El trabajo obligatorio tiene como objetivo el realizar un estudio de viabilidad de una cogeneración, para uso residencial. El trabajo contará, como mínimo, con los siguientes apartados.
- Datos Generales
- Caracterización de la situación de referencia
- Estudio energético de alternativas
- Cálculo Alternativa 1.
- Cálculo Alternativa 2.
- Plan de viabilidad a 10 años de la alternativa elegida
- Síntesis y conclusiones
Tal y como está especificado en la unidad 6 del manual SEAS.
Datos Generales
Figuran todos los datos de la instalación, un esquema de funcionamiento y una pequeña explicación de cómo funciona toda la instalación. Emplazamientos, consumos, inversiones etc…
Caracterización de la situación de referencia
Se caracteriza el régimen de funcionamiento de la instalación. Se calculan tiempos de funcionamiento, gastos de inversión gastos anuales de la instalación etc…
Se calculan horas de funcionamiento en cada uno de los meses y se aportan otros datos de interés, cómo periodos recomendados para mantenimiento y otros…
Cálculo Alternativa 1.
Se realizan todos los cálculos que especifica el RD para cogeneraciones de alta eficiencia. REE, PES, etc…
Los cálculos económicos, necesarios para hallar la TRS, para poder comparar económicamente ambas alternativas.
Cálculo Alternativa 2.
Se realizan todos los cálculos que especifica el RD para cogeneraciones de alta eficiencia. REE, PES, etc…
Los cálculos económicos, necesarios para hallar la TRS, para poder comparar económicamente ambas alternativas.
Plan de viabilidad alternativa elegida
Plan de viabilidad para el periodo de retorno de la inversión de la cogeneración, aunque de forma genérica suele hacerse para 10 años.
Síntesis y conclusiones
El apartado más importante del plan de viabilidad. Se colocará unas tablas o puntos a modo de resumen de todo lo expuesto y calculado en el plan de viabilidad, y se justificará cual es la opción elegida y por qué.
ENUNCIADO DEL EJERCICIO
Realizar un estudio de viabilidad de instalación de una cogeneración en un hotel que dispone de piscina cubierta, y con un restaurante tipo buffet.
1 Situación de referencia
El restaurante tipo buffet mantiene caliente la zona de platos de autoservicio, mediante unas resistencias eléctricas sumergidas en agua. La potencia de las resistencias eléctricas es de 100 KW, y funcionan durante 6 horas diarias, para dar servicio de desayuno, comida y cena, durante los 365 días del año.
La calefacción en invierno se realiza por medio de un circuito de agua, caliente, con radiadores a las habitaciones. El agua caliente circula en circuito cerrado, y es calentada por una caldera de gas natural.
Datos técnicos de la caldera de gas natural de la situación de referencia.
Las calderas de gas de las que dispone el hotel tienen un rendimiento sobre PCS del 91%. Y las resistencias del buffet consideramos un rendimiento del 100%.
|
Potencia eléctrica bruta |
E |
0 |
Kw |
|
Consumo de equipos auxiliares |
Eaux |
25 |
Kw |
|
Potencia térmica total |
V |
600 |
Kw |
|
Comsumo primario gas natural |
Q |
660 |
Kw |
Nota: La potencia eléctrica es cero, porque la caldera de la situación de referencia no posee un generador y por lo tanto no genera potencia eléctrica alguna. Sin embargo sí tiene un consumo de equipos auxiliares. (Circuitos de control, bombas, válvulas, quemadores, ventiladores etc.)
Consumo de gas natural para calefacción, ACS, calentamiento piscina climatizada.
