimiento real medido sobre PCS durante el año 2014. Añadimos a la cogeneración el aprovechamiento renovable de la bomba de calor.
• Edificio de nueva construcción. Obra finalizada en 2013. • Ubicado en Gijón (Solar de la antigua fábrica La Luz
Asturiana) • 74 pisos (1,2 y 3 dormitorios) y 322 plazas de garaje. • Inmueble de referencia con calificación energética A. • Coste de calefacción y ACS anual garantizado de 450 € (lo
habitual es un coste de unos 1.000 € anuales)
Instalación real
Certificación energética A
Sistemas pasivos • Envolvente diseñada para reducir la demanda
energética. • Aislamientos, cerramientos opacos y puentes
térmicos dimensionados por encima del CTE. • Sistemas de recuperación de calor en la
ventilación.
Sistemas activos • Se sustituye la instalación de EST obligatoria
por el CTE. • Se instala una máquina de microcogeneración
junto con una máquina de aerotermia. • Se instalan calderas auxiliares de condensación
de alta eficiencia.
Esquema de la instalación
Máquina de microcogeneración
(12,5 kW)
Bomba de calor (16 kW)
Calderas de condensación (2 x 300 kW)
1000 litros (75ºC)
1000 litros (40ºC) 750 litros
(60ºC)
Costes de explotación
Tipo de vivienda Cantidad Nº pax/viv. (*) Nº pax total Consumo (*) Viv. de 1 dormitorio 16 1,5 1,5*16 = 24 24*22 = 528 l/día a 60ºC Viv. de 2 dormitorios 34 3 3*34 = 102 102*22 = 2.244 l/día a 60ºC Viv. de 3 dormitorios 24 4 4*24 = 96 96*22 = 2.112 l/día a 60ºC TOTAL 74 222 4.884 l/día a 60ºC
Concepto Cobertura Aportación energética [kWh]
Coste combustible
[€/kWh] Rendimiento
Coste energético
[€/año] Colectores solares térmicos 31,7% 33.131 - - 0
Mantenimiento inst. solar 1.500
Calderas de condensación 68,3% 71.384 0,06 96% 4.462
TOTAL 100% 104.515 kWh 5.962 €/año
Concepto Cobertura Aportación energética [kWh]
Coste combustible
[€/kWh] Rendimiento Coste energético
[€/año]
Dachs 70,0% 73.161 0,06 61% 7.196 Mantenimiento Dachs 805
Generación eléctrica Dachs 32.192 0,15 -4.829
Calderas de condensación 30,0% 31.354 0,06 96% 1.960
TOTAL 100% 104.515 kWh 5.132 €/año
Energía Solar Térmica
Microcogeneración
Costes de explotación
Concepto Cobertura Aportación energética [kWh]
Coste combustible
[€/kWh] Rendimiento Coste energético
[€/año]
Dachs 55,0% 57.483 0,06 61% 5.654 Mantenimiento Dachs 636
Generación eléctrica Dachs 25.295 0,15 -3.794
Platinum BC 40,0% 41.806 400% Calderas de condensación 5,0% 5.226 0,06 96% 327
TOTAL 100% 104.515 kWh 2.823 €/año
5962,0 5132,0 2823,0
,0
5000,0
10000,0
Solar térmica Microcogeneración Microcogeneración + aerotermia
Costes de explotación [€/año]
Microcogenaración+ Aerotermia
Rendimiento total del sistema 115,2 %
Puesta en marcha: Marzo 2013 Consumos: Octubre 2013-Septiembre 2014
• Integración de tres sistemas de alta eficiencia en una misma instalación.
• Certificación energética A con equipos de alta eficiencia.
• Cogeneración ahorro de emisiones de CO2 y de energía primaria.
• Autoconsumo y generación distribuida, factores claves.
Conclusiones