Download 6. Motores alternativos Dachs - Colegio Oficial de Aparejadores de

La micro-cogeneración:
tecnología y aplicaciones en las
instalaciones térmicas de
edificios.
C.O.A.A.T. Madrid, 24 Septiembre 2009
“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.
COGEN EUROPE
1. Principios de la Microcogeneración
Cogeneración (CHP):
Generación simultánea en un proceso, de energía térmica y
eléctrica
Cogeneración de pequeña escala
P < 1 MWe
Micro-cogeneración
P < 50 kWe
Directiva 2004/8/CE 11/2/2004
1. Principios de la Microcogeneración
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 Microcogeneración
Gas Natural
65
Caldera
Calor
Edificio
60
Elect.
Red Eléctrica
30
95
Rendimiento global = (60 + 30) / (65 +95) = 56%
1. Principios de la Microcogeneración
Gas Natural
Micro
cogeneración
100
Calor
Edificio
60
Elect.
Elect.
30
30
Rendimiento global = (60 + 30) / (100) = 90%
Ahorro Energía Primaria > 30%
1. Principios de la Microcogeneración
Gas Natural
65
Caldera
Calor
Edificio
60
Gas Natural
Micro
cogeneración
100
Edificio
60
Elect.
Elect.
Red Eléctrica
Calor
30
30
Elect.
30
95
Emisiones CO2:
Gas
205x12,5/91%=2.816
Elec
649 x 5,5 = 3.569
Emisiones CO2:
Gas
205x20,5 = 4.202
Neto
Neto
6.385 Kg CO2
Ahorro Emisiones CO2 > 35%
4.202 Kg CO2
Situación energética actual
1. - REDUCCIÓN DE
LA DEMANDA
2. EFICIENCIA
ENERGÉTICA
3. AHORRO DE CO2
AÑO
2010
Dependencia
energética
combustibles
fósiles
TRANSICIÓN
ENERGÉTICA
AÑO
2040/50
Renovables
+
Hidrógeno
La gestión energética en edificios
Reducción
de coste
ambiental
Menores
consumos
Aumento de
inversiones
Instalación
convencional
Instalación
eficiente
Coste del edificio
Coste de explotación
Impactos sobre el ambiente
Instalación
eficiente
con µ-CHP
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 técnica
1) Micro-motores alternativos
Eficiencia
total
Eficiencia
eléctrica
Capacidades
Motor Diesel
65-90%
35-45%
5 kWe a 20 MWe
Motor Otto
70-90%
25-45%
3 kWe a >6 MWe
Promedio inversión
en €/kWel
500 a 3.000
• Fiables
• Compactos
• Alto REE
Baxi Dachs
2. Estado actual de la técnica
2) Ciclos Stirling
Stirling
Promedio inversión
en €/kWel
Eficiencia
total
Eficiencia
eléctrica
Capacidades
70-90%
25-50%
1 kWe a 1,5 MWe
2.500 a 4.500 (<10 kWe)
• Sector doméstico
• Pequeño tamaño y sin mantenimiento
• Disponible comercialmente 2010
Baxi Ecogen
2. Estado actual de la técnica
3) Micro-turbinas de gas
Micro-turbina
Eficiencia
total
Eficiencia
eléctrica
Capacidades
60-85%
15-35%
30 kWe a 300 kWe
Promedio inversión
en €/kWel
900 a 2.600
• Buen rendimiento
• Tecnológicamente complejo
• Instalación posible exterior con
recuperador de calor
• Gas alta presión
Capstone C60
2. Estado actual de la técnica
4) Ciclos Rankine
Rankine
Eficiencia
total
Eficiencia
eléctrica
Capacidades
65-95%
25%
1 kWe a 1,5 MWe
Promedio inversión
en €/kWel
2.500 a 4.500 (<10 kWe)
• Vivienda uni y multifamiliar
• Modulante
• Disponible, pero poco testado
Otag Lion Powerblock
2. Estado actual de la técnica
4) Pila de combustible (fuel-cell)
Fuel cell (PEM)
Promedio inversión
en €/kWel
Eficiencia
total
Eficiencia
eléctrica
Capacidades
70-90%
35-55%
1 kWe a 1,5 MWe
2.500 a 4.500 (<10 kWe)
• Disponible comercialmente 2012
• Gran modulación
• Sólo G.N.
