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ÍNDICE DEL PROYECTO
1. MEMORIA.
1.1 MEMORIA DESCRIPTIVA.
1.1.1. Introducción a la cogeneración.
1.1.1.1. Tipos de proyectos.
1.1.1.2. Sistemas de cogeneración.
1.1.1.3. Ventajas de la cogeneración.
1.1.1.4. Plantas con motores de
combustión interna alternativos.
1.1.1.5. Situación actual del sector.
1.1.1.6. Otros aspectos económicos.
1.1.2. Objeto del proyecto.
1.1.3. Situación de referencia(características de
ubicación).
1.1.4. Descripción del polideportivo.
1.1.5. Referencias legales (normativas vigentes).
1.1.5.1. Derechos y obligaciones de los
productores.
1.1.5.2. Rendimiento de la instalación..
1.1.6. Descripción general de la planta de
cogeneración
1.1.7. Planteamiento de cogeneración en el
polideportivo.
1.1.8. Elementos de la instalación.
1.1.8.1. Grupo de cogeneración
1.1.8.2. Sala de máquinas
1.1.8.3. Bancadas
1.1.9. Condiciones de operación
1.1.10. Descripción de los elementos del sistema de
recuperación.
1.1.11. Seguridad.
1.1.12. Sistemas de control y mando
1.1.13. Sistemas auxiliares
1.2 CÁLCULOS
1.2.1. Cálculos
1.2.2. Datos de partida del
polideportivo.
1.2.2.1. Demanda térmica
1.2.2.2. Demanda eléctrica
1.2.3. Estudio mensual y de un día
típico en el polideportivo.
1.2.4. Estudio para 4000 y 8000 horas al
año de funcionamiento de la
planta
1.2.4.1.Reglamentación a
cumplir 4000 y
8000 horas.
1.2.4.2. Calculo del
rendimiento eléctrico
equivalente (REE) .
1.2.4.3. Cálculo de la
condición del
autogenerador
1.2.5. Elección de la potencia inicial a
instalar.
1.2.6. Estudio técnico y económico de
varios motores para 4000h.
1.2.6.1.Cumplimiento de
la reglamentación
1.2.7. Estudio de la planta con el motor
instalado.
1.3 ESTUDIO ECONÓMICO.
1.3.1. Datos de partida
1.3.1.1. Datos eléctricos
1.3.1.2. Datos térmicos
1.3.2. Estudio inicial económico
comparativo
1.3.3. Cálculo de las facturas
1.3.3.1.Cálculo de la
factura sin
cogeneración
1.3.3.2.Cálculo de la
factura con
cogeneración para
4000 h y 8000h
1.3.4. Ingresos por cogeneración para
4000 y 8000 horas de
funcionamiento del motor.
1.3.5. Gastos operación y
mantenimiento.
1.3.6. Resumen del presupuesto.
1.3.7. Análisis de rentabilidad
económica para 4000 y 8000 horas.
1.3.8. Conclusión final.
1.4 IMPACTO MEDIOAMBIENTAL
1.5 ANEJOS
2. PRESUPUESTO
2.1 MEDICIONES
2.2 PRECIOS UNITARIOS
2.3 SUMAS PARCIALES
2.4 PRESUPUESTO GENERAL
1.1.MEMORIA DESCRIPTIVA 1.1.1. Introducción Cogeneración es un término amplio que abarca multitud de
posibilidades y sistemas, pudiéndose definir como la producción
conjunta de energía térmica y mecánica. La energía térmica
aprovechable en forma de gases o líquidos a altas temperaturas
que se pueden utilizar directamente para el accionamiento
mecánico pudiendo hacer de éste accionamiento mecánico
energía eléctrica mediante un alternador.
El proceso de cogeneración permite la obtención
simultáneamente de electricidad, energía mecánica y energía
térmica a partir de un único combustible. La utilización de una
sola fuente para la producción de electricidad y calor conlleva
entre sus más destacadas ventajas un importante ahorro de
energía y consecuentemente una disminución de la factura
energética sin que sea necesaria modificación alguna del
proceso de producción inicial. Por otro lado, desde una
perspectiva termodinámica, la cogeneración ofrece una mayor
eficacia en comparación con las alternativas disponibles.
El éxito de la cogeneración radica en las políticas de ahorro
energético que son necesarias hoy en día. Éstas están basadas
en la mejora de los rendimientos de los procesos de
transformación. En las plantas de cogeneración, el
aprovechamiento de la energía es aproximadamente el 60%
mientras que en las centrales eléctricas actuales ronda el 35%.
Ésta diferencia se debe principalmente al evitar que la energía
térmica residual se pierda calentando el ambiente como ocurre
en las centrales eléctricas. Los sectores donde hay cogeneración
son los de papel, química, alimentación, siderurgia, cerámica o
instalaciones deportivas.
Definiendo la cogeneración como la generación conjunta de
energía eléctrica y térmica para ser empleada en procesos que se
desarrollen en un entorno más o menos próximo, el interés de
su empleo viene motivado principalmente por razones
energéticas y económicas.
La primera de ellas se debe a que la cogeneración representa
un ahorro en energía primaria, al necesitarse menos energía
para producir conjuntamente calor y electricidad que de forma
separada.
La autogeneración eléctrica consiste en la producción de
energía eléctrica en instalaciones propias para su consumo
siendo necesario que se deduzca un ahorro energético. Éste
requisito es necesario para ser considerado como autogenerador
y disfrutar de los derechos contemplados por el Real decreto
436/2004 de 12 de Marzo, además debemos conectar el grupo
generador en paralelo con la red de la Compañía
Suministradora. Las instalaciones deben estar diseñadas para
poder utilizar conjunta o alternativamente la energía eléctrica
suministrada por la compañía así como la energía eléctrica
autogenerada; además se debe transferir a la compañía sus
excedentes de energía siempre que sea posible mediante la red
percibiendo el precio que se determine, así como recibir en todo
momento de la compañía eléctrica la energía eléctrica necesaria
en caso de paro en los sistemas de autogeneración.
Por lo general el diseño de los sistemas de cogeneración cuya
producción se ajuste exactamente a las necesidades eléctricas y
térmicas del proceso no resulta factible, razón por la que los
sistemas de cogeneración normalmente se proyectan
ajustándose al proceso en función de la demanda térmica
correspondiente, siempre que los posibles excesos de energía
eléctrica puedan ser exportados a la red con el consiguiente
ingreso económico adicional.
1.1.1.1. Tipos de proyectos.
El término cogeneración caracteriza los procesos de
conversión de la energía en los que un combustible se
transforma con una doble finalidad: para producir electricidad y
en un flujo de energía térmica útil, habitualmente en forma de
vapor o agua caliente.
Ésta doble finalidad, producir electricidad y calor útil, no es
desde luego nueva. Desde principios de siglo existen sistemas de
cogeneración en plantas industriales. No obstante, se presentan
en los últimos años algunos conceptos relativamente recientes,
como son los Sistemas de Energía Total, que constituyen una
forma nueva de aplicación de la cogeneración.
Básicamente, hay cuatro tipos distintos de proyectos de
cogeneración:
- Proyectos en los que intervienen las compañías eléctricas
- Proyectos de cogeneración industriales
- Sistemas de calefacción de distrito
- Sistemas de energía total
Cogeneración industrial
A finales del siglo XIX, el vapor era producido en las
industrias para accionar las máquinas de vapor y generar así
energía mecánica o electricidad. En aquellos años, lo innovador
era utilizar vapor residual con fines de calefacción.
Los primeros años del siglo XX trajeron consigo una rápida
electrificación dentro de las industrias, de forma que los
motores eléctricos eran cada vez más utilizados para el
accionamiento de las máquinas. Como ya hemos dicho antes, en
aquella época, la autogeneración de la electricidad era la
práctica habitual.
No obstante en los años posteriores se produce una
disminución progresiva de la autogeneración en las industrias y
ello se puede explicar como consecuencia de dos razones
fundamentales que anteriormente hemos apuntado. Por una
parte, los costes progresivamente decrecientes de la electricidad
comprada de las compañías eléctricas, como consecuencia del
bajo precio de los combustibles fósiles y de la economía de
escala que se lograba al generarse la electricidad en las grandes
centrales. A éste bajo precio se unía además la fiabilidad cada
vez mayor en el suministro eléctrico.
La otra razón fundamental fue la aparición en el mercado de
las calderas que, una vez montadas en la fábrica, eran vendidas
como un package de forma que el precio de instalación y el coste
final se reducían de forma notable. Éstas unidades fueron
diseñadas para generar vapor a unas presiones demasiado bajas
como para ser utilizado en la generación de electricidad de una
forma eficiente.
Como consecuencia de todo ello, la tendencia en la industria
se dirigió hacia la instalación de calderas para generar el vapor
necesario para procesos y la compra a la red de la electricidad
que anteriormente había sido autogenerada.
No obstante, estos mismos factores de coste que llevaron a los
usuarios a sustituir la cogeneración por la electricidad de la red,
son los que han impulsado el incremento de las instalaciones de
cogeneración en los últimos años. En efecto, el coste de la
energía eléctrica suministrada por la red pública ha
experimentado un incremento muy significativo.
Ante la necesidad de la diversificación y mejora del
rendimiento y la producción eléctrica, los órganos legislativos de
numerosos países (USA, Holanda, España...) han aprobado leyes
dirigidas a potenciar la instalación de plantas de cogeneración.
Éstas leyes regulan las relaciones entre los cogeneradores y las
grandes compañías de electricidad, previendo los supuestos de
venta de energía a la red por parte del cogenerador y de compra
de energía en régimen de puntas.
Todo lo anteriormente expuesto, unido a la cada vez mayor
importancia que se concede a la protección del medio ambiente,
está suponiendo un notable incremento de la cogeneración en
las instalaciones industriales.
1.1.1.2. Sistemas de cogeneración
Los sistemas de cogeneración se pueden clasificar atendiendo
a diferentes criterios:
La primera clasificación que puede establecerse es la que
atiende al orden en que se realiza la generación de la energía
calorífica y de la energía eléctrica, es decir, el tipo de ciclo.
Según ésta clasificación los tipos de sistemas son:
- Ciclos superiores o de cabeza, la energía primaria se utiliza
para la producción de energía eléctrica, y posteriormente
el calor residual se utiliza para satisfacer las necesidades
térmicas. Es decir la energía primaria se utiliza para
producir un fluido caliente y a presión, que genera energía
mecánica y el calor residual del fluido se utiliza en el
proceso industrial, son los más utilizados.
- Ciclos inferiores o de cola, el orden es inverso al anterior, la
energía primaria se utiliza para la producción de energía
térmica, posteriormente el calor residual se utiliza para
la producción de energía eléctrica, esto es, la energía
primaria se utiliza en el proceso industrial y la energía
calorífica no aprovechada en el mismo se emplea en la
generación de energía mecánica.
Cada uno de los sistemas está compuesto
principalmente de máquinas térmicas, y cada una de éstas
máquinas trabaja según unos ciclos propios de la
termodinámica:
- Turbina de vapor, los ciclos con turbina de vapor a
contrapresión se usan en procesos de potencias elevadas,
en las cuales se necesitan grandes caudales de vapor.
Cuando el sistema tiene caudales de vapor pobres no se
suelen usar éste tipo de turbinas ya que se obtiene un bajo
rendimiento.
- Turbina de gas, la elección de la turbina de gas como motor
térmico se debe principalmente a una necesidad de energía
a alta temperatura, por encima de los 200 º C. Tiene la
ventaja de obtener mucha potencia ocupando poco espacio
físico y tener un peso reducido. Su principal inconveniente
es que no tolera un número alto de paradas y además tiene
un alto consumo por kW generado.
- Motores de combustión interna alternativos, se usan
principalmente cuando el sistema está sometido a
importantes fluctuaciones y cuando la instalación no
requiere grandes cantidades de vapor a altas temperaturas.
Éstos motores tienen un mayor rendimiento térmico y
buena versatilidad.
- Ciclos combinados.
1.1.1.3. Ventajas de la cogeneración
- Ahorro energético, la cogeneración permite un ahorro de
energía primaria, es decir, un ahorro energético.
- Implicaciones medioambientales, en una instalación de
cogeneración, el combustible necesario por unidad de
energía eléctrica y térmica consumida es la mitad del
necesario en una situación sin cogeneración; por lo tanto a
mitad de combustible mitad de emisiones a la atmósfera.
- Industrialización de zonas remotas, de difícil acceso o
alejadas de la red, además una diseminación de las
Plantas de Cogeneración mayor que la de las centrales
eléctricas evita la concentración de contaminantes. Por otra
parte, la distribución de las plantas de cogeneración por
toda la geografía nacional mejora la capacidad distributiva
de las redes de transporte al acercar los puntos de
producción a los de consumo. Así se evitan las pérdidas
que supone el transporte de energía estimadas en un 7,2%.
- Disminución de la dependencia energética del exterior y
diversificación de las fuentes de energía primaria.
- Rentabilidad económica e independencia de red para el
usuario.
- Reducción de la factura energética, de la empresa
potencialmente cogeneradora al conseguir una
optimización de balance energético.
- Relación entre precios, de la energía comprada a la red y el
precio del combustible usado en cogeneración.
- Ahorro de combustible en el ámbito nacional, ya que una
planta de cogeneración de alto rendimiento es capaz de
transformar entre un 80 y un 90% del contenido de energía
del combustible. Los sistemas convencionales transforman
únicamente entre un 30 y un 40% de la energía puesta en
juego, además la mayor parte de la energía se consume no
habiendo así pérdidas de transporte y/o distribución y se
tiene la posibilidad de aplicar combustibles poco
contaminantes, como combustibles residuales.
- Contribución a la conservación del medio ambiente, las
emisiones de dióxido de carbono son menores, los
combustibles usados suelen ser menos contaminantes y no
hay contaminación térmica en ríos o mares.
- Independencia del suministro de energía de la compañía
eléctrica, ya que en determinados procesos industriales en
los que un corte de suministro de energía eléctrica puede
producir graves problemas, el grupo de cogeneración
garantiza una continuidad de suministro.
1.1.1.4. Plantas con motores de combustión alternativos
A continuación se exponen las centrales de cogeneración con
motores alternativos, por ser éste el tipo de instalación que nos
ocupa.
Los combustibles utilizables en las plantas de cogeneración
con motores de combustión alternativos son tres básicamente
implicando características notoriamente diferentes: gas natural,
fuel-oil y gasoil.
A pesar del aumento de número de instalaciones de
cogeneración de éste tipo el sector posee un extraordinario
potencial de desarrollo.
Como razones fundamentales de éste desarrollo, además de
las anteriores:
- El desarrollo Legislativo del protocolo eléctrico, aunque
implica una reducción de la rentabilidad de los Plantas de
Cogeneración crea un marco de estabilidad a largo plazo
que probablemente estimula la inversión en éste tipo de
instalaciones.
- Además cabe destacar la bajada de los tipos de interés
como fuerte incentivo a la inversión en éste tipo de
instalaciones.