|
Mes |
Consumo gas | Calor útil | Horas equival. operac. |
Consumo auxiliares caldera |
Unidades |
Coste gas natural | Coste eléctrico auxiliares |
|
Enero |
350.000 |
318.500 |
531 |
13.271 |
KWh |
17.150 € | 1.460 € |
|
Febrero |
320.000 |
291.200 |
485 |
12.133 |
KWh |
15.680 € | 1.335 € |
|
Marzo |
280.000 |
254.800 |
425 |
10.617 |
KWh |
13.720 € | 1.168 € |
|
Abril |
160.000 |
145.600 |
243 |
6.067 |
KWh |
7.840 € | 667 € |
|
Mayo |
120.000 |
109.200 |
182 |
4.550 |
KWh |
5.880 € | 501 € |
|
Junio |
60.000 |
54.600 |
91 |
2.275 |
KWh |
2.940 € | 250 € |
|
Julio |
60.000 |
54.600 |
91 |
2.275 |
KWh |
2.940 € | 250 € |
|
Agosto |
60.000 |
54.600 |
91 |
2.275 |
KWh |
2.940 € | 250 € |
|
Septiembre |
100.000 |
91.000 |
152 |
3.792 |
KWh |
4.900 € | 417 € |
|
Octubre |
150.000 |
136.500 |
228 |
5.688 |
KWh |
7.350 € | 626 € |
|
Noviembre |
210.000 |
191.100 |
319 |
7.963 |
KWh |
10.290 € | 876 € |
|
Diciembre |
320.000 |
291.200 |
485 |
12.133 |
KWh |
15.680 € | 1.335 € |
|
Total año |
2.190.000 |
1.992.900 |
3.322 |
83.038 |
KWh |
107.310 € | 9.134 € |
Nota: El número de horas de operación a plena carga, dependerá de la potencia térmica del equipo utilizado para el suministro de calor. En este caso la caldera de la situación de referencia es de 1992900/600=3322 h. No tiene por qué coincidir con el de las diferentes alternativas propuestas, ya que la potencia térmica de éstas varía ligeramente.
Datos económicos de la situación de referencia.
| Característica | Cantidad | Unidades |
| Tasa anual de pérdida de energía útil |
1 |
% |
| Gastos de mantenimiento |
24.000 |
euros/año |
| Gastos en seguros |
6.000 |
euros/año |
| Gastos administración y almacén |
5.000 |
euros/año |
| Gastos de personal |
22.000 |
euros/año |
| Gastos totales |
57.000 |
euros/año |
Consumo eléctrico calienta platos buffet.
|
Mes |
Consumo eléctrico |
Calor suministrado |
Unidades |
Coste eléctrico |
|
Enero |
14.400 |
14.400 |
Kwh |
1584 |
|
Febrero |
14.400 |
14.400 |
Kwh |
1584 |
|
Marzo |
14.400 |
14.400 |
Kwh |
1584 |
|
Abril |
14.400 |
14.400 |
Kwh |
1584 |
|
Mayo |
14.400 |
14.400 |
Kwh |
1584 |
|
Junio |
14.400 |
14.400 |
Kwh |
1584 |
|
Julio |
14.400 |
14.400 |
Kwh |
1584 |
|
Agosto |
14.400 |
14.400 |
Kwh |
1584 |
|
Septiembre |
14.400 |
14.400 |
Kwh |
1584 |
|
Octubre |
14.400 |
14.400 |
Kwh |
1584 |
|
Noviembre |
14.400 |
14.400 |
Kwh |
1584 |
|
Diciembre |
14.400 |
14.400 |
Kwh |
1584 |
|
Total año |
172.800 |
172.800 |
Kwh |
19.008 |
El precio del MWh eléctrico que paga el hotel es de 110 euros. Y el del gas natural es de 49 euros MWh .
2 Alternativa 1
Todo el calor necesario para la instalación será suministrado por el motor alternativo de gas natural, preparado para cogeneración con recuperación de calor, cuyas características se muestran a continuación:
Datos económicos de la situación de la alternativa 1
| Característica | Cantidad | Unidades |
| Tasa anual de pérdida de energía útil |
1 |
% |
| Gastos de mantenimiento |
40.000 |
euros/año |
| Gastos en seguros |
8.000 |
euros/año |
| Gastos administración y almacén |
12.000 |
euros/año |
| Gastos de personal |
22.000 |
euros/año |
| Gastos totales |
82.000 |
euros/año |
| Inversión inicial |
200.000 |
Euros |
Datos técnicos de la situación de la alternativa 1
|
Potencia eléctrica bruta |
E |
526 |
Kw |
|
Consumo de equipos auxiliares |
Eaux |
18 |
Kw |
|
Potencia térmica total |
V |
656 |
Kw |
|
Comsumo primario gas natural |
Q |
1363 |
Kw |
Nota importante: Todo el calor necesario implica que el motor a través del calor recuperado de sus circuitos de refrigeración y gases de escape, es capaz de suministrar el calor que demanda la instalación para los tres circuitos. ACS/calefacción, piscina y buffet. Desapareciendo por tanto el consumo eléctrico de las resistencias que pasará a ser suministrado por el motor en forma de calor.