• Nuevo concepto micro-redes (generación
distribuida)
Baxi Innotech
2. Estado actual de la técnica
5) Resumen
50
45
40
20.000 instalaciones
funcionando en Europa
35
Stirling
Fuel Cell
Rankine
Alternativo
Turbina
30
kWe
25
20
15
10
5
0
0 - 5 kW
5 - 25 kW
>25 kW
2. Estado actual de la técnica
5) Resumen Mercado Europa
3. Aspectos normativos Europa
1) Directiva europea 2004/8/CE de 2004
Transposición en R. D. 616 / 2007
2) CENELEC EN-50438
INFORM & FIT
3) ECO DESIGN (EUPD). Nueva calificación energética
para emisores térmicos. En redacción. Micro-CHP
incluida.
4. Aspectos normativos España
1) Código Técnico de la Edificación HE4
Reconocimiento de la cogeneración como sistema
de 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 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 España
2) 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 España
3) Reglamento Baja Tensión ITC-BT-40
Específica de instalaciones generadoras:
• Aisladas
• Asistidas
• Interconectadas
4. Aspectos normativos España
4) UNE EN 50438
Específica de generadores en baja tensión hasta 16A
por fase
• Base del FIT + INFORM
5. Situación actual del mercado
1) El mercado de la µ-cogeneración en España
Fuente: CNE
5. Situación actual del mercado
3) El potencial de la µ-cogeneración en España
• Alto potencial no explotado en residencial y terciario
• Potencial tecnológico muy superior a la potencia instalada
5. Situación actual del mercado
5) El potencial de la µ-cogeneración en Europa
5. Situación actual del mercado
6) Estrategia de Ahorro y Eficiencia Energética en
España (E4) en el ámbito de la cogeneración
Plan de acción 2008-2012:
-
Medidas legislativas
Medidas de promoción
Disponibilidad tecnológica
Objetivo: 8.400 MWe
5. Situación actual del mercado
Medidas legislativas:
• Simplificación y agilización del procedimiento existente para
tramitación administrativa
• Condiciones mínimas técnicas exigibles
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
Caldera
Nº.1
80ºC
Máx.
73ºC
Caldera
Nº.2
Instalación
de
calefacción
y ACS
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
microcogeneración
más vendida en
Europa
(22.000 unidades)
6. Motores alternativos Dachs
2009
2001
La unidad 22.000 del DACHS sale de fábrica.
El Grupo BAXI adquiere SenerTec GmbH.
Inicio de la producción en serie.
1996
1991
1987
1986
1979
Origen de SenerTec GmbH.
Proyecto de demostración por toda Alemania.
Desarrollo del primer field test (150 un.)
De la bomba de calor a la micro-cogeneración.
Objetivo: una bomba de calor aire-agua!
Origen de Sachs Energietechnik.
6. Motores alternativos Dachs
Dachs G/F 5.5
5,5 kW
E. elé
eléctrica
20,5 kW
Combustible
(GN, GLP)
12,5 kW
E. té
térmica
6. Motores alternativos Dachs
Dachs G/F 5.5
Consumo combustible
20,5 kW
Potencia eléctrica
5,5 kW
Potencia térmica
12,5 kW
Rendimiento total
88 %
Potencia térmica (con kit condens)
15,5 kW
Rendimiento total (con kit condens)
102 %
Ancho
720 mm
Largo
1.070 mm
Alto
1.000 mm
Peso
520 kg
Intervalo de mantenimiento
3.500 h
REE
83,2%
Nivel de ruido
52 – 56 dBA
6. Motores alternativos Dachs
1) Dimensionamiento
Requerimientos:
• Combustible (Gas Natural / GLP)
• Alimentación 400V / 3+N / 50 Hz
• Salida de humos
• Espacio en sala calderas
6. Motores alternativos Dachs
1) Dimensionamiento
MSR2
Gases de
combustión
Intercambiador de
calor para el
conducto de humos
Bomba de
agua de
refrigeración
Const. ~ 80°C
Termostato de
refrigeración
Intercambiador
de calor para el
aceite lubricante
RF
Cilindro del
motor
Alternador
de 3 fases
máx. 73 °C
DACHS
6. Motores alternativos Dachs
1) 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) Dimensionamiento
Potencia (kW)
Demanda térmica anual (ACS + Calef.)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
6. Motores alternativos Dachs
1) Dimensionamiento
Ejemplo: Sala de calderas centralizada para edificio de
60 viviendas.