1.1.1.5. Situación actual del sector. Marco de referencia
La cogeneración en España, en el sentido en que hoy
entendemos como proyecto de optimización energética
industrial, comienza aproximadamente en el año 1986. Éste
límite temporal se aplica igualmente si el criterio que se adopta
es el tecnológico, ya que efectivamente ése año marca una
separación neta entre los proyectos basados en la turbina de
vapor y los nuevos proyectos basados fundamentalmente en
máquinas de combustión interna, tanto turbinas de gas como
motores alternativos.
A continuación mostramos una tabla con la distribución
sectorial de la cogeneración en España, y otra con la proporción
de cogeneraciones en función de su potencia instalada.
El fuerte crecimiento que había experimentado la implantación
de sistemas de cogeneración, fundamentalmente asociada a
procesos industriales, durante la última década no ha tenido su
colofón durante el cierre del siglo XX. La liberalización del sector
eléctrico y la situación coyuntural por las que está pasando el
sistema energético han repercutido seriamente no sólo en los
cogeneradores españoles sino también en otros países de la
Unión Europea. Este marco energético en el que se mueven los
cogeneradores ha afectado en primer lugar a las plantas que se
encuentran en explotación comercial, las cuales han visto
fuertemente reducidos sus márgenes llegando incluso a tener
pérdidas, y en segundo lugar a las nuevas inversiones, en donde
los promotores han decidido esperar a una mayor tranquilidad
del panorama energético para afianzarse una rentabilidad
mínima. Por otro lado el retroceso experimentado por la
aportación de los cogeneradores a la producción eléctrica global
de la Unión pone en peligro el cumplimiento del objetivo
establecido en la Estrategia Comunitaria para promocionar la
producción combinada de calor y electricidad (1) lo que a su vez
supone una menor contribución a la reducción de las emisiones
de CO2.
El sector de la Autogeneración eléctrica se ha visto afectado
por la nueva regularización del sistema eléctrico debiendo
competir con las centrales convencionales en un sistema de
marcación de precios por subasta, debiendo ofrecer precios
competitivos para garantizar su funcionamiento.
1.1.1.6. Otros aspectos económicos
La cogeneración debe ofrecer un coste menor en comparación
con la producción separada de calor y electricidad.
Los factores básicos de los aspectos socio-económicos de los
proyectos se centran en los factores de carga, las características
de la planta y las relaciones de intercambio con los mercados de
energía exteriores. La planta ofrece su beneficio máximo cuando
sus dimensiones se ajustan a la demanda de calor, resultando
las cargas de calefacción y refrigeración adecuadas, requisito
previo para el óptimo desarrollo del proceso.
Asimismo la demanda de electricidad y calor existente y las
horas anuales de funcionamiento son límites técnicos y
económicos para las opciones tecnológicas. Tanto éstas como
tamaño de la planta y tipo de fuente de energía primaria
dependen de la demanda a la que haya que dar respuesta;
además debemos incluir costes de explotación o rendimientos
entre otros que influyen en la rentabilidad de nuestro proyecto.
El factor que determina la relevancia de los procesos de
cogeneración es la interrelación con los mercados energéticos,
ya que el mercado de los carburantes fósiles establece el precio
de la fuente energética que se utilizará en el proceso. Por otro
lado, los productos de éstas plantas, el calor o el vapor,
compiten con centrales específicas que también consumen
combustibles fósiles.
Debe matizarse que la inversión requerida por las plantas de
cogeneración puede implicar varios riesgos por los cuales optar
por una fuente de financiación constituye con un obstáculo
además del problema del desconocimiento del sector, ya que
éstos procesos no son parte central de su actividad.
Para facilitar éstas instalaciones existen instrumentos
financieros innovadores y provechosos como la financiación por
terceros para inversión en procesos de cogeneración en la
industria y en el sector terciario.
1.1.2. Objeto del proyecto
El objeto principal del proyecto es analizar la viabilidad desde
el punto de vista técnico-económico de la instalación de una
planta de Cogeneración en un polideportivo.
Se pretende acometer la instalación de una central de
cogeneración que satisfaga las necesidades térmicas y eléctricas
del polideportivo.
El excedente de energía eléctrica se exportará a la Red
Eléctrica, de ésta manera se reducirán los costes energéticos de
la planta gracias a la producción conjunta de energía térmica y
eléctrica. Se cuenta además con la ventaja añadida del
autoabastecimiento e independencia de la Red Eléctrica ante
posibles fallos de suministro.
Para dicho estudio de viabilidad y rentabilidad se ha realizado
una estimación de los consumos eléctricos y térmicos en la
situación primitiva, sin cogeneración, y los que se obtendrán
con la implantación de dicho sistema. Los datos utilizados son
los facilitados por el polideportivo referentes al año 2004. El
análisis detallado se desarrolla en el Estudio Económico.
1.1.3. Situación de referencia
El polideportivo se encuentra en la provincia de Madrid. El clima
en ésta comunidad es un clima Mediterráneo, las temperaturas
medias en invierno son del orden de 4 ºC mientras que en
verano rondan los 34 ºC.
Las condiciones ambientales tienen una ligera influencia en las
características de los motores alternativos. La altura supondrá
disminución de prestaciones, así como las temperaturas
máximas de Agosto pueden suponer una pérdida en el
rendimiento de las instalaciones aunque en nuestro caso, el
motor permanecerá parado en ese mes.
Debemos tener en cuenta en las especificaciones del
fabricante las condiciones ambientales que tiene nuestra
instalación.
La temperatura de la red de agua se considerará a 17ºC.
El funcionamiento de la instalación es de aproximadamente
de 4000 horas al año. Debemos considerar que 760 horas el
motor no estará operativo por razones de mantenimiento y
posibles reparaciones.
La distribución de la demanda térmica y eléctrica no es
uniforme, aproximaremos éstas demandas con las facturas.
El motor debe funcionar siempre a plena carga, con el fin de
alcanzar la máxima rentabilidad.
Además el régimen de funcionamiento del motor debe cumplir
un rendimiento energético mínimo establecido por Ley, el
Rendimiento Energético Equivalente, que para instalaciones de
cogeneración de este tipo es del 55%, y un autoconsumo como
mínimo del 30% de la energía eléctrica generada.
1.1.4. Descripción del polideportivo
El polideportivo esta ubicado en Madrid, sus instalaciones
funcionan 24 horas al día, en principio todos los días del año.
Debemos cubrir dos tipos de demandas.
- ELÉCTRICA
- Tipo de contratación eléctrica: Modalidad de seis periodos
tarifarios.
- Potencia contratada P1: 959kW, P2: 960kW, P3: 961kW, P4:
962kW, P5: 963kW, P6: 964kW,
- TÉRMICA
- El polideportivo consume gas natural para el calentamiento
de piscinas, climatización y agua caliente sanitaria.
- Relación entre PCS y PCI : 1,11
Las necesidades de calor en la planta se han obtenido a partir
de las facturas por las compras de combustible efectuadas a lo
largo de un año de funcionamiento. La demanda de calor de la
instalación y la factura antes de la cogeneración a lo largo de un
año es:
La demanda eléctrica de la instalación y la factura antes de la
cogeneración a lo largo de un año es:
Ahora veremos gráficamente cómo se distribuye el consumo
de energía térmica y eléctrica a lo largo del año 2004:
MESES Demanda Térmica (KWh) TOTAL (€)ENERO 584866,7 8414,01FEBRERO 396474,1 5947,19MARZO 349470 5331,72ABRIL 417256,4 6052,57MAYO 232403,6 3632,11JUNIO 126711,2 2248,18JULIO 110436,7 2035,08AGOSTO 100229,8 1901,43SEPTIEMBRE 169202 2804,55OCTUBRE 271416,2 4142,94NOVIEMBRE 381511,9 5584,54DICIEMBRE 362455,5 5335,01TOTAL 3502434,1 53429,34
MESES Demanda Eléctrica (KWh) Total (€)ENERO 472844 32372,46
FEBRERO 344501 24206,09MARZO 309872 20524,81ABRIL 334708 21986,65MAYO 309401 19248,65JUNIO 437523 28353,49JULIO 418438 26915,01
AGOSTO 322029 15166,86SEPTIEMBRE 323768 20036,34
OCTUBRE 259721 17572,90NOVIEMBRE 349731 24538,88DICIEMBRE 352422 32364,56
TOTAL 4234958 283286,7195
0100000200000300000400000500000600000
Consumos (kWh)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Meses
Datos de Partida
Demanda EléctricaDemanda Térmica
1.1.5. Referencias legales
La cogeneración se ampara en las siguientes disposiciones
legales:
- Real Decreto 436/2004 de 12 de Marzo, por el que se
establece la metodología para la actualización y
sistematización del régimen jurídico y económico de la
actividad de producción de energía eléctrica en régimen
especial.
- Real Decreto 1802/2003 de 26 de diciembre, por el que se
establece la tarifa eléctrica para el 2004.
- Real Decreto 1164/2001, de 26 de octubre, por el que se
establecen tarifas de acceso a las redes de transporte y
distribución de energía eléctrica.
- Orden ECO/33/2004, de 15 de enero, por el que se
establecen las tarifas de gas natural y gases
manufacturados por canalización y alquiler de contadores
y derechos de acometida para los consumidores conectados
a redes de presión de suministro igual o inferior a 4 bares.
- Real Decreto 949/2001, de 3 de agosto, por el que se
regula el acceso de terceros a las instalaciones gasistas y
se establece un sistema económico integrado del sector del
gas natural.
- Ley 38/1972, de 22 de diciembre, de protección del
ambiente atmosférico (26/12/72, B.O.E.)
- Decreto 833/1975, de 6 de febrero, por el que se desarrolla
la Ley 38/1972 de protección del ambiente atmosférico
(22/04/75, B.O.E.)
- Real Decreto Legislativo 1302/1986, de 28 de junio, de
evaluación de impacto ambiental (30/06/86, B.O.E.)
1.1.5.1. Derechos y obligaciones de los productores
Entendidos como derechos y obligaciones de los
productores en régimen especial con las compañías
distribuidoras, según el Real Decreto 436/2004.
Derechos:
- Conectar en paralelo su grupo o grupos generadores a la
red de la compañía distribuidora.
- Utilizar conjuntamente o alternativamente en sus
instalaciones la energía eléctrica autogenerada y la
suministrada por la compañía.
- Transferir a la compañía suministradora de electricidad
sus excedentes de energía, siempre que sea posible
técnicamente su absorción por la red y percibir por ello el
precio que resulte de lo dispuesto en el Real Decreto
436/2004.
- Recibir en todo momento de la compañía suministradora la
energía eléctrica que sea necesaria para un total
desenvolvimiento de su actividad.
Obligaciones:
- Entregar y recibir la energía en condiciones técnicas
adecuadas.
- Abstenerse de ceder a terceros los excedentes de energía
eléctrica no consumida.
- Utilizar en sus instalaciones la energía procedente de sus
generadores, vertiendo a la red exclusivamente los
excedentes.
1.1.5.2. Rendimiento
El Real Decreto 436/2004 de 12 de marzo, sobre producción
de energía eléctrica por instalaciones, de cogeneración,
hidráulicas y otras abastecidas por recursos o fuentes de
energía renovables, establece un rendimiento energético mínimo
para instalaciones de cogeneración. Este rendimiento varía
según la tecnología y combustible utilizado.
El rendimiento a considerar es el Rendimiento eléctrico
equivalente, que en el Anexo I de dicho Real Decreto se define
como sigue:
90,
VQ
ERee
−−−−====
Donde:
- eeR es el rendimiento eléctrico equivalente
- E es la energía eléctrica generada medida en bornes del
alternador y expresada como energía térmica, con un
equivalente de 1 kWh = 860 Kcal
- Q es el consumo de energía primaria con referencia al
poder calorífico inferior (PCI) del combustible utilizado.
- V es la energía primaria imputable a la producción de calor
útil demandado por la industria (se fija un rendimiento del
90%, que es el correspondiente a procesos convencionales
de alta eficacia).
El grupo en el que debe incluirse ésta instalación es el
correspondiente a la utilización de gas natural en motores
térmicos, para éste grupo se establece que el Rendimiento
Eléctrico Equivalente sea igual o superior al 55%. Como se
demuestra posteriormente de forma analítica la potencia de
nuestro motor depende del Rendimiento Eléctrico Equivalente
así como de otro parámetro, el autoconsumo.
Para poder generar energía eléctrica y que la red esté obligada
a comprarla, debemos cumplir el reglamento de autoconsumo.
Ésta norma se refiere a que al menos el 30% de la energía
producida se debe consumir en el propio polideportivo. En el
apartado de cálculo se realiza dicho cálculo y se obtiene una
proporción de 30% de autoconsumo sobre la energía generada.
En éste caso ha sido un autoconsumo justo ya que ha sido éste
parámetro el que ha determinado la potencia del motor.
1.1.6. Descripción de la planta de cogeneración.
Nuestra central de cogeneración constará principalmente de
los siguientes equipos:
- Un motogenerador formado por un motor con sus
correspondientes sistemas de refrigeración y de
recuperación de calor en los gases de escape. El motor
suministrará gran parte de la demanda térmica del
polideportivo.
- Un generador de 1500 Kw. de potencia eléctrica acoplado
al motor de combustión. Los grupos estarán
interconectados con la compañía eléctrica, ésta energía se
invertirá en el consumo del propio polideportivo y en la
venta a la Red Eléctrica.
- Una Caldera de gas, para proporcionar el calor demandado
por el polideportivo, en la franja horaria del día en el que el
motor permanece parado.
- Instalación eléctrica, encargada de realizar la conexión de
la Red con el grupo motogenerador y con los consumos del
propio polideportivo y de los equipos auxiliares de la
instalación de cogeneración.
- Equipo de control al que llegarán las distintas señales de
los equipos de instalación y que determinará las posibles
acciones a tomar.
- Sistemas agua-vapor, encargado de la recuperación del
calor de los sistemas de refrigeración y escape de los
motores.
1.1.7. Planteamiento de cogeneración en el polideportivo
El criterio de diseño de la planta de cogeneración será
satisfacer lo mejor posible las necesidades térmicas y eléctricas
del polideportivo, cumpliendo además la normativa.
El funcionamiento del motor requiere una refrigeración
continua de sus distintos elementos. Para ello, el motor cuenta
con tres intercambiadores de calor:
- Se refrigera el agua de camisas de los cilindros así como el
aceite de lubricación, lo que conforma el Circuito de Alta.
Los circuitos de agua necesarios, así como los distintos
cambiadores constituyen la primera parte del sistema de
recuperación de calor.
- La segunda parte la constituye la caldera de recuperación
que produce vapor de agua aprovechando el calor de los
gases de escape. El objetivo fundamental del sistema de
recuperación de calor es, por una parte la generación de
vapor en la caldera de recuperación, y por otra la obtención
del máximo caudal de agua caliente a la máxima
temperatura posible para su consumo en el polideportivo.