3 Alternativa 2
Esta alternativa. Análoga a la anterior en lo que se refiere al suministro térmico, el calor será ahora suministrado por dos unidades de motor alternativo de gas natural, cuyas características se muestran a continuación:
Datos económicos de la situación de la alternativa 2
| Característica | Cantidad | Unidades |
| Tasa anual de pérdida de energía útil |
1 |
% |
| Gastos de mantenimiento |
40.000 |
euros/año |
| Gastos en seguros |
8.000 |
euros/año |
| Gastos administración y almacén |
12.000 |
euros/año |
| Gastos de personal |
22.000 |
euros/año |
| Gastos totales |
82.000 |
euros/año |
| Inversión inicial |
280.000 |
Euros |
Datos técnicos de la situación de la alternativa 2
|
|
|
1 motor |
2 motores |
|
|
Potencia eléctrica bruta |
E |
230 |
460 |
Kw |
|
Consumo de equipos auxiliares |
Eaux |
10 |
20 |
Kw |
|
Potencia térmica total |
V |
351 |
702 |
Kw |
|
Comsumo primario gas natural |
Q |
649 |
1298 |
Kw |
Nota importante: La producción térmica de los dos motores cambia con respecto a la situación anterior, por lo que el número de horas equivalentes de funcionamiento será distinto. Además la potencia instalada en esta ocasión es inferior a 500 KW por lo que el precio de la tarifa regulada, para la venta de la electricidad cogenerada, según RD661/2007 cambia. También la inversión cambia por que es más caro poner 2 motores pequeños que uno solo de mayor tamaño. No nos detendremos sin embargo analizar las ventajas económicas, que las tiene, tener dos motores en lugar de uno, ya que nos aporta mayor fiabilidad y disponibilidad del grupo a la hora de realizar reparaciones, averías o mantenimientos preventivos, pudiéndolos programar durante las épocas de menor consumo.
Anexos:
Como anexo a éste documento de enunciado del ejercicio de TO, se adjunta una hoja Excel en donde vienen ya elaboradas diferentes apartados para que el alumno los complete y realice el trabajo.
Como novedad frente a los ejercicios de plataforma, se incluye en la hoja del plan de viabilidad una tabla (que ya incluye las fórmulas) para el cálculo de la duda, en forma de cuotas constantes en lugar de amortizaciones constantes de la deuda. El cálculo de cuotas constantes, es el método más utilizado por el sistema financiero para calcular las amortizaciones (Se calcula de igual modo que las cuotas de una hipoteca) únicamente el alumno debe indicar en la tabla el importe de la inversión, el plazo en años y el tipo de interés y la tabla calcula las cuotas.
Objetivos del trabajo
- Comprender cuales son los beneficios económicos que nos aporta la cogeneración.
- Aprender a diseñar una cogeneración para adaptarla a un consumo térmico dado.
- Aprender a realizar un estudio de viabilidad de una cogeneración.
La cogeneración es la producción conjunta de electricidad (o de energía mecánica) y de energía calorífica útil a partir de una fuente de energía primaria que se reaprovecha posteriormente. Una planta de cogeneración está formada básicamente por:
• Motor.
• Alternador.
• Sistema de recuperación de calor.
• Dispositivos eléctricos que controlan la distribución de la energía y la gestión del motor.
• Sistema hidráulico para la correcta distribución de la energía térmica.
En la mayoría de los casos, la energía primaria es el gas natural pero cada vez se utilizan con más frecuencia el biogás y otros gases especiales. Los motores alternativos de combustión interna utilizan los gases combustibles (gas natural mezclado con biogás) para producir energía mecánica y térmica. El alternador, que está conectado al motor de combustión, transforma la energía mecánica en electricidad parte de la cual será utilizada para el autoconsumo de la planta de tratamiento, y el excedente se podrá vender a la red eléctrica general. Si se hace un análisis económico comparando el ahorro y las ventas de electricidad con los costes de producción energética y los costes de mantenimiento, el periodo de amortización de una planta suele ser inferior a cinco años.