Potencia total calderas ACS:
Potencia micro-cogeneración:
140 kW
12,5 kW (10%)
Energía generada micro: 12,5 x 7.500 h = 93.750 kWh
Energía total instalación: 325.000 kWh
Porcentaje micro:
29%
6. Motores alternativos Dachs
1) Dimensionamiento
Caudal
1000 – 3.000 l/h
Caudal
400 – 1.000 l/h
Instalación
de
calefacción
y ACS
80ºC
Máx.
73ºC
6. Motores alternativos Dachs
1) Dimensionamiento
Net.
5.35KWe
Meter
Net.
5.35KWe
Cuadro
Distribución
Eléctrica
Bomba Termostática
Control
83oC
Suministro
Otros servicios
3m3/hr
83oC
750 litros
Acumulador
SE
5.5KWe
12.5 a
14.8KWt
STB
5.5KWe
12.5 a
14.8KWt
Calef + ACS
2 x 240KW
Calderas
STB
1”
Max
73oC
1¼”
1m
Multi-Módulo
Cable Control
Módem
1¼”
44
6. Motores alternativos Dachs
1) Dimensionamiento
Master-controller
0001
0001
e.g.
3241
P9
Heating system flow /
buffer vessel
Heating system return/
buffer vessel
6. Motores alternativos Dachs
2) 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 Dachs
2) Conexión eléctrica – venta a red
Panel de sub-distribución
del edificio
Contador de luz
NYM 5x2,5 Ø
K- o C-Fusible
3 x 20 AMP.
Nueva conexión
in situ (onsite)
NYM 5x10 Ø
Q1
63 Amp.
Q2
63 Amp.
Proporciona
el suminstro de
Dachs
10Ø
kWh
HT
NT
NPE
Suministro10Ø
del edificio
kWh
HT
NT
10Ø
TRE
ca. 5,35 kW
~
1,5Ø
Contador
de luz
NH00
25 AMP.
NH00
32 AMP.
NH00
6 AMP.
Reserva
5,5kW
1
3
3~
+-
Red eléctrica
NYM 5x16 Ø
NH00 50 Amp.
3~
400V AC
12V
1x6 Ø
6. Motores alternativos Dachs
2) Conexión eléctrica - autoconsumo
Panel de sub-distribución
del edificio
Contador de luz
N PE
Nueva conexión
in situ (onsite)
3x20 AMP
Panel de distribución
del edificio
kWh
HT
NT
K- o Cfusible
TRE
~
NYM 5x2,5 Ø
ca. 5,35 kW
5,35 kW
5,5kW
Reserva
Red
eléctrica Suministro del edificio
3~
+3~
400V AC
12V
NH00 50 AMP.
1x6 Ø
6. Motores alternativos Dachs
3) Instalaciones tipo
•
•
•
•
•
•
•
Viviendas con instalación térmica centralizada
Hoteles, hostales, albergues
Residencias ancianos
Colegios
Centros wellness, piscinas, spa's…
Clínicas, hospitales,…
Edificios de oficinas, comerciales,…
6. Motores alternativos Dachs
5) Rentabilidad anual
0,0344 €/kWh
Gas Natural
E. Térmica
20,5 kW
0,02 €/kWhe
Electricidad
Mantenimiento
5,5 kW
Costes / Bº operación:
0,82 € / h
Ahorro:
94% rend.
14,8 kW
0,149 €/kWhe
Venta a red
1,36 € / h
0,54 € / h
7.000 h/año
3.780.-€/año
Ahorro Emisiones CO2:
Costes anuales con venta eléctrica a red, costes de
mantenimiento incluidos.
3,27 Kg CO2 / h
22,8 Ton CO2 / año
6. Motores alternativos Dachs
7) Ejemplos instalaciones
6. Motores alternativos Dachs
8) Caso práctico de ejemplo
Hotel Balneario Quinta da Auga – Santiago de Compostela
6. Motores alternativos Dachs
8) Caso práctico de ejemplo
Hotel Balneario Quinta da Auga – Santiago de Compostela
2 x DACHS 12,5 kWt / 5,5 kWe
6. Motores alternativos Dachs
8) Caso práctico de ejemplo
Hotel Balneario Quinta da Auga – Santiago de Compostela
6. Motores alternativos Dachs
8) Caso práctico de ejemplo
Hotel Balneario Quinta da Auga – Santiago de Compostela
Costes de explotación sin microcogeneración Dachs
Energia entregada total sistema
Energía aportada calderas
kWh
550.000
550.000
Gas consumido por calderas
597.826
100%
100%
Rend.