- El tercer el sistema es el de baja, se intercambia calor con
el circuito del postenfriador, ésta energía no es
aprovechable debido a la baja temperatura.
1.1.8. Elementos de la instalación
1.1.8.1 Grupo de cogeneración
Los motores alternativos son máquinas volumétricas
consistentes básicamente en u dispositivo cilindro-émbolo en el
que se introduce a través de unas válvulas o lumbreras el aire y
el combustible. Una vez efectuada la combustión, los gases
resultantes de la misma son expulsados al exterior a través de
las válvulas de escape. Mediante las reacciones químicas de
combustión se libera energía química del combustible siendo
parte de ésta energía transformada en el efecto útil del motor,
que en una aplicación convencional es el trabajo mecánico que
se transmite.
Los adelantos en ésta materia de años anteriores en la
recuperación del calor eliminado, así como la coyuntura de los
precios de la energía, ha permitido la utilización cada vez más
frecuente de motores alternativos en instalaciones de
cogeneración.
En un motor alternativo aproximadamente el 30-35% de la
energía que hay en el combustible es convertida en trabajo en el
eje. La energía restante es eliminada en forma de calor o energía
térmica de los gases de escape. La fuente más conveniente de
calor recuperable es la correspondiente a los gases de escape
por su alta temperatura y al agua de enfriamiento de las
camisas por ser utilizable prácticamente en su totalidad.
En cuanto a eficiencia, los gases de escape ocupan el segundo
puesto del aprovechamiento de la energía térmica del motor,
ronda el 60% aproximadamente.
La potencia en el eje de un motor puede emplearse para
generar electricidad (como es en nuestro caso), para mover una
bomba, accionar un compresor o cualquier otra carga. Por otra
parte el calor recuperado puede utilizarse para calefacción
industrial o de un edificio, secado, suministro de agua caliente
sanitaria, calentamiento de piscinas, o incluso para la
producción de vapor a baja presión.
Las oportunidades en el mercado para la aplicación de
cogeneración con éste tipo de motores son prácticamente
ilimitadas.
En nuestro proyecto se usa un motor con combustión de gas
natural, compuesto por los siguientes elementos:
- Motor
- Generador
- Accesorios principales
- Instrumentación y control
Es un grupo electrógeno a gas natural, un Jenbacher JMS
420, cuyos parámetros generales son:
1.1.8.2. Sala de máquinas
Un motor genera ruido, por lo que debe ser confinado dentro
de una sala de máquinas. La buena práctica exige la provisión
de un cerramiento total para las salas de máquinas.
El ruido de un motor funcionando a plena carga puede
alcanzar el valor de 105 dBA a un metro de distancia y en el
tubo de escape pueden llegar a alcanzar los 120 dbA. En un
motor atmosférico, el ruido en la admisión puede llegar a 105-
110 dBA alcanzando en motores sobrealimentados los 120-125
dBA.
Para reducir el nivel de la presión acústica fuera de la sala de
máquinas a niveles aceptables, basta en la mayoría de las
instalaciones con paredes de bloques de hormigón de ocho a
diez pulgadas rellenos de morteros de arena y con el techo de
MARCA GE JenbacherMODELO JMS 420
POT.ELEC (kW) 1416POT.TERM(kW) 1505CONS.GAS (kW) 3334
REE 0,560REND. ELEC(%) 42,7REND.TER(%) 45,13
TOT 87,6Precio (€) 430000
hormigón. De ésta forma conseguimos un efecto silenciador de
45 dBA.
Para una mayor reducción de nivel acústico se puede colocar
una capa de aislamiento de fibra de vidrio o similar. Por otra
parte, es conveniente instalar silenciadores en el conducto de
admisión de aire de combustión, en el tubo de escape y en los
conductos de entrada y salida del aire de ventilación en algunos
casos.
Otro aspecto a tener en cuenta es el de la ventilación de la
sala de máquinas. Aproximadamente del 6 al 8% de la energía
consumida por el motor se disipa al aire por radiación. La
eliminación de éste calor es necesaria para el funcionamiento
apropiado de la instalación. La ventilación de la sala de
máquinas debe cumplir con dos funciones fundamentales:
1. Garantizar la condición ambiental que permita funcionar al
motor con el más alto nivel de rendimiento. Téngase en
cuenta que cuanto más frío es el aire mayor es la potencia
eficaz. Por ello es esencial un suministro suficiente de aire
limpio y fresco.
2. Proporcionar unas condiciones ambientales lo más
confortables posibles a las personas que deban operar en
la sala.
La ventilación ha de ser calculada considerando
aproximadamente una necesidad del 200% del consumo de aire
combustión. Se puede aceptar, como un valor orientativo, que
dicho consumo para un motor medio está en el rango de 4-6
m3/h-CV instalado.
La ventilación natural de la sala de máquinas sólo debe ser
considerada en el caso de una sala con accesos directos del
exterior. Los huecos para la ventilación natural deben estar
concebidos de forma que no puedan cerrarse y no permitan
filtraciones de agua ni polvo. El sistema de ventilación forzada
es el recomendado para salas de máquinas en sótanos o lugares
de difícil entrada de aire ambiente. El extractor será siempre de
capacidad inferior al impulsar.
En todos los casos, el aire de ventilación debe circular de
abajo hacia arriba. La diferencia de temperatura entre la
entrada y salida del aire puede oscilar entre 8ºC y 20ºC.
Teniendo en cuenta el calor que debe eliminar la ventilación,
resulta que la cantidad de aire de ventilación, resulta que la
cantidad de aire de ventilación es del orden de 18m3/h por kWh
de energía aportada por el combustible.
1.1.8.3. Bancadas
Los motores estacionarios requieren una base de
asentamiento de hormigón, que lo sustentará y aislará de
vibraciones a la estructura de su alrededor. La base
proporcionará además la superficie de nivel donde anclar el
motor. Para fijar el grupo sobre la base de hormigón se suele
insertar en la propia masa unos perfiles de acero que permiten
posteriormente fijar la bancada metálica del grupo.
Vamos a hacer un breve estudio acerca dela carga a que se ve
sometida la bancada de un motor. Las acciones, fuerzas y
momentos que aparecen durante el funcionamiento de un motor
alternativo en régimen estacionario se pueden clasificar en
externas e internas. Entre las llamadas externas se encuentran:
- Peso del motor
- Fuerzas de reacción de los gases de escape y de los líquidos
en movimiento.
- Par resistente del medio exterior al giro del cigüeñal.
Como acciones internas se consideran:
- Fuerzas de inercia de las masas con movimiento alternativo
- Fuerzas centrífugas de las masas con movimiento giratorio
- Par motor
Tanto las acciones externas como las internas pueden estar
equilibradas o no. Se consideran como no equilibradas las que
se transmiten a los apoyos del motor, mientras que las acciones
equilibradas son aquellas cuyas fuerzas y momentos son nulos.
Algunas de las acciones no equilibradas citadas tienen muy
poca influencia en el equilibrado del motor, bien porque su
magnitud y dirección permanecen constantes, como es el caso
del peso del motor, bien porque varíen muy poco o porque su
magnitud sea despreciable, como las fuerzas de reacción de los
gases y líquidos en movimiento y las fuerzas tangenciales.
En consecuencia, el origen del desequilibrio de un motor se
reduce a las fuerzas de inercia de las masas en movimiento
alternativo que varían periódicamente en magnitud y sentido, a
las fuerzas centrífugas debidas a las masas con movimiento
giratorio que varían constantemente de dirección y al par motor
cuya magnitud es variable con el tiempo.
En un motor desequilibrado, la presión sobre la bancada
varía continuamente y origina vibraciones, provocando
desajustes, sobrecarga, desgastes y otras consecuencias
indeseables. La situación se ve agravada si la frecuencia de las
vibraciones se acerca a la frecuencia propia de vibración del
sistema o de alguna de sus partes.
Un motor estará equilibrado si durante el funcionamiento
estacionario del mismo se transmiten a la bancada de fuerzas y
momentos constantes en magnitud y dirección, o bien, si éstos
son nulos. Para que el equilibrado previsto en el diseño se
cumpla, las piezas del motor deberán fabricarse en conformidad
estricta con las tolerancias (en masas y dimensiones)
establecidas, a fin de asegurar iguales masas de los grupos de
pistones, iguales masas e idénticas disposición de los centros de
gravedad de las bielas y equilibrado estático y dinámico del
cigüeñal.
Conviene recordar la influencia que sobre la dinámica del
motor ejerce el orden de encendido, dependiendo de éste las
fases de las fuerzas y momentos que actúan en los distintos
cilindros. El orden de encendido se fija atendiendo a:
1. Que los encendidos se sucedan a intervalos iguales de
tiempo para conseguir un funcionamiento más regular del
motor.
2. Que los cilindros que se suceden en el encendido estén lo
más lejos posible unos de otros, a fin de disminuir las
cargas sobre los cojinetes de apoyo del cigüeñal.
3. Para que la amplitud de las vibraciones torsionales del
cigüeñal sea la menor posible.
Por todas las razones expuestas anteriormente queda
justificada la importancia del dimensionado y del diseño de la
bancada.
1.1.9. Condiciones de operación
Las condiciones de operación normal han sido expuestas
anteriormente.
El motor nos proporciona varias fuentes térmicas, dos de
ellas aprovechables como son los gases de escape, las camisas y
el aceite. Además se considera potencia térmica no aprovechable
la referente a radiación que se va al ambiente así como el
circuito de baja.
- Gases de escape: constituyen la fuente de calor de más alta
temperatura disponible en cada motor. La temperatura de
salida de los gases de escape es de 120º C. La temperatura
de salida de los gases del recuperador dependerá de la
temperatura del fluido que se deba calentar, así como del
rendimiento que tengamos en el intercambiador. En éste
caso se trata de calentar agua de una caldera en la que se
quiere generar vapor a al presión de 5 bares, que es la que
se precisa para la caldera, con lo que la temperatura a la
que debe estar será de 151,86º C. En la instalación se
dispondrá de una válvula de tres vías situadas antes de la
caldera cuya función será desviar los gases de escape hacia
la atmósfera en caso de que la caldera se encuentre fuera
de servicio, cuando la caldera esté en uso los gases de
escape también saldrán a la atmósfera pero después de
haber sido reducida su temperatura en el intercambiador.
- Circuito de alta temperatura: Éste circuito procede del
sistema de refrigeración del motor y proporciona, al igual
que los gases de escape, aunque en menor medida, una
potencia térmica recuperable.
- Éste calor aprovechable cuando el polideportivo esté
parado representa un problema, para ello se colocan
aerorefrigeradores que nos garantizan que la entrada se
haga a 90,5 º C.
- Circuito de baja temperatura: es el agua procedente del
circuito de refrigeración del postenfriador. Su
aprovechamiento térmico es el más difícil, ya que entra al
motor a una temperatura de entre 28-32ºC, por ello éste
calor no es aprovechado y su refrigeración se lleva a cabo
en una torre de refrigeración cerrada que asegure las
temperaturas de entrada citadas anteriormente.
1.1.10. Elementos del sistema de recuperación
1.1.10.1. Caldera de recuperación
Un componente importante de las instalaciones de
cogeneración y que no está presente en las plantas de potencia
convencionales son los recuperadores de calor residual.
Generalmente en éstas unidades se produce vapor, por lo que se
les denomina generadores de vapor de calor residual, pudiendo
existir o no postcombustión adicional.
Una caldera de recuperación es básicamente un
intercambiador de calor. Puesto que el lado frío del
intercambiador es agua que experimenta una transición de fase
y se transforma en vapor gracias al calor recibido, su
incremento de temperatura no es muy importante. Por ello en
éste caso no tiene mucho sentido utilizar como índice que refleja
el comportamiento del recuperador la efectividad.
Un criterio más útil consiste en definir el rendimiento del
generador de vapor de calores residuales como la relación entre
el calor transferido al lado frío dividido entre el calor transferido
al lado caliente.
La instalación dispone de una caldera de recuperación donde
se calienta el agua hasta su vaporización a partir de la potencia
calorífica de los gases de escape.
Se precisa generar vapor a 5 bares de presión, para ello se va
a introducir en la caldera los gases de escape, encargados de
vaporizar el agua que se encuentra en la caldera. Para conseguir
vaporizar el agua a la presión deseada debemos alcanzar los
152º C, temperatura a la cual obtenemos vapor saturado.
Los gases de combustión salen del motor a una temperatura
de 489 ºC, su aprovechamiento implica el aprovechamiento de
una gran potencia que de otro modo sería evacuado a la
atmósfera directamente.
En la mayor parte de los casos los gases de combustión salen
de los motores a temperaturas elevadas, éstos gases pueden ser
utilizados para producir vapor. La temperatura a la que trabajan
éstas calderas es inferior a la temperatura a la que trabajan las
calderas ordinarias, esto hace que en éstas el calor transmitido sea
por radiación mientras que en las calderas de recuperación la
transferencia de calor se haga por convección. Ésta
característica supone que el contacto deba ser más cercano
entre los gases y las paredes del tubo, su diseño se lleva a cabo
para conseguir éste fin, para ello hay que dar a los gases la
suficiente velocidad como para que el régimen sea turbulento.
Como ventajas de las calderas de recuperación podemos citar:
- El proceso de intercambio de calor en calderas de
recuperación es uno de los que implica mayor rendimiento.
- Las calderas de recuperación exigen una inversión menor
que otros sistemas de recuperación de calor alternativos.
- La refrigeración de los tubos por el agua y el vapor en su
interior permiten en las calderas de recuperación admitir
los gases a temperaturas más altas que en otros sistemas.
- El control en las calderas de recuperación se realiza
fácilmente sobre la base de la demanda y presión del vapor.
Las calderas de recuperación utilizadas en cogeneración son
de dos tipos principalmente:
- Acuotubulares : en las cuales el paso de los gases se
produce por el exterior de los tubos por los cuales circula el
agua que queremos calentar.
- Pirotubulares: paso de los gases por el interior de los tubos
sumergidos en el agua de la caldera.
Ambos tipos de caldera son similares en cuanto a
disponibilidad, seguridad, mantenimiento y pérdida de carga
mientras que difieren en los siguientes aspectos:
- Limpieza: en las calderas pirotubulares la limpieza se
realiza durante paradas de la planta mediante cepillos y
aspiradores o con lavados de agua a presión; en las
acuotubulares se hace en marcha mediante soplado
periódico de las superficies de transmisión pudiéndose
realizar de forma automática.
- Capacidad de respuesta ante cambios en la demanda de
vapor: la caldera acuotubular responde mejor ante
variaciones normales de la demanda de vapor mientras que
la pirotubular, por su mayor inercia, responden mejor ante
cambios más bruscos en la demanda.
- Producción de vapor: la caldera acuotubular de circulación
forzada tiene una producción específica mayor. Para una
misma producción de vapor tiene un menor peso y tamaño
que la pirotubular.