Beneficios
- La cogeneración permite ahorrar un 60% del consumo de energía primaria respecto a las plantas convencionales de energía térmica.
- Las plantas de producción energética centralizada tienen pérdidas de energía en su distribución. No es el caso de las plantas de cogeneración, ya que se encuentran situadas en el mismo lugar donde la energía será utilizada
- Las emisiones son un 25% menor que los generados por las centrales eléctricas convencionales. Las emisiones de CO2 de una planta de cogeneración son entre un 30% y un 60% más bajas que las emitidas al atmósfera por otras fuentes de energía.
- La planta de cogeneración no genera emisiones de azufre.
- Las plantas de cogeneración alimentadas con biogás o gases especiales no emiten CO2adicional y utilizan el gas metano (CH4) y el monóxido de carbono (CO) para su funcionamiento, evitando así la destrucción de la capa de ozono.
- La inversión necesaria en una planta de cogeneración con gas natural es muy atractiva en comparación con la inversión que requiere la instalación de una planta convencional. Una planta de cogeneración necesita una tercera parte menos de energía que un sistema separado de generación de electricidad y calor.
Las plantas de cogeneración son diseñadas en función de la demanda de energía térmica del usuario final. Por ello, es necesario analizar el requerimiento de calor anual. En general, la potencia térmica de la planta de cogeneración debería cubrir entre un 30%y un 50% de la demanda máxima de calor anual. Además, cada módulo de cogeneración debería alcanzar como mínimo unas 4.000 horas de operación cada año. Para valorar la eficiencia económica de una planta de cogeneración, es necesario comparar los ahorros y las ganancias resultantes de la producción de electricidad y calor con los costes de inversión.
Actualmente, la utilización de la cogeneración para el tratamiento de purines de cerdo está adquiriendo una gran importancia. La cogeneración es una alternativa a la gestión de los purines. La energía y el calor producidas por los motores de combustión se utilizan para evaporar y secarlos purines, eliminando sus elementos contaminantes, y lo convierten en un compuesto para la fabricación de abonos orgánicos. La energía eléctrica sobrante se puede vender a la red eléctrica.
Para dar preferencia a los sistemas más limpios y eficientes de generación energética, en el marco normativo se diferencia entre los sistemas en régimen ordinario y los sistemas en régimen especial. Dentro del grupo de los sistemas de generación en régimen especial hay todo lo que son cogeneraciones, o sea sistemas que al generar electricidad aprovechan el calor residual y, por tanto, son mucho más eficientes que los simples sistemas de generación eléctrica que malgastan entre un 50% o 70% del potencial energético. También se incluyen dentro de este grupo las energías renovables como la solar, la eólica, la geotérmica, mini hidráulica y biomasa. Y, finalmente, diferentes métodos de utilización y tratamiento de residuos para la generación de electricidad como forma óptima de aprovechar la destrucción de los diferentes tipos de residuos.
Con esta normativa se promociona la autoproducción y se garantiza la compra de la energía sobrante a un precio superior al del mercado si se cumplen ciertas condiciones de operación.
Hasta aquí se han encontrado las ganancias obtenidas gracias a los excedentes de energía eléctrica que vendemos a la red eléctrica general. Pero, para poder hacer una valoración global de los beneficios que conseguimos con el proceso de cogeneración también es necesario tener en cuenta los costes de la energía primaria. El combustible utilizado por los motores de combustión interna será el biogás generado en el proceso de digestión anaerobia junto con el gas natural proveniente de la red de suministro.