92%
92%
Consumo
597.826 kWh
597.826 kWh
€/kWh
0,0392 23.434,78 €
Costes de explotación con microcogeneración Dachs
Energia entregada total sistema
Energia aportada Dachs
Energía aportada calderas
kWh
550.000
217.500
332.500
100%
40%
60%
Rend.
82%
70,7%
92%
Consumo
668.913 kWh
307.500 kWh
361.413 kWh
€/kWh
Gas consumido por el Dachs
Gas consumido por calderas
Consumo de gas total (teórico)
Energía el. producida por el Dachs
Costes mantenimiento
Total costes explotación
Reducción costes explotación
307.500
361.413
82.500 kWhe
0,0392 12.054,00 €
0,0392 14.167,39 €
26.221,39 €
0,1130 -9.322,50 €
1.650,00 €
18.548,89 €
-20,8%
6. Motores alternativos Dachs
8) Caso práctico de ejemplo
Hotel Balneario Quinta da Auga – Santiago de Compostela
Escenario s/ nº
Dachs
kWh
E tot
E Dachs
E caldera
%
Coste explot.
Reducción
2
550.000
217.500
332.500
40%
18.549 €
-21%
Energía Térmica anual - kWh
600.000
500.000
400.000
332.500
E caldera
E Dachs
300.000
200.000
Electicidad
generada (kWh)
Ahorro elec. (€)
82.500
9.323 €
100.000
217.500
0
Emisiones CO2
evitadas (Kg/año)
40.702
Respecto a una generación convencional con calderas
2
6. Motores alternativos Dachs
8) Caso práctico de ejemplo
Hotel Balneario Quinta da Auga – 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
8) Caso práctico de ejemplo
91 viviendas Alokabide en Donostia
• EDIFICIO DE 91
VIVIENDAS DE
ALQUILER SOCIAL.
• CON UN AÑO DE
OCUPACION.
• CON SISTEMA DE
ENERGIA SOLAR
TERMICA.
• CON SISTEMA
CENTRALIZADO DE
PRODUCCION DE ACS Y
CALEFACCION.
6. Motores alternativos Dachs
8) Caso práctico de ejemplo
91viviendas Alokabide en Donostia
2 UNIDADES DACHS DE 5,5 KW ELECTRICOS CONECTADOS A RED.
6. Motores alternativos Dachs
8) Caso práctico de ejemplo
91viviendas Alokabide en Donostia
6. Motores alternativos Dachs
8) Caso práctico de ejemplo
91 viviendas Alokabide en Donostia
• NECESIDAD DE REDUCIR LOS GASTOS
ENERGETICOS EN VIVIENDAS DE TIPO SOCIAL. (
APART. JOVENES, MAYORES, ETC. ETC. )
• NECESIDAD DE TRASLADAR LAS VENTAJAS DE LAS
NUEVAS ENERGIAS A LOS USUARIOS FINALES.
• AJUSTAR LA PRODUCCION A LAS DEMANDAS
TERMICAS REALES DE UN EDIFICIO.
6. Motores alternativos Dachs
8) Caso práctico de ejemplo
91viviendas Alokabide en Donostia
APORTAREMOS UN 32% DE LAS NECESIDADES DE
MANERA REAL.
Y REDUCIMOS LAS EMISIONES DE CO2 EN:
Ton/anuales
51
6. Motores alternativos Dachs
9) Conclusiones
• 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)
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)
HOY
Baxi Ecogen:
• aplicación en residencial individual
• Motor Stirling
• 1,0 kWe / 6 kWt
• Dispositivo de apoyo 18 kWt
MAÑANA
Baxi Innotech:
• aplicación en residencial individual
• Pila de combustible LT-PEM
• 1,5 kWe / 3,0 kWt
• Dispositivo de apoyo 15 kWt
Muchas gracias
por su atención.