En nuestro caso tomaremos una caldera pirotubular, a pesar
de las características anteriores nos inclinamos por ésta
configuración, que constituye una opción más económica.
Además nuestra caldera no dispone de economizador, éste
accesorio anexo a la caldera permite aprovechar aún más el
calor residual; para ello se coloca una cámara anexa a la propia
caldera dónde se precalienta el agua con los gases que ya no
pueden darnos más potencia térmica. Una vez que el agua ha
pasado por el economizador se dirige a la caldera donde se
realiza el proceso de intercambio de calor usual.
1.1.10.2. Aerorefrigerador centrífugo
Éste componente constituye el segundo mayor
aprovechamiento de energía térmica del motor por detrás de la
caldera
Éste aerorefrigerador centrífugo permite a un flujo de aire y a
otro de agua llevar a cabo un intercambio de calor. En éste caso
se trata de un sistema de agua-aire cuyo fin es el secado de los
ladrillos antes de ser cocidos en el horno.
Como consecuencia el aerorefrigerador centrífugo deberá
reducir la temperatura del circuito de alta del motor, que sale
del motor a una temperatura media de 98ºC y debe volver con
una temperatura aproximada de 90ºC.
Como ya quedó especificado el aprovechamiento de la energía
térmica de éste circuito sólo se puede llevar a cabo cuando el
polideportivo esté funcionando, por lo tanto hemos de prever la
refrigeración de nuestro motor en ésta situación, y para ello
usamos los aerorefrigeradores axiales. No obstante se puede dar
la situación de que usemos parte de la energía térmica en el
calentamiento del aire y además usemos los aerorefrigerantes
por no haber absorbido la suficiente energía y entre al motor
con un exceso de temperatura.
1.1.10.3. Aerorefrigerantes
El sistema de refrigeración de la instalación dispone de un
cambiador calor aire, que representa una transferencia de calor
por convección forzada, que tiene por objeto mantener la
temperatura del circuito de alta temperatura entre unos valores
adecuados.
Como ya dijimos anteriormente éste dispositivo entra en
funcionamiento cuando el polideportivo esté detenido o si
estando en funcionamiento requiera menos energía térmica de
la que necesitada en otras situaciones. En ésta última
posibilidad el caudal del circuito de alta se enfriaría por
separado para volver a unirse a al entrada del circuito de
refrigeración del motor.
Obviamente hemos tomado un dispositivo que nos cumpla las
solicitaciones de refrigeración más críticas, es decir los 1890
l/min de caudal máximo y con un salto térmico de 8,5ºC.
Éste elemento consta de varios ventiladores axiales
horizontales con intercambiadores de tubos intercalados. El aire
atraviesa estos ventiladores fluyendo en sentido ascendente y
refrigerando el agua que circula por los tubos.
Además disponemos de unas sondas que detectan el exceso
de temperatura del agua, en cuyo caso se envía una señal al
aerorefrigerador que pone en funcionamiento tantos ventiladores
como fueran necesarios en función de la variación de
temperatura a conseguir.
La instalación aerorefrigerante en disposición horizontal, tiro
forzado, ejecución compacta compuesto por los siguientes
componentes:
1.) Haz tubular aleteado
Núcleos tubulares de cobre, con aletas continuadas de
aluminio. Éste conjunto es sostenido por medio de chapas
transversales perforadas y por el bastidor.
La alimentación del haz tubular se realiza por medio de
bridas PN16, que van soldadas a los colectores de distribución
de cobre. Estos colectores tienen una aireación en la parte más
alta así como un vaciado en la parte más baja.
Los paneles laterales de acero incorporan orejetas para izado
de los haces. El tratamiento de la totalidad de su superficie
incluido las chapas soportes y embellecedores mediante
galvanizado en caliente más una protección adicional
anticorrosiva denominada “Sorabond”, que consiste en un
desengrase, una cromatización y la aplicación de resinas epoxis
que confieren a las superficies tratadas un excelente
comportamiento frente a la corrosión.
2.) Caja de aire y estructura soporte
Se realiza de planchas de acero galvanizado ensambladas con
remaches. Ésta caja descansa sobre varios soportes. El conjunto
se trata contra la corrosión con el procedimiento “Sorabond”.
Unos tabiques independientes interiores permiten el
funcionamiento de los ventiladores de forma independiente.
3.)Caja de conexiones
La conexión de todos los motores está fijada en la parte
frontal del aerorefrigerante, encima de los colectores. Es
hermética, IP65, y en ejecución estándar contienen una regleta
sobre la cual van conectados todos los motores eléctricos.
4.)Ventilador
Equilibrado según VDI, y montados directamente sobre el eje
del motor.
El aerorefrigerante se ubicará en la cubierta de la sala del
motor al igual que la torre de refrigeración, el intercambiador de
placas y el silenciador de los gases de escape.
1.1.10.4. Torre de refrigeración
Está destinada a la refrigeración del circuito del
postenfriador. Se trata de una torre de circuito cerrado, cuyo
principio de funcionamiento se detalla a continuación.
El fluido a refrigerar en éste caso es agua que se hace circular
a través de los tubos de la batería de intercambio, sin que exista
contacto directo con el ambiente exterior, consiguiendo así
preservar el fluido del circuito primario de cualquier
ensuciamiento o contaminación.
El calor se transmite desde el fluido, a través de las paredes
de los tubos, hacia el agua que es continuamente rociada sobre
la batería.
El ventilador, situado en la parte de superior de la torre,
aspira el aire que es conducido a contracorriente del agua,
evaporando así una pequeña cantidad de la misma, absorbiendo
así el calor latente de evaporación y descargándolo en la
atmósfera.
El resto del agua es recirculada mediante una bomba que
impulsa el agua desde la bandeja hasta los pulverizadores
(circuito secundario)
Una pequeña cantidad de calor es transmitida directamente
al aire exterior por convección, como si se tratara de un
aerorefrigerante.
1.1.10.5. Ventilación de la sala del motor
Con éste sistema pretendemos disipar el calor que el motor
emite por radiación, que debe ser eliminado de la sala.
Para solventar el problema se lleva a cabo la instalación de
un silenciador en la entrada del aire, situado en la parte inferior
de uno de los muros que comunique con el exterior y de un
ventilador de extracción situado en el techo. Cabe destacar que
el silenciador debe estar colocado enfrente del alternador que
también debemos refrigerar y además en mitad del motor visto
en planta desde el techo, con esto conseguimos que la corriente
de aire refrigerante disminuya la temperatura a ambos lados de
igual forma, de lo contrario podríamos provocar que uno de los
lados se enfríe demasiado y perjudique las condiciones de
funcionamiento del motor o por el contrario que haya una
sobretemperatura y puedan surgir problemas de mayor
consideración en el motor.
Además debemos contemplar la implantación de un
silenciador que permita cumplir con los requerimientos legales
en materia de contaminación acústica y que determinan que la
intensidad del sonido no debe ser mayor de 55 dbA de la
vivienda más cercana.
- Ventilador
El ventilador que debamos instalar debe ser capaz de disipar
la potencia que genera el motor en forma de radiación
- Silenciador
Situado en una de las paredes a exteriores de la sala del
motor, consiste en varias placas paralelas que disminuyen el
nivel de ruido transmitido por el aire. Éste sistema dispone
además de una rejilla que limita el acceso a la sala de polvo,
suciedad u otros cuerpos que pudieran acceder a la sala del
motor.
Dentro de éste apartado y relacionado con la acústica
industrial planteamos la necesidad de instalar puertas aislantes
de ruido para que el personal de la central no esté en
condiciones de trabajo nocivas debido a la contaminación
acústica.
Las puertas acústicas construidas mediante chapas de acero
galvanizado, tratadas con aislamiento antidumping, panel
acústico interior y equipadas con doble junta de goma cierres a
presión.
Se suministran con marco de fijación y con angular o con
tubo de refuerzo, y en los casos en los que se requiera mayor
absorción, en las salas con terminación interior en chapa
perforada.
El acabado estándar es en chapa galvanizada pero bajo
pedido se suministrarán en cualquier color.
1.1.10.6. Bombas
Los grupos de bombeo necesarios para la funcionalidad de
nuestra instalación son:
- Circulación del agua del circuito de baja temperatura y
torre de refrigeración ( 1 bomba)
- Circulación del agua del circuito de alta temperatura y
aerorefrigeradores de los motores (1 bomba)
La colocación de las bombas se nos antojan imprescindibles
para la impulsión del fluido a través de todos los circuitos
necesarios para el correcto funcionamiento de la instalación.
Éstas bombas son necesarias para compensar las pérdidas de
carga generadas a lo largo de los diferentes tramos de tuberías
así como las producidas en los elementos intercambiadores,
además de válvulas y codos.
Como elementos intermedios entre los anteriormente citados
deben intercalarse bombas que permitan que el fluido realice el
recorrido trazado, teniendo en cuenta que atraviesa diversas
longitudes de tubería además de otros elementos que introducen
pérdidas de carga.
1.1.10.7. Sistema de escape
El sistema de escape correspondiente a los gases de escape
del motor está formado por los elementos de conducción de
dichos gases desde la salida del motor hasta la caldera de
recuperación y desde la salida de la caldera de recuperación de
calor hasta la salida de los gases de escape a la atmósfera.
Cuando la caldera no funciona los gases de escape salen
directamente a la atmósfera sin pasar por el elemento de
recuperación.
El fabricante no suministra un silenciador que deberemos
colocar y a partir de éste colocaremos los siguientes elementos
que se detallan a continuación en los apartados siguientes:
- Tuberías de escape
- Silenciador
- Chimeneas de by-pass
- Válvulas
- Calorifugado
- Juntas de expansión
- Estructuras y soportes
1.1.10.7.1. Tuberías de escape
Los gases de escape salen a través de las tuberías de escape
de los motores atravesando en los primeros metros de su
recorrido el silenciador pasa por la caldera si ésta funciona y a
continuación salen a la atmósfera.
El material de éstos conductos debe tener las propiedades
mecánicas apropiadas para poder soportar las cargas originadas
por la presión de los gases y su temperatura.
La longitud de los conductos debe ser lo más corta posible
debido a la pérdida de carga que los gases provocarían de lo
contrario mayor presión y pudiendo ascender tanto que los
gases de escape en vez de salir a la atmósfera vayan hacia el
interior del motor pudiendo provocar graves problemas. Por lo
tanto la diferencia entre la elección de un tipo de acero u otro
para optimizar el presupuesto implicaría poca variación en el
coste final de la instalación y por lo tanto debemos atender en
mayor medida a las condiciones de trabajo del material así como
la vida de la instalación para que no sea necesario el cambio de
los conductos.
Los conductos del sistema de escape irán debidamente
calorifugados, éste recubrimiento de tuberías con material
aislante obedece a dos razones principalmente:
- En primer lugar, para evitar posibles quemaduras por
contacto con las superficies de las tuberías, que se
encuentran a una temperatura de 489ºC pudiendo
ocasionar lesiones graves a las personas que transiten por
la sala de motores.
- En segundo lugar para evitar que se produzcan excesivas
pérdidas térmicas en los conductos que van a la caldera de
recuperación, lo que supondría un descenso del
rendimiento del proceso al disponerse de menor potencia
calorífica en los gases de escape en la entrada a la caldera,
y por tanto, una menor producción de vapor.
El calorifugado consiste en un recubrimiento de material
aislante (fibra cerámica o lana mineral) y una capa protectora de
aluminio correctamente fijados a los conductos.
1.1.10.7.2. Silenciador
El silenciador se coloca antes de que los gases de escape
salgan a la atmósfera o antes de que pasen por la caldera, de lo
contrario el nivel sonoro sería muy alto. Para la selección del
silencioso debemos tener en cuenta la temperatura de los gases
de escape, así como la presión a la que circulen éstos gases.
Además hemos de tener en cuenta las pérdidas de carga que
supone el silencioso a la salida del escape.
Hay varios tipos de silenciosos atendiendo a su configuración
interna, a las pérdidas de carga, a las frecuencias de trabajo,
asimismo los materiales que configuran éstos silenciosos son
distintos en función de las necesidades de la instalación, por lo
tanto la clasificación de los principales silenciosos en función
de sus características y su construcción es la siguiente:
- Una de las configuraciones se compone de dos cámaras
cilíndricas, la primera de expansión con sistema venturi y
la segunda de absorción con núcleo central. Los
envolventes son cilíndricos construidos en chapa de acero
con tratamiento de imprimación y pintura resistente a
altas temperaturas, el interior es de acero inoxidable ó
chapa galvanizada. Éste tipo de silenciosos están
especialmente diseñados para reducir el ruido en bajas,
medias y altas frecuencias.
- Otro tipo de configuración sería la formada por dos
cámaras cilíndricas, la primera recubierta con chapa
perforada y material absorbente y la segunda incorpora
además un núcleo central con lo que se consigue una
reducción de ruido elevada en medias y altas frecuencias.
La construcción es robusta, la envolvente es cilíndrica en
chapa de acero con tratamiento de imprimación y pintura
resistente a altas temperaturas. El interior está construido
con material fonoabsorbente de alta eficacia protegido
mediante chapa perforada de acero inoxidable o chapa
galvanizada.
- Por último tenemos unos silenciadores basados en el
principio de absorción diseñados para reducir el ruido en
medias y altas frecuencias. La construcción es robusta con
envolvente cilíndrica de acero con todas las juntas
soldadas y tratamiento mediante pintura e imprimación
resistente a altas temperaturas. El interior está construido
con material fonoabsorbente de alta eficacia protegido
mediante chapa perforada de acero inoxidable ó
galvanizada.
Aunque el fabricante no incluye en el equipamiento de serie el
silencioso sí lo incluye en el equipamiento opcional, el silencioso
que instalaremos será el que el fabricante aconseja.
1.1.10.7.3. Chimenea de by-pass
Es necesaria la instalación de un by-pass entre el motor y la
caldera de recuperación como elemento de seguridad. Permite el
escape de los gases en caso de emergencia evitando un aumento
de la contrapresión en los motores y daños en conductos o en la
caldera de recuperación.
Éste modo de funcionamiento desaprovecha una gran
cantidad de energía, la contenida en los gases de escape. Sin
embargo no será un funcionamiento habitual de la instalación
pero sí se utilizará en situaciones de emergencia y en los
períodos de mantenimiento de la caldera, así como en los
transitorios de arranque y parada de los motores.
El tramo final de la chimenea cuenta con un sombrerete para
evitar la entrada de agua así como cualquier cuerpo que podría
perjudicar el funcionamiento normal de nuestra instalación.
1.1.10.7.4. Válvulas
Para guiar el flujo de los gases de escape se colocará un
distribuidor en la tubería de escape. Éste distribuidor consta de
una carcasa con cuerpo en forma de T con una entrada de gases
y dos salidas a 90º con bridas en las tres conexiones.
La distribución se realiza mediante dos alas móviles, situadas
en las salidas de los gases y que tienen movimientos opuestos
pudiendo seleccionarse cualquier vía de escape.