|
Consumo térmico Gas natural calderas (ACS- Calefacción- Piscina) |
|||||||
|
Mes |
Consumo gas |
Calor útil |
Horas op. |
Consumo auxiliares caldera |
Unidades |
Coste gas natural |
Coste eléctrico auxiliares |
|
Enero |
350.000 |
318.500 |
531 |
13.271 |
KWh |
17.150 € |
1.460 € |
|
Febrero |
320.000 |
291.200 |
485 |
12.133 |
KWh |
15.680 € |
1.335 € |
|
Marzo |
280.000 |
254.800 |
425 |
10.617 |
KWh |
13.720 € |
1.168 € |
|
Abril |
160.000 |
145.600 |
243 |
6.067 |
KWh |
7.840 € |
667 € |
|
Mayo |
120.000 |
109.200 |
182 |
4.550 |
KWh |
5.880 € |
501 € |
|
Junio |
60.000 |
54.600 |
91 |
2.275 |
KWh |
2.940 € |
250 € |
|
Julio |
60.000 |
54.600 |
91 |
2.275 |
KWh |
2.940 € |
250 € |
|
Agosto |
60.000 |
54.600 |
91 |
2.275 |
KWh |
2.940 € |
250 € |
|
Septiembre |
100.000 |
91.000 |
152 |
3.792 |
KWh |
4.900 € |
417 € |
|
Octubre |
150.000 |
136.500 |
228 |
5.688 |
KWh |
7.350 € |
626 € |
|
Noviembre |
210.000 |
191.100 |
319 |
7.963 |
KWh |
10.290 € |
876 € |
|
Diciembre |
320.000 |
291.200 |
485 |
12.133 |
KWh |
15.680 € |
1.335 € |
|
Total año |
2.190.000 |
1.992.900 |
3.322 |
83.038 |
KWh |
107.310 € |
9.134 € |
|
Consumo resistencias buffet |
||||
|
Mes |
Consumo eléctrico |
Calor suministrado |
Unidades |
Coste eléctrico |
|
Enero |
14.400 |
14.400 |
Kwh |
1584 |
|
Febrero |
14.400 |
14.400 |
Kwh |
1584 |
|
Marzo |
14.400 |
14.400 |
Kwh |
1584 |
|
Abril |
14.400 |
14.400 |
Kwh |
1584 |
|
Mayo |
14.400 |
14.400 |
Kwh |
1584 |
|
Junio |
14.400 |
14.400 |
Kwh |
1584 |
|
Julio |
14.400 |
14.400 |
Kwh |
1584 |
|
Agosto |
14.400 |
14.400 |
Kwh |
1584 |
|
Septiembre |
14.400 |
14.400 |
Kwh |
1584 |
|
Octubre |
14.400 |
14.400 |
Kwh |
1584 |
|
Noviembre |
14.400 |
14.400 |
Kwh |
1584 |
|
Diciembre |
14.400 |
14.400 |
Kwh |
1584 |
|
Total año |
172.800 |
172.800 |
Kwh |
19.008 |
|
Datos del motor de cogeneración |
|||
|
Potencia eléctrica bruta |
E |
0 |
Kw |
|
Potencia eléctrica bruta |
Eaux |
25 |
Kw |
|
Potencia eléctrica bruta |
V |
600 |
Kw |
|
Potencia eléctrica bruta |
Q |
660 |
Kw |
ALTERNATIVA 1
| Característica | Cantidad | Unidades |
| Tasa anual de pérdida de energía útil |
1 |
% |
| Gastos de mantenimiento |
40.000 |
euros/año |
| Gastos en seguros |
8.000 |
euros/año |
| Gastos administración y almacén |
12.000 |
euros/año |
| Gastos de personal |
22.000 |
euros/año |
| Gastos totales |
82.000 |
euros/año |
| Inversión inicial |
200.000 |
Euros |
|
Potencia eléctrica bruta |
E |
526 |
Kw |
|
Consumo de equipos auxiliares |
Eaux |
18 |
Kw |
|
Potencia térmica total |
V |
656 |
Kw |
|
Comsumo primario gas natural |
Q |
1363 |
Kw |
ALTERNATIVA 2
| Característica | Cantidad | Unidades |
| Tasa anual de pérdida de energía útil |
1 |
% |
| Gastos de mantenimiento |
40.000 |
euros/año |
| Gastos en seguros |
8.000 |
euros/año |
| Gastos administración y almacén |
12.000 |
euros/año |
| Gastos de personal |
22.000 |
euros/año |
| Gastos totales |
82.000 |
euros/año |
| Inversión inicial |
280.000 |
Euros |
|
1 motor |
2 motores |
|||
|
Potencia eléctrica bruta |
E |
230 |
460 |
Kw |
|
Consumo de equipos auxiliares |
Eaux |
10 |
20 |
Kw |
|
Potencia térmica total |
V |
351 |
702 |
Kw |
|
Comsumo primario gas natural |
Q |
649 |
1298 |
Kw |
CONCLUSIONES
La alternativa b es más viable desde el punto de vista económico, que la A, reportando un TIR superior.