El movimiento de las alas se consigue a través de un sistema
de timonería exterior accionada neumáticamente. Se trata por
tanto de una válvula de todo o nada que dirige el flujo de gases
de escape del motor hacia la caldera de recuperación ó hacia la
chimenea.
Éstas válvulas contarán con transmisores de final de carrera
de forma que la posición de éstas será transmitidas al sistema
de control de forma continua actuando éste en función de las
posibles situaciones.
1.1.10.7.5. Juntas de expansión
El conducto de escape está sometido a fuertes cargas
térmicas por lo que debemos tener en cuenta las deformaciones
producidas en el mismo. Por ello, será necesario instalar una
serie de juntas de expansión capaces de absorber éstas
deformaciones de forma que el conducto no se vea sometido a
importantes cargas térmicas adicionales cuando trabaje en las
temperaturas de diseño.
En el conducto de escape de los motores se ha previsto la
colocación de tres juntas de expansión. Las dos primeras se
colocarán inmediatamente a la salida del motor en el tramo
vertical, de forma que absorben las dilataciones verticales
producidas en éste tramo.
Colocaremos otra junta de expansión antes de las válvulas las
distribuidoras de forma que absorben las dilataciones de los
tramos horizontales existentes entre las válvulas distribuidoras
y la unión con los tramos verticales antes mencionados.
Otra válvula de expansión la colocaremos entre la caldera de
recuperación y las válvulas distribuidoras tomando la
responsabilidad de compensar las dilataciones de éstos tramos.
1.1.10.7.6. Estructuras y soportes
Para la correcta sujeción y soporte de los conductos de los
gases de escape, se habilitarán los correspondientes apoyos y
anclajes en los puntos que sean necesarios.
El conjunto de soportes y juntas de expansión darán a los
conductos la estabilidad y flexibilidad necesarias para su
correcto funcionamiento.
Algunos de los apoyos y estructuras que se deberán construir
para rigidizar determinados puntos del trazado son los
siguientes:
- Estructuras que soportarán los conductos al nivel de las
válvulas distribuidoras. Una de ellas estará diseñada para
soportar, además de las cargas del propio tramo y de la
válvula distribuidora, el peso del tramo de conducto
vertical que saliendo de la válvula conduce los gases hacia
la chimenea de by-pass. La otra estructura deberá ser
capaz de soportar, además de las cargas antes descritas, el
peso de la chimenea de by-pass
- Si fuese necesario, se colocará un anclaje en el techo para
soportar el peso del conducto perpendicular a los tramos
principales que desemboca en la chimenea de by-pass. Los
tramos verticales de salida de los gases de escape del motor
serán anclados en los codos de la pared lateral de forma
que se soporten así los pesos de dichos tramos verticales,
de los silenciadores y de las juntas de expansión.
- En los tramos existentes entre las válvulas distribuidoras y
dichos tramos verticales se colocarán sendos apoyos
móviles que permitan las dilataciones que se absorben en
las juntas de expansión. De igual manera existirá otro
apoyo de éste tipo en cada tramo localizado entre las
válvulas distribuidoras y la caldera de recuperación.
Además de éstos soportes se deberán instalar las pasarelas y
las plataformas de acceso necesarias para el montaje,
mantenimiento y acceso a los equipos instalados en el conducto
como válvulas o medidores.
1.1.10.7.7. Tuberías y valvulerías
- Tuberías
Para el dimensionado de las tuberías de la instalación se ha
tomado la velocidad obtenida mediante el caudal máximo
facilitado por el fabricante y con el diámetro de las bridas a
partir de las cuales se colocarán las tuberías.
La temperatura de los fluidos y la presión de servicio de los
distintos tramos de tuberías de las cuales se compone el sistema
de recuperación de calor no hacen necesaria la utilización de
ningún tipo de acero especial.
Todas las tuberías serán de acero al carbono salvo en las que
circulan el agua para consumos y limpiezas. Dado que éstas
tuberías llevan un fluido que puede ser utilizado para el
consumo humano serán de acero galvanizado.
La mayor parte de las tuberías de la instalación del sistema
de recuperación de calor conducen fluidos a temperatura
superior a 40ºC. Éstas tuberías deben calorifugarse con el fin de
mantener las temperaturas de diseño en los distintos puntos de
la instalación, de lo contrario podemos perder rendimiento por
pérdida de temperatura de los circuitos de refrigeración.
- Válvulas
Como criterio de diseño del sistema se ha impuesto que todos
los tramos de tubería, así como cada uno de los equipos puede
ser aislado en caso de avería mediante las correspondientes
válvulas de interrupción.
En las tuberías de agua caliente éstas válvulas son de
accionamiento manual salvo las manipuladas por el sistema de
control que serán accionadas neumáticamente.
También se instalarán las correspondiente válvulas
antirretorno en los puntos en los que correspondan.
1.1.10.8. Vasos de expansión
Los vasos de expansión se colocan en los circuitos cerrados
para absorber las dilataciones del líquido, en éste caso agua.
Para ello contamos con un pequeño depósito de líquido
separado de un gas a presión de la tubería por una membrana.
Como sabemos el agua se puede considerar un fluido
incompresible, por lo tanto ante un aumento de temperatura de
unos 75ºC las tuberías no aguantarían el efecto de dilatación del
líquido pudiendo ocasionar graves problemas en la instalación.
1.1.11. Seguridad
La instalación de cogeneración deberá contar con un sistema
de seguridad adecuado, para garantizar la integridad de las
personas y de la maquinaria frente a posibles incendios. Para
ello, se deberá de cumplir con lo establecido en el Reglamento de
Instalaciones de Protección Contra Incendios, Real Decreto
1942/1993 del 5 de noviembre.
Debido a la presencia de tensión eléctrica, se deberá disponer
del número suficiente de extintores de CO2 convenientemente
distribuidos en la sala del grupo motogenerador, del
transformador y de las cabinas eléctricas y de control.
Además allí donde haya riesgo de fuego por derrame debido a
la existencia de aceite se deberá colocar un extintor portátil de
polvo. Éste es el caso de la sala del motogenerador ya que éste
cuenta con un depósito de aceite perteneciente al sistema de
lubricación del motor.
La instalación de la cogeneración deberá contar con un
sistema de seguridad adecuado para garantizar la integridad de
las personas y de la maquinaria frente a los posibles incendios.
Para ello se deberá cumplir con la reglamentación establecida en
el Reglamento de Instalaciones de Protección contra Incendios,
Real Decreto 1942/1933 del 5 de noviembre (BOE de 14 de
diciembre de 1993).
De ésta manera se deberá disponer del número suficiente de
extintores portátiles de CO2 debido a la presencia de tensión
eléctrica, convenientemente distribuidos en las salas de
transformadores, cabinas eléctricas y sala de control.
El grupo electrógeno deberá tener su propio equipo de
detección, y extinción automática de fuego. Éstos equipos de
detección deberá mandar también una señal al Sistema de
Control Central.
1.1.12. Sistemas de control y mando
La instalación ha de incluir necesariamente una serie de
elementos indispensables para el correcto funcionamiento y
control de la instalación. Algunos de ellos son de instalación
obligatoria puesto que se trata de elementos de seguridad
mientras que otros sistemas se colocan para obtener un mejor
rendimiento de la instalación además de mejorar el
mantenimiento.
- Depósito de expansión
Con el propósito de absorber las dilataciones del agua, las
instalaciones de agua caliente deben equiparse con depósitos
de expansión. Éstos depósitos son indispensables debido a la
no compresibilidad del agua que aumenta su volumen al
aumentar su temperatura siendo en nuestra instalación el
salto térmico de 80ºC.
Un vaso de expansión alberga dos fluidos, el líquido que
experimenta las dilataciones y un gas presurizado separados
por una membrana. Su instalación amortigua la dilatación del
agua aumentando la presión del gas.
En caso de usar agua mezclada con glicol debemos estudiar
el cambio de densidad propio de la mezcla obtenida. La
capacidad del depósito del vaso de expansión de ser la
suficiente para admitir la dilatación del salto térmico máximo
en la totalidad de líquido que tenemos en el circuito cerrado.
En éste caso al tratarse de una instalación en circuito
cerrado a la atmósfera se seleccionará un depósito de
expansión cerrado, que representa ventajas notables respecto
a los depósitos abiertos. Éstas son las siguientes:
- Fácil montaje y como consecuencia posible ubicación en
cualquier lugar de la instalación
- No hay necesidad de aislarlos
- Al instalarse en circuitos cerrados no absorben oxígeno del
aire
- Eliminan las pérdidas del fluido por evaporación, evitando
la corrosión del agua de reposición.
- Manómetro
Dan a conocer el valor de la presión en el interior de las
tuberías o depósitos. Se conectarán manómetros en cada
una de las ramas de los circuitos donde el dato de presión
sea relevante para el correcto funcionamiento de la
instalación así como la seguridad de la misma.
- Válvulas de seguridad
La actual legislación exige la colocación de válvulas de
seguridad en todos los circuitos sometidos a presión y a
variaciones de temperatura. Las válvulas de presión actúan
como limitadores de presión de los circuitos y son
imprescindibles para proteger los componentes de la
instalación.
- Purgadores
Son elementos encargados de evacuar el aire contenido
en el fluido, la presencia de los gases puede dar lugar a la
formación de bolsas que impidan la correcta circulación del
fluido y puedan provocar corrosiones en los distintos
elementos de la instalación.
El purgador estará colocado en el punto más alto de la
instalación, que es donde se acumulan los gases al
separarse del fluido.
Para asegurar la evacuación de los gases disueltos en el
líquido hacia el exterior por el purgador se coloca un
desairador, también en el punto más alto de la instalación.
- Válvulas de compuerta
Son válvulas de aislamiento que facilitan el montaje y
desmontaje del circuito para el mantenimiento y reparación
en caso de averías. Se eligen válvulas de compuerta y no de
otro tipo porque las pérdidas de carga introducidas son
menores.
1.1.13. Sistemas auxiliares
1.1.13.1. Sistema de arranque
Los motores alternativos pueden utilizar diversos sistemas de
arranque, de forma que permitan al usuario elegir la
configuración más adecuada en cada instalación. Básicamente
existen dos tipos de arranque: neumático y eléctrico.
- Arranque neumático
El sistema de arranque neumático consta de un arrancador
que se monta sobre el cárter volante del motor y que está
equipada con un piñón de arranque similar al del motor de
arranque eléctrico. Éste piñón engrana en una corona dentada
montada sobre el volante, para accionar así el motor en el
arranque. Una vez puesto éste en marcha, el arrancador se
desengrana automáticamente.
La alimentación del aire al arracandor se realiza por medio de
una o varias botellas de aire, cuya carga se efectúa mediante un
compresor. Las tuberías de arranque y llenado de botellas
suelen ser de acero estirado en frío sin soldaduras y deben en
todos los casos ser independientes.
- Arranque eléctrico
El arrancador eléctrico consiste en un motor provisto de un
piñón que engrana sobre la corona dentada montada sobre el
volante motor. El piñón del arrancador se desengrana
automáticamente de la corona en el momento en el que el motor
ha arrancado.
1.1.13.2. Sistema de lubricación
Los componentes principales del sistema de aceite de
lubricación se componen del depósito exterior al motor debe
estar situado de tal forma que el aceite fluya por gravedad.
Además, debe estar convenientemente accesible para el
rellenado. Con el fin de proporcionar la adición automática de
aceite de relleno conforma sea necesario, se utiliza un control
automático del nivel de aceite.
Como hemos visto anteriormente, en las aplicaciones para
cogeneración, el calor eliminado por el aceite de lubricación
puede ser utilizado para la producción de agua caliente de uso
doméstico u otras demandas térmicas de baja temperatura. En
los motores turboalimentados y postenfriadores, de enfriamiento
con agua a alta temperatura o en ebullición, suele ser habitual
conectar en serie el postenfriador y el enfriador de aceite.
1.1.13.3. Sistema de seguridad
El funcionamiento del sistema de seguridad se basa en la
detección de una anomalía de funcionamiento y la actuación
sobre los elementos de parada (válvulas de entrada de gas y
sistema de encendido)
El control y supervisión del motor se suele realizar mediante
un automatismo electrónico incorporado en el cuadro eléctrico.
El automatismo recibe las señales de los sensores colocados
sobre el motor y cuando se produce una anomalía, corta el
suministro eléctrico de las válvulas de entrada de gas y una vez
que el motor ha parado anula el sistema de encendido.
Simultáneamente el automatismo señala óptica y
acústicamente la alarma. Suele ser necesario pulsar un botón
de anulación de bocina y subsanar la avería para después
pulsar el botón de rearme poder arrancar nuevamente el motor.
Los parámetros a controlar y que pueden dar origen a una
parada son, entre otros:
- Baja presión de aceite
- Alta temperatura del agua
- Alta temperatura de aceite
- Alta presión de aire de admisión
- Bajo nivel de aceite
- Baja presión de gas
- Sobrevelocidad
- Alta temperatura de gases de escape
Además de éste control y supervisión automático, existe en el
motor una válvula de paro manual que corta el suministro de
gas. En el cuadro eléctrico suele haber también un pulsador de
emergencia que produce la parada del motor. Como seguridad
contra sobrecargas está la válvula de regulación de máxima
presión del turbocompresor (wastegaste)
1.1.13.4. Cuadros eléctricos de control y maniobra
El automatismo se encarga del control de suministro de
energía del motor en función de la demanda energética.
Contienen todos los aparatos necesarios para el
cumplimiento de las siguientes funciones:
- Servicio continuo controlado del grupo
- Control de la carga de los consumidores
- Sincronización automática del grupo con la red
- Control del motor y protección de los generadores
- Posibilidad de servicio manual de la instalación completa.
- Vigilancia de la tensión de red en los márgenes de tensión,
frecuencia, microcorte y asimetría, así como de tensión y
frecuencia en el generador, cumpliendo con la normativa
vigente en cuanto a interconexión con la red.
Entre los aparatos más importantes que se suelen encontrar
en el cuadro de control y maniobra están:
Automatismo de control/parada/arranque
Contiene las siguientes funciones:
- Todas las necesarias para el arranque automático del
grupo, con generalmente dos intentos más de arranque, en
caso de fallo.
- Liberación del interruptor del generador
- Control del motor
- Marcha sin carga del motor para su enfriamiento
- Parada automática
- Vigilancia de la máxima y mínima tensión del generador y
de la red, dentro de los márgenes ajustados por
potenciómetro
- Control de motor en marcha y sobrevelocidad ajustables
- Alarmas codificables con un amplio margen de
posibilidades
Pulsadores de selección
Está provisto además de los pulsadores de selección para
desconectado, del servicio manual, arranque manual, prueba de
lámparas, etc..
Lámparas de señalización
Asimismo, hay diversas lámparas de señalización, por
ejemplo, de baja presión de gas, motor en marcha, baja presión
de aceite, sobre temperatura de agua, sobrecarga y
cortocircuito, microcorte de red, etc..
En los motores sobrealimentados, se incluyen también las
alarmas de alta temperatura del aire y sobrealimentación y alta
presión.
1.2 CALCULOS
1.2.1 Cálculos
Para el correcto diseño de la planta de cogeneración es
necesario conocer las demandas energéticas del polideportivo.
Esto permite adecuar la instalación de cogeneración a las
necesidades del polideportivo cumpliendo las especificaciones
que marca la ley, con la condición de autogenerador, esto es,
superando el valor mínimo de la energía eléctrica de
autoconsumo según el Real Decreto 436/2004, y con la
condición de rendimiento equivalente.
El cumplimiento de éstas condiciones de rendimiento y
autoconsumo deben realizarse como media en un período de un
año. Por éste motivo, los cálculos de demandas energéticas se
calculan para dicho período, aunque también lo detallaremos de
forma mensual.
Para hacer la instalación de cogeneración debemos hacer
unos cálculos previos para estudiar qué equipos se adapta
mejor a las características del polideportivo, éstos cálculos se
basan en las demandas eléctricas y térmicas del polideportivo. A
partir de ellos se decidirá que motor es el más apropiado para
las condiciones de operación del polideportivo.
1.2.2. Datos iniciales
1.2.2.1. Demanda térmica
Para el cálculo de la demanda térmica contamos con los datos
facilitados por responsables del polideportivo sobre el consumo
de gas natural del año 2004.
Con estos datos concluimos que la demanda térmica anual de
nuestro polideportivo es de 3.502.434,1 kWh/año. Estos datos
son referidos al poder calorífico superior(PCI), ya que es el que
se tendrá en cuenta a la hora de calcular las facturas térmicas.
Este consumo pertenece a un funcionamiento del polideportivo
de 24 h al día, 365 días al año.
1.2.2.2. Demanda eléctrica
La demanda eléctrica ha sido obtenida de forma análoga a la
factura eléctrica, los datos eléctricos iniciales que conocemos
son:
MESES Demanda Térmica (KWh)ENERO 584866,7FEBRERO 396474,1MARZO 349470ABRIL 417256,4MAYO 232403,6JUNIO 126711,2JULIO 110436,7AGOSTO 100229,8SEPTIEMBRE 169202OCTUBRE 271416,2NOVIEMBRE 381511,9DICIEMBRE 362455,5TOTAL 3502434,1
- Tipo de contratación eléctrica: Modalidad de seis periodos
eléctricos.
- Potencia contratada en cada periodo: P1: 959kW, P2:
960kW, P3: 961kW, P4: 962kW, P5: 963kW, P6: 964kW,
- Tensión de conexión: 20 kV
Una vez expuestas las características eléctricas exponemos
las facturas mensuales, siendo el funcionamiento continuo
durante el día y durante el año.
Como vemos el consumo anual de energía eléctrica en nuestro
polideportivo va a ser de 1.234.985 kWh/año.
MESES Demanda Eléctrica (KWh)ENERO 472844
FEBRERO 344501MARZO 309872ABRIL 334708MAYO 309401JUNIO 437523JULIO 418438
AGOSTO 322029SEPTIEMBRE 323768
OCTUBRE 259721NOVIEMBRE 349731DICIEMBRE 352422
TOTAL 4234958
1.2.3. Estudio de un día típico en el polideportivo
Para realizar los cálculos de elección del motor a instalar en
la planta se va a realizar inicialmente un estudio que muestre
las tendencias de cada uno de los meses de las distintas
demandas del polideportivo, tanto de la eléctrica como de la
térmica.
Se va a estudiar de cada una de ellas cuánta energía se
demanda en Kwh. , así como los meses en los que existen mayor
demanda de una y otra, la diferencia entre ellas y el coste de la
producción.
Para ello vamos a estudiar en primer lugar los datos térmicos:
- Datos térmicos. Tenemos los datos de lo que consumimos a
lo largo de un mes sabiendo que el polideportivo funciona
de forma continua a lo largo de todo el mes, con ello
determinaremos el consumo en un día.
Ahora representaremos en un gráfico el consumo de los días
típicos a lo largo del año, con esto podemos determinar la
conveniencia de la instalación de cogeneración, además dará las
pautas para convenir el paro del motor que se hará en el mes
que menos gas natural y menos energía eléctrica consumamos
teniendo también en cuenta cual de los dos consumos tiene una
mayor relevancia con respecto del otro.
- Datos eléctricos. Procedemos de forma análoga al caso
anterior:
CONSUMO TÉRMICO EN UN DÍA TÍPICO (kWh/día)
0
5000
10000
15000
20000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
MESES
MESES CONSUMO DIARIO(kWh/día)ENERO 18866,67
FEBRERO 14159,79MARZO 11273,23ABRIL 13908,55MAYO 7496,89JUNIO 4223,71JULIO 3562,47
AGOSTO 3233,22SEPTIEMBRE 5640,07
OCTUBRE 8755,36NOVIEMBRE 12717,06DICIEMBRE 11692,11
Ahora representamos en un gráfico los resultados de los días
típicos del polideportivo:
CONSUMO ELÉCTRICO DE UN DÍA TÍPICO (kWh/día)
0
5000
10000
15000
20000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
MESES
Con los datos obtenidos anteriormente podemos determinar el
mes de paro del motor sea el mes de Agosto, ya que el gasto de
potencia térmica es el más reducido del año y además la factura
eléctrica es la más baja.
MESES CONSUMO DIARIO(kWh/día)ENERO 15253,03
FEBRERO 12303,61MARZO 9995,87ABRIL 11156,93MAYO 9980,68JUNIO 14584,10JULIO 13498,00
AGOSTO 10388,03SEPTIEMBRE 10792,27
OCTUBRE 8378,10NOVIEMBRE 11657,70DICIEMBRE 11368,45
1.2.4. Estudio para 4000 y 8000 horas al año de
funcionamiento de la planta.
Pasaremos a calcular la potencia máxima instalada en la planta,
para dos posibles alternativas de horarios de funcionamiento de
nuestra planta de cogeneración, es decir para 4000 y 8000
horas. Para ello calcularemos las dos restricciones que
condicionan la máxima potencia instalada para 4000 y 8000
horas según el Real Decreto 436/2004. Estas dos restricciones
son el cumplimiento del autoconsumo y la de rendimiento
eléctrico equivalente(REE). Podemos adelantar que según el
estudio de viabilidad la alternativa más rentable desde el punto
de vista económico es la de 4000 horas. Sin embargo en este
apartado se estudiarán en principio las dos alternativas.
1.2.4.1. Reglamentación a cumplir para 4000 y 8000
horas
Cualquier instalación de cogeneración tiene que cumplir con
una reglamentación vigente. Ésta reglamentación se refiere a
dos condiciones:
- Referente al consumo eléctrico del polideportivo, condición
de autogenerador. La condición referente al consumo
eléctrico se refiere que por ley, según Real decreto
436/2004, la potencia eléctrica a consumir por el
polideportivo debe ser al menos el 30% de la potencia
eléctrica que producimos.
- Referente al consumo térmico. Con el aprovechamiento del
calor del motor térmico deberá tener la instalación un
rendimiento eléctrico efectivo mayor que el 55%.
El cumplimiento de éstas dos condiciones hace que el
polideportivo puede producir energía eléctrica y usarla para su
autoconsumo y el resto podrá venderlo a la red eléctrica que
estará obligado a comprarla. Para que la red esté obligada a
comprarla aparte de cumplir éstas dos condiciones tendrá que
estar dentro del grupo que establece dicho real decreto:
Podrán acogerse al régimen especial establecido en éste Real
Decreto aquellas instalaciones de producción de energía eléctrica
con potencia eléctrica instalada inferior o igual a 50 MW; que
reúnan las siguientes características:
- Instalaciones de autoproductores que utilicen la
cogeneración u otras formas de producción térmica de
electricidad asociadas a actividades no eléctricas siempre
que supongan un alto rendimiento energético y satisfagan
los requisitos establecidos.
- Instalaciones que incluyen una central de cogeneración
entendiéndose como tales aquellas que combinan la
producción de energía eléctrica con la producción de calor
útil para su posterior aprovechamiento energético no
eléctrico.
Por tanto, la instalación del motor estará limitada por el
cumplimiento de dichas condiciones.
Para hacer la elección del motor se van a calcular los límites
de las potencias que se podrían instalar cumpliendo cada una
de esas reglamentaciones en el límite. De ésta forma se
obtendrán dos potencias teóricas que podríamos instalar, la
potencia que sea más restrictiva será la que cumpla las dos
condiciones, la de autoconsumo y la de rendimiento equivalente,
obteniendo la potencia inicial teórica.
Una vez hemos determinado la potencia teórica inicial a
instalar elegimos el motor que más se acerque a esa potencia
obedeciendo a las condiciones impuestas con sus valores
específicos.
1.2.4.2. Cálculo del rendimiento eléctrico equivalente
para 4000 y 8000 horas.
Según el Real Decreto 436/2004 para obtener dicho
rendimiento eléctrico debemos tener en cuenta:
- El rendimiento de las instalaciones viene dado por la
fórmula
Q
VER
++++==== , siendo:
- Q, consumo de energía primaria con referencia al poder
calorífico superior del combustible utilizado.
- V, son las unidades térmicas de calor útil demandado por
la industria, la empresa de servicios o los consumidores de
la demanda de calor útil, los equipos consumidores de
energía térmica, a los que abastecerá la instalación de
producción eléctrica en régimen especial, ubicados en uno
o varios espacios.
- E es la energía eléctrica generada medida en bornes de
alternador y expresada como energía térmica, siendo
1kWh=860 Kcal.
- Se considera como energía primaria imputable a la
producción de calor útil V, la requerida por las calderas de
alta eficiencia en operación comercial.
- Para la determinación del rendimiento eléctrico equivalente
en el momento de extender el Acta de puesta en marcha, se
contabilizarán los parámetros E, V y Q durante un período
interrumpido de dos horas de funcionamiento a carga
nominal, éstos parámetros serán utilizados a efectos de
justificar el cumplimiento del rendimiento eléctrico
equivalente en la declaración anual.
- Será condición necesaria para poder acogerse al régimen
especial regulado en el presente Real Decreto, en las
instalaciones de producción de los grupos a) y d) del
artículo 2 del Real Decreto, que el rendimiento eléctrico
equivalente de la instalación, promedio de un período
anual, sea igual o superior al que corresponda según el
combustible utilizado con la tabla siguiente:
- En las instalaciones que usen varios combustibles
convencionales se aplicará a cada uno el rendimiento
mínimo exigido, en función de la energía eléctrica y de la
energía primaria que les sean técnicamente imputables. Si
se utilizara combustible convencional distinto a los
recogidos en la tabla anterior, se solicitará a la Dirección
General de la energía el establecimiento del rendimiento
mínimo exigido para dicho combustible.
- Para la verificación del Rendimiento Eléctrico Equivalente,
tanto para las instalaciones existentes como nuevas, se
instalarán equipos de medida locales y totalizadores, luego
cada uno de los parámetros anteriores E, Q y V deberán
tener como mínimo un equipo de medida.
Tipo de combustible Ree %
Combustible líquido en centrales con calderas 49Combustible líquido en motores térmicos 56Combustible sólidos 49Gas natural y GLP en motores térmicos 55Gas natural y GLP en turbinas de gas y otras tecnologías 59Otras tecnologías y/o combustibles 59
Por lo tanto para cumplir la condición del rendimiento
eléctrico equivalente tenemos que cumplir que el Ree sea al
menos del 55 %.
Para llevar a cabo éste primer cálculo aproximativo de la
potencia que se puede instalar para cumplir la condición de
rendimiento equivalente es calcular la potencia mínima que se
puede instalar para cumplir éste requerimiento, es decir, vamos
a poner como rendimiento eléctrico equivalente para ésta
primera aproximación un valor del 55 %.
En primer lugar tenemos para 4000 horas/año
Partimos de la expresión siguiente:
55,0
9,0
61,725
4,0
9,0
=−
=
−=
P
PR
VQ
ER
ee
ee
Las sustituciones realizadas son las siguientes:
- E es la potencia eléctrica media instalada.
- La sustitución de Q por la energía eléctrica partido de 0,4
corresponde a la siguiente expresión Q
Ee ====ηηηη ,despejando
Q y suponiendo que ése rendimiento es aproximadamente
del 40 % (0,4) sustituimos en la expresión anterior.
- Por otro lado el factor V que hemos concretado en 725,61
kW, que es la potencia media del combustible, gas natural.
Una vez planteada la ecuación anterior y resolviendo nos dice
que debemos usar un motor con una potencia de 1449,52 Kw..
En segundo lugar tenemos que para 8000 horas/año
Partimos de la expresión siguiente:
55,0
9,0
80,437
4,0
9,0
=−
=
−=
P
PR
VQ
ER
ee
ee
Las sustituciones realizadas son las siguientes:
- E es la potencia eléctrica media instalada.
- La sustitución de Q por la energía eléctrica partido de 0,4
corresponde a la siguiente expresión Q
Ee ====ηηηη ,despejando
Q y suponiendo que ése rendimiento es aproximadamente
del 40 % (0,4) sustituimos en la expresión anterior.
- Por otro lado el factor V que hemos concretado en 437,80
kW, que es la potencia media del combustible, gas natural.
Una vez planteada la ecuación anterior y resolviendo nos dice
que debemos usar un motor con una potencia de 681,03 Kw.
para satisfacer la condición expuesta del rendimiento eléctrico
equivalente, una vez determinada ésta condición analizaremos
la condición de autogenerador para determinar la potencia que
debe tener nuestro motor.
1.2.4.3.Cálculo de la condición de autogenerador
Según el Real Decreto 436/2004 tienen la consideración de
autoproductores aquellas personas físicas o jurídicas que
generan electricidad fundamentalmente para su propio uso,
entendiendo que es así si consumen un promedio anual de al
menos el 30% de la energía eléctrica producida si su potencia es
inferior a 25 MW, y del 50% de la energía eléctrica producida si
es igual o superior a 25 MW.
A los efectos del cómputo de autoconsumo a que se refiere el
párrafo anterior se podría contabilizar el consumo de
electricidad en aquellas empresas que tengan una participación
superior al 10% en la titularidad de la planta de producción en
régimen especial.
En cualquier caso, deberá existir un único preceptor de las
primas, quien, además deberá disponer de los aparatos de
medida necesarios para acreditar el cumplimiento de las
condiciones anteriores.
Para 4000 horas, si calculamos la potencia límite a instalar
cumpliendo únicamente la condición de autoconsumo, (la
condición de autoconsumo obliga a que el polideportivo no
pueda tener una potencia instalada tal que no consuma al
menos el 30%), nos sale una potencia del motor para las 4000
horas de funcionamiento al año de 1824,21 Kw.
Para 8000 horas, de forma análoga nos sale una potencia de
1764,57Kw.
1.2.5. Elección de la potencia inicial
Como hemos dicho antes tendremos en cuenta solo el
funcionamiento para 4000 horas, que es el tiempo que
realmente funcionará nuestra planta. En los apartados
anteriores hemos obtenido las dos potencias teóricas iniciales a
instalar. La calculada con la condición de rendimiento eléctrico
equivalente de 1449,52 Kw. y la obtenida con la condición de
autoconsumo es de 1824,21 Kw.
Para cumplir ambas condiciones se tiene que tomar la más
restrictiva de las dos, es decir, la potencia de 1449,52 Kw. que
cumplirá ambas condiciones.
1.2.6. Estudio técnico y económico de varios mo tores del
mercado para 4000 horas.
A partir de la potencia máxima que podemos instalar en
nuestro polideportivo, es decir de 1449,52Kw, realizaremos un
estudio, valorando los posibles modelos del mercado, estudiando
diversos parámetros de cada uno(rendimiento eléctrico,
rendimiento térmico, rendimiento total, REE, Precio) y
elegiremos el mas adecuado desde el punto de vista técnico-
económico para la instalación.
Indagando en el mercado de fabricantes de motores de
cogeneración de combustión interna alternativos que funcionan
a gas, encontramos las siguientes marcas:
� Caterpillar
� Jenbacher
� Guascor
� Deutz
� Cummins
� Rolls Royce
Después de comparar las necesidades de nuestro polideportivo,
con los modelos de las distintas marcas, los que mejor se
ajustan a nuestras necesidades, en este caso a la potencia
máxima instalada son los siguientes.
� GE Jenbacher, modelo JMS 420.
� GE Jenbacher, modelo JMS 612.
� DEUTZ, modelo TCG 2020 V16.
A continuación mostraremos sus especificaciones técnicas y
precios:
MARCA GE JenbacherMODELO JMS 420
POT.ELEC (kW) 1416POT.TERM(kW) 1505CONS.GAS (kW) 3334
REE 0,560REND. ELEC(%) 42,7REND.TER(%) 45,13
TOT 87,6Precio (€) 430000
MARCA GE JenbacherMODELO JMS 612
POT.ELEC (kW) 1640POT.TERM(kW) 1730CONS.GAS (kW) 3877
REE 0,534REND. ELEC(%) 42,3REND.TER(%) 44,62
TOT 86,92Precio (€) 500000
MARCA DEUTZMODELO TCG2020 V16
POT.ELEC (kW) 1400POT.TERM(kW) 1638CONS.GAS (kW) 3520,3
REE 0,516REND. ELEC(%) 40REND.TER(%) 46,3
TOT 86,3Precio (€) 380000
El motor elegido será GE Jenbacher JMS 420 por diversos
motivos:
� Es el que posee el Rendimiento eléctrico equivalente(REE)
más alto de los tres, además los otros dos no podrían
elegirse ya que no cumplen la condición de %55≥REE .
� Posee un rendimiento eléctrico, térmico y total, mayor que
los demás, lo que va a permitir mejorar la eficiencia
energética del proceso.
� Es el que mejor se ajusta a la restricción de máxima
potencia instalada en la planta, ya que la máxima
potencia que podemos instalar es de 1449,52 kW y la
potencia de nuestro motor es de 1416 kW.
� En cuanto al precio se sitúa en medio de los otros dos, no
siendo esta la elección mas cara de las tres.
1.2.6.1. Cumplimiento de la reglamentación
A continuación analizaremos si la potencia instalada con el
motor elegido cumple la reglamentación de éste tipo de
instalaciones.
1.- Cumplimiento del rendimiento eléctrico equivalente
Como se dijo anteriormente el objeto del cálculo del
rendimiento eléctrico equivalente es el cumplimiento de la
condición impuesta en el Real Decreto 436/2004.
Realizamos los cálculos para el motor con la fórmula expuesta
anteriormente donde:
- E es la energía eléctrica producida. La energía eléctrica
producida se obtiene multiplicando la potencia del
motor(1416 kW) por las 4000 horas que el motor funciona
en un año, luego obtenemos 5664000kWh/año
- Q es el consumo de combustible y se calcula a partir de la
energía específica de combustible de los motores
funcionando a plena carga. El consumo de combustible
dado por el fabricante es de 3334 Kw., si lo multiplicamos
por las 4000 horas que tiene un año, dando un consumo
térmico de 13336000kWh/año.
- V es el consumo de calor, en el apartado de la demanda
térmica se han obtenido los valores de consumo de energía
calorífica del polideportivo, de donde se obtiene un primer
valor en Kw para dimensionar el motor. En nuestro caso
tenemos una potencia media demandada en el
polideportivo de 725,61kW, multiplicado por las 4000
horas tenemos una demanda de calor de 2902440kW/año.
5601,0
9,0
290244013336000
5664000
9,0
=−
=
−=
ee
ee
R
VQ
ER
Como podemos apreciar, con el motor instalado, cumplimos la
restricción del rendimiento eléctrico equivalente, %55≥REE ,
para un año de estudio en el que el motor va a funcionar
aproximadamente 4000 horas. El REE calculado es de 0.5601.
Destacaremos el aprovechamiento nulo del mes de agosto, en
el cual nuestro motogenerador está detenido por motivos de
mantenimiento, cumpliendo así con las 760 horas que debemos
tener el motor parado, se ha elegido éste mes por ser el de
menor consumo térmico en todo el año, teniendo mayor
importancia que la factura eléctrica que no varía a lo largo del
año por motivos climatológicos.
2.- Cumplimiento de la condición de autoconsumo.
Para cumplir la condición de autoconsumo se debe consumir
al menos el 30% de la potencia producida, debiendo tener en
cuenta que con la instalación de la planta de cogeneración sube
la cantidad de energía eléctrica consumida por el polideportivo,
debido a que vamos a tener nuevos consumos tales como
bombas o ventiladores
Debido a la adaptación de los nuevos aparatos se produce un
aumento del consumo de aproximadamente el 7%, por lo tanto,
el consumo eléctrico de la planta una vez instalados los nuevos
equipos pasa de ser 547,26 a ser 585,56 Kw.
Teniendo en cuenta que la potencia instalada es de 1416 Kw.
el autoconsumo representa un 41,3% de lo producido, por lo
tanto cumplimos la reglamentación del autoconsumo. Éste
rendimiento total tiene carácter anual, es decir, a lo largo de los
meses puede haber ascensos y descensos de éste porcentaje
MESES PRODUCCIÓN DE E.T.(kWh) ENERGIA CONSUMIDA(kWh)ENERO 505680 531697,00
FEBRERO 481600 360431,00MARZO 553840 317700,00ABRIL 505680 379324,00MAYO 529760 211276,00JUNIO 529760 115192,00JULIO 529760 100397,00
AGOSTO 0 91118,00SEPTIEMBRE 529760 153820,00
OCTUBRE 505680 246742,00NOVIEMBRE 529760 346829,00DICIEMBRE 529760 329505,00
pero al final la media de los meses debe ser igual a ése
porcentaje.
A continuación se muestran unas tablas y unas gráficas que
muestran como el rendimiento medio anual tiene ése valor,
además de un gráfico donde podemos apreciar la evolución de
dicho rendimiento a lo largo de los meses, en éste caso también
hemos contado con el paro de Agosto y tal y como sucedía con el
caso térmico debemos tener en cuenta el paro y la consiguiente
compra de electricidad a la red.
MESES PRODUCCIÓN DE E.E.(kWh) E.E. CONSUMIDA( kWh) AUTOCONSUMO(%)ENERO 475776 264528 55,60
FEBRERO 453120 192728 42,53MARZO 521088 173355 33,27ABRIL 475776 187249 39,36MAYO 498432 173091 34,73JUNIO 498432 244768 49,11JULIO 498432 234091 46,97
AGOSTO 0 322029 0,00SEPTIEMBRE 498432 181129 36,34
OCTUBRE 475776 145298 30,54NOVIEMBRE 498432 195654 39,25DICIEMBRE 498432 197159 39,56
Como vemos en el gráfico, el autoconsumo en el mes de agosto
es cero ya que en este mes la planta permanece parada.
1.2.7. Estudio de la planta con el motor instalado
Una vez elegido el motor conocemos las proporciones que
tenemos en el polideportivo.
La energía instalada es de 1416 kW mientras que el consumo
eléctrico es de 585,56 kW obteniéndose por tanto un
autoconsumo aproximado calculado anteriormente del 41,3%.
De la misma forma el aprovechamiento térmico de la potencia
térmica de los motores hace que el rendimiento efectivo de
nuestra instalación sea aproximadamente del 87,6%.
Autoconsumo %
0,0010,00
20,0030,0040,00
50,0060,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Meses
Como consecuencia de la instalación de cogeneración el
funcionamiento actual del polideportivo ha cambiado por
completo, ahora la demanda eléctrica anterior ha pasado de ser
una venta de energía eléctrica a un precio compensado por un
pool mas una prima más un incentivo aportado por el Estado
como sabemos por el aprovechamiento de energía y las ventajas
comentadas anteriormente que tiene una central de
cogeneración.
Por lo tanto, al igual que anteriormente realizamos dos
estudios, uno en el apartado de la demanda eléctrica y el otro en
el apartado de la demanda térmica.
Atendiendo a la factura eléctrica tenemos una producción de
energía eléctrica de 1449,52 Kw, siendo el consumo del
polideportivo de 547,26 Kw, este consumo no es el mismo que el
inicial, ya que con la instalación de cogeneración se han
instalado nuevos equipos que incrementan el consumo del
polideportivo, éste incremento se ha tomado en un 7% y sumado
al inicial representa el nuevo consumo eléctrico. No obstante
para los cálculos del estudio económico tomaremos los datos
iniciales para ejercer la comparación de forma correcta
pudiendo apreciar la rentabilidad de nuestra instalación de
cogeneración.
En la siguiente tabla podemos apreciar en la primera columna la
energía eléctrica generada por nuestro motor, en la segunda
columna la energía consumida por el polideportivo y en la
tercera la cantidad de energía vendida la red, calculada como la
diferencia entre la energía generada y la consumida.
Energía eléctrica vendida a la red (kWh)
0
100000
200000
300000
400000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Meses
Como podemos observar en el gráfico anterior, en el mes de
agosto no tenemos producción eléctrica porque el motor está
parado por motivos de mantenimiento, pero el polideportivo
sigue funcionando y por lo tanto debemos comprar la energía
MESES PRODUCCIÓN DE E.E.(kWh) E.E. CONSUMIDA( kWh) ENERGIA VENDIDA(KWh)ENERO 475776 264528 211248,00
FEBRERO 453120 192728 260392,00MARZO 521088 173355 347733,00ABRIL 475776 187249 288527,00MAYO 498432 173091 325341,00JUNIO 498432 244768 253664,00JULIO 498432 234091 264341,00
AGOSTO 0 322029 0,00SEPTIEMBRE 498432 181129 317303,00
OCTUBRE 475776 145298 330478,00NOVIEMBRE 498432 195654 302778,00DICIEMBRE 498432 197159 301273,00
eléctrica y la energía térmica que considerábamos en la factura
anterior a la cogeneración es decir, en la situación de referencia.
En los siguientes gráficos que representamos a continuación
vemos cuanta energía generamos, consumimos y vendemos a la
red.
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
MESES
kWh
PRODUCCIÓN DE E.E.(kWh) E.E. CONSUMIDA( kWh)
ENERGIA VENDIDA(KWh)
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
MESES
PRODUCCIÓN DE E.E.(kWh) E.E. CONSUMIDA( kWh) ENERGIA VENDIDA(KWh)
Estudiaremos ahora el comportamiento del polideportivo una
vez que hemos instalado la cogeneración respecto a la demanda
térmica, presentaremos una tabla para poder analizar la
cantidad de calor aprovechada del motor. Como vimos en el
punto anterior, éste aporte de energía del motor satisface a
todos los meses del año menos el mes de Enero.
En la tabla siguiente mostraremos la cantidad de gas natural
que necesitaremos para cubrir la demanda térmica después de
haberse implantado la cogeneración, es decir, el volumen de gas
natural que consume el motor y el necesario para satisfacer el
requerimiento térmico de la planta.
A continuación mostraremos un gráfico donde apreciar de
forma visual las cantidades que mostramos a continuación.
MESES CONS.DEL MOTOR(kWh) PRODUCCIÓN DE E.T.(kWh) E.T. CONSUMIDA( kWh) ENERGIA A APORTAR(KWh)
ENERO 1120224 505680 531697 26017
FEBRERO 1066880 481600 360431 0
MARZO 1226912 553840 317700 0
ABRIL 1120224 505680 379324 0
MAYO 1173568 529760 211276 0
JUNIO 1173568 529760 115192 0
JULIO 1120224 529760 100397 0
AGOSTO 0 0 91118 0
SEPTIEMBRE 1173568 529760 153820 0
OCTUBRE 1120224 505680 246742 0
NOVIEMBRE 1173568 529760 346829 0
DICIEMBRE 1173568 529760 329505 0
0
500000
1000000
1500000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
MESES
kWh
CONS.DEL MOTOR(kWh) PRODUCCIÓN DE E.T.(kWh)
E.T. CONSUMIDA( kWh) ENERGIA A APORTAR(KWh)
1.3 ESTUDIO ECONOMICO
1.3.1 Datos de partida
Vamos a llevar a cabo dos estudios económicos para nuestra
instalación de cogeneración, es decir, un estudio económico
para 4000 horas de funcionamiento de la planta( en este caso el
motor funcionará de lunes a viernes desde las ocho de la
mañana hasta las doce de la noche, todos los meses del año
menos agosto), y otro para 8000 horas de funcionamiento, (en
este caso el motor funcionará de Lunes a domingo las
veinticuatro horas del día, todos los meses menos agosto) para
dicho estudio es necesario un examen detallado de los
consumos y necesidades, que son necesarias para llevar a acabo
las actividades del polideportivo: demanda de energía eléctrica, y
demanda de energía térmica.
Para llevar a cabo éste estudio necesitamos tener en cuenta los
siguientes factores:
- Los costes de compra de la energía, en nuestro caso del gas
natural para abastecer al motor y al polideportivo en el
caso de 4000 horas, y energía eléctrica, es decir los precios
de compra del P1al P6.
- El precio de la venta de energía eléctrica bajo el régimen de
especial de cogeneración RD 436/2004
- La inversión inicial necesaria para la instalación de
cogeneración.
- Los gastos de mantenimiento y seguros de nuestra planta
de cogeneración.
- El paro de los motores durante 760 horas al año con el
consiguiente consumo de energía eléctrica y térmica por
parte del polideportivo.
Para el presente proyecto hemos tomado como datos iniciales
las facturas eléctricas y térmicas del polideportivo del año 2004,
para estudiar la viabilidad de la instalación de cogeneración.
Para hacer el estudio se van a obtener los gastos del
polideportivo antes de la cogeneración y los gastos una vez
instalada la planta de cogeneración, suponiendo dos hipótesis
de funcionamiento distintas, es decir 4000 y 8000 horas. A
partir de ambos estudios compararemos y valoraremos ambas
situaciones eligiendo la más rentable y viable de las dos.
Mostramos a continuación dichos datos referentes como ya se
ha dicho al año 2004.
1.3.1.1. Datos eléctricos
Los datos eléctricos iniciales que se conocen del polideportivo
y son la base para la ejecución de nuestro proyecto son los
siguientes:
- Tipo de contratación eléctrica: Modalidad de seis periodos
eléctricos, del P1 al P6.
- Potencia contratada en cada periodo: P1: 959kW, P2:
960kW, P3: 961kW, P4: 962kW, P5: 963kW, P6: 964kW,
- Tensión de conexión: 20 kV
La tarifa de acceso de aplicación general, sin mas condiciones
que las que derivadas de la tensión a que se haga la acometida y
las que se establecen para cada una de ellas, es la siguiente:
Tarifa seis: Tarifas generales para alta tensión. Serán de
aplicación a cualquier suministro en tensiones comprendidas
entre 1 y 36 kW con potencia contratada en alguno de los
periodos tarifarios superior a 450 kW y a cualquier suministro
en tensiones superiores a 36 kW.
Estas tarifas se diferencian por niveles de tensión y están
basadas en seis periodos eléctricos en que se dividen la
totalidad de horas anuales.
Las potencias contratadas en los diferentes periodos serán tales
que la potencia contratada en un periodo tarifario (Pn+1) sea
siempre mayor igual que la potencia contratada en el periodo
tarifario anterior(Pn).
La distribución anual de periodos eléctricos es el siguiente:
Siendo aproximadamente el periodo 1 el mas caro para
consumir y el P6 el mas barato.
Demanda de energía eléctrica en situación de referencia.
ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBR E OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE
00-01 P601-02 5128 horas02-0303-0404-0505-0606-0707-0808-09 P2 P4 P5 P4 P5 P4 P209-10 810 horas P3 1040 horas P3 P310-11 486 horas11-1212-1313-1414-1515-16 P4 P4 P416-17 P1 810 horas P117-18 486 horas18-1919-2020-2121-2222-23 P2 P223-24
MESES Demanda Eléctrica (KWh) Total (€)ENERO 472844 32372,46
FEBRERO 344501 24206,09MARZO 309872 20524,81ABRIL 334708 21986,65MAYO 309401 19248,65JUNIO 437523 28353,49JULIO 418438 26915,01
AGOSTO 322029 15166,86SEPTIEMBRE 323768 20036,34
OCTUBRE 259721 17572,90NOVIEMBRE 349731 24538,88DICIEMBRE 352422 32364,56
TOTAL 4234958 283286,7195
La demanda eléctrica referida a cada mes, se representa en la
siguiente gráfica.
DEMANDA ELECTRICA (kWh)
0
100000
200000
300000
400000
500000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
MESES
1.3.1.2. Datos térmicos
DEMANDA POR
PERIODOS ( kWh)P1 P2 P3 P4 P5 P6
ENERO 99.198 165.330 208.316FEBRERO 72.273 120.455 151.773
MARZO 65.008 108.347 136.517ABRIL 70.218 117.031 147.459MAYO 173.091 136.310JUNIO 244.768 192.755JULIO 87.784 146.307 184.347
AGOSTO 322.029SEPTIEMBRE 181.129 142.639
OCTUBRE 54.487 90.811 114.423NOVIEMBRE 73.370 122.284 154.077DICIEMBRE 73.935 123.224 155.263
Los datos térmicos con los que realizamos el estudio
económico son las facturas de compra de combustible para el
año 2004, corresponden a los datos expresados a continuación.
Demanda Térmica (KWh)
0
200000
400000
600000
800000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
MESES
La estructura de las tarifas de venta de gas natural será la
siguiente de acuerdo con los distintos niveles de presión.
MESES Demanda Térmica (KWh) TOTAL (€)ENERO 584866,7 8414,01FEBRERO 396474,1 5947,19MARZO 349470 5331,72ABRIL 417256,4 6052,57MAYO 232403,6 3632,11JUNIO 126711,2 2248,18JULIO 110436,7 2035,08AGOSTO 100229,8 1901,43SEPTIEMBRE 169202 2804,55OCTUBRE 271416,2 4142,94NOVIEMBRE 381511,9 5584,54DICIEMBRE 362455,5 5335,01TOTAL 3502434,1 53429,34
Grupo 2:Para consumidores conectados a un gaseoducto cuya
presión de diseño sea superior a 4 bares e inferior o igual a 60
bares.
Tarifa 2.2: Consumo superior a 500.000kWh/año e inferior o
igual a 5.000.000 kWh/año.
1.3.2. Estudio inicial económico comparativo
Éste estudio inicial económico se hace para centrar el estudio
y señalar las principales diferencias iniciales que se verán con
los datos precisos del estudio final.
Analizando las diferencias entre los bloques eléctrico y
térmico:
- Factura eléctrica: Inicialmente la factura eléctrica es un
gasto ya que es un consumo eléctrico que se debe pagar a
la Compañía, pero con la nueva instalación de
cogeneración dejará de ser un gasto para representar un
ingreso económico debido a que se vende un porcentaje
importante de excedente de energía eléctrica a un precio
muy bueno. En el caso de funcionar 4000 horas,
seguiríamos consumiendo de la red energía eléctrica de
lunes a viernes desde las 0 hasta las 8 horas , los fines de
semana las 24 horas, y el mes de agosto. En el caso de
trabajar 8000 horas, solo consumiríamos electricidad en
agosto.
- Factura térmica: La factura térmica final, sin embargo,
será mayor que la inicial ya que se necesita mayor cantidad
de gas natural debido al consumo de los motores.
1.3.3. Cálculo de facturas
1.3.3.1. Cálculo de facturas sin cogeneración
Se va a realizar el estudio de los gastos que tiene mensualmente
el polideportivo antes de introducir la planta de cogeneración,
denominado como tarifa inicial.
La factura inicial del polideportivo está compuesta de dos
factores, un factor eléctrico y un factor térmico, por lo tanto la
factura será la suma de ésos dos términos, es decir, factor
eléctrico y factor térmico.
Se va a proceder al estudio de cada una de las facturas de
forma separada por ser completamente distintas:
- Factura eléctrica inicial: será un gasto que responde a la
compra de energía eléctrica a la red para el autoconsumo
eléctrico del polideportivo.
- Factura térmica inicial: será un gasto que se debe a la
compra de gas natural para poder satisfacer la demanda de
agua caliente sanitaria, climatización y calentamiento de
piscinas que tiene el polideportivo.
- Cálculo de la tarifa eléctrica sin cogeneración
La factura eléctrica se calcula conociendo los datos de
autoconsumo del polideportivo, es la siguiente:
Las tarifas de acceso se componen de un termino de facturación
de potencia y un término de facturación de energía y, en su caso
un término por la facturación de la energía reactiva que se
determinarán tal como se expresa a continuación:
1.Término de facturación de potencia: El término de facturación
de potencia, el cálculo de la potencia a facturar que interviene
en el mismo, así como la forma en el caso de modificación de las
potencias contratadas a lo largo del año , se determinarán de la
forma siguiente:
Para cada uno de los periodos tarifarios aplicables a las tarifas,
definido anteriormente, se contratará una potencia, aplicable
durante todo el año.
MESES Demanda Eléctrica (KWh) Término de energía (€) Término de potencia (€) Total (€)ENERO 472844 30086,76 2285,70 32372,46
FEBRERO 344501 21920,39 2285,70 24206,09MARZO 309872 18239,11 2285,70 20524,81ABRIL 334708 19700,95 2285,70 21986,65MAYO 309401 16962,95 2285,70 19248,65JUNIO 437523 26067,79 2285,70 28353,49JULIO 418438 24629,31 2285,70 26915,01
AGOSTO 322029 12881,16 2285,70 15166,86SEPTIEMBRE 323768 17750,64 2285,70 20036,34
OCTUBRE 259721 15287,20 2285,70 17572,90NOVIEMBRE 349731 22253,17 2285,70 24538,88DICIEMBRE 352422 30078,85 2285,70 32364,56
TOTAL 4234958 283286,719
El término de facturación de potencia será el sumatorio
resultante de multiplicar la potencia a facturar en cada periodo
tarifario, que se define mas adelante, por el término de potencia
correspondiente, según la formula correspondiente:
∑=
=6
1
Pfi*tpii
FP
Donde:
Pfi = potencia a facturar en el período tarifario i, expresada en
kW.
La potencia a facturar en cada período tarifario será la potencia
contratada.
tpi = precio anual del término de potencia del período tarifario i.
Se facturará mensualmente la dozava parte del resultado de
aplicar la fórmula anterior.
Se facturará mensualmente la dozava parte del resultado de
aplicar la fórmula anterior.
2. Término de facturación de energía activa. El término de
facturación de energía activa será el sumatorio resultante de
multiplicar la energía consumida y medida por contador en cada
período tarifario por el precio término de energía
correspondiente, de acuerdo
con la fórmula siguiente:
∑=
=6
1
tei*Eii
FE
Donde:
Ei = energía consumida en el período tarifario i, expresada en
kWh.
tei = precio del término de energía del período tarifario i.
El término de facturación de energía activa se facturará
mensualmente, incluyendo la energía consumida en el mes
correspondiente a cada período tarifario i.
En las siguientes tablas mostramos en detalle los parámetros
anteriores:
PRECIOS DE LA COMERCIALICADORA
P1 0,0893P2 0,078P3 0,0784P4 0,0709P5 0,0665P6 0,04
PERIODOS P1 - P6 (€/KWh)
P1 959P2 960P3 961P4 962P5 963P6 964
POT. CONTRATADA EN CADA PERIODO (KW)
Como conclusión, la factura eléctrica sin cogeneración, es decir
en la situación de referencia, asciende a:
283.286,719 €/año.
- Cálculo de la factura térmica sin cogeneración
La factura térmica se calcula con los datos iniciales de
consumo del polideportivo, los costes de combustible son los
costes correspondientes al gas natural utilizado párale agua
caliente sanitaria, climatización y calentamiento de piscinas.
La factura térmica en situación de referencia es la siguiente:
P1 10,317234P2 5,164035P3 3,782263P4 3,782263P5 3,782263P6 1,723151
T. POT (€/KW y año)
P1 318776P2 531293P3 277494P4 462496P5 598988P6 2045911
TOTAL 4234958
E. CONSUMIDA EN CADA PERIODO
Como hemos dicho anteriormente, el polideportivo esta adscrito
a la tarifa 2.2.
Para cada una de las tarifas dentro de este grupo se
determinará un término fijo aplicable a la capacidad máxima
diaria contratada y un término variable aplicable a los kWh
consumidos.
El caudal diario a facturar será el caudal diario contratado, no
obstante en aquellos casos en que se compruebe que el caudal
diario contratado es inferior al medido por la empresa
suministradora, se tomará este último como base de facturación
como mínimo durante un período de tres meses.
La Orden Eco 33/2000 establece los siguientes términos:
Como conclusión, la factura térmica sin cogeneración, es decir
en la situación de referencia, asciende a:
MESES CONSUMO DIARIO(kWh) Q. CONTRATADO Término fijo 1 (€) Término Fijo 2 (€) Término variable (€) TOTAL (€)
ENERO 18866,67 13908,55 634,50 121,26 7658,24 8414,01
FEBRERO 14159,79 13908,55 634,50 121,26 5191,43 5947,19
MARZO 11273,23 13908,55 634,50 121,26 4575,96 5331,72
ABRIL 13908,55 13908,55 467,76 121,26 5463,56 6052,57
MAYO 7496,89 13908,55 467,76 121,26 3043,09 3632,11
JUNIO 4223,71 13908,55 467,76 121,26 1659,16 2248,18
JULIO 3562,47 13908,55 467,76 121,26 1446,06 2035,08
AGOSTO 3233,22 13908,55 467,76 121,26 1312,41 1901,43
SEPTIEMBRE 5640,07 13908,55 467,76 121,26 2215,53 2804,55
OCTUBRE 8755,36 13908,55 467,76 121,26 3553,92 4142,94
NOVIEMBRE 12717,06 13908,55 467,76 121,26 4995,52 5584,54
DICIEMBRE 11692,11 13908,55 467,76 121,26 4745,99 5335,01
TOTAL 9595,71 53429,34
FACTURA TÉRMICA SIN COGENERACIÓN
Termino fijo 1 = 0,033631 ( €/KWh/día ) / mesTermino variable = 0,013094 ( €/KWh )Termino fijo 2 = 121,26 ( €/cliente/mes )
53.429,34 €/año
Luego la factura energética total antes de la cogeneración es de:
TERMICAFELECTRICAFTOTALF ... +=
336.716,059 €/año
En la siguiente gráfica representaremos los costes mensuales de
electricidad y gas natural en situación de referencia.
0
10000
20000
30000
40000
50000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
MESES
EU
RO
S
FACTURA TÉRMICA (€) FACTURA ELECTRICA (€)
FACTURA TOTAL (€)
Con éstos gráficos hemos podido determinar el porcentaje de
factura en energía eléctrica y térmica que consume el
polideportivo.
1.3.3.2. Cálculo de las facturas con cogeneración para
4000 y 8000 horas de funcionamiento.
La instalación de cogeneración debe permitir la producción de
energía eléctrica tanto para consumo propio como para la
creación de un excedente que se vierta de nuevo a la red,
recibiendo beneficios por la venta.
Además debemos conseguir una reducción de energía térmica
mediante el aprovechamiento de la alta temperatura de los
gases de escape y del circuito de refrigeración de alta
temperatura.
Para que la cogeneración resulte rentable la factura total
deberá ser menor que la obtenida inicialmente sin cogeneración.
El cálculo de ésta factura al igual que en el caso anterior
estará formada por un término eléctrico y otro térmico.
Como ya se dijo anteriormente la factura térmica será mayor
que la anterior por introducir en el gasto de gas natural el
motor.
En el caso de funcionar 4000 horas, durante el horario de
lunes a viernes de 8 ha 24 horas, la energía eléctrica pasa a ser
un ingreso. Durante el resto del día y los fines de semana, se
consumirá de la red energía eléctrica en el periodo P6.
En el caso de funcionar 8000 horas la energía eléctrica será un
ingreso las 24 horas del día, todos los días del año. Como
excepción, en ambos caso(4000 y 8000 horas), la planta parará
su funcionamiento en el mes de agosto, mes en el que el motor
se detiene pero el polideportivo sigue funcionando.
- Cálculo de la factura térmica con cogeneració n
Se calcula de forma análoga al caso anterior con la salvedad
de que incluimos el motor.
Para 4000 horas de funcionamiento tendremos en cuenta:
- Volumen de gas natural que consume el motor para
producir energía eléctrica y térmica, durante el horario de
funcionamiento de lunes a viernes de 8 de la mañana a 12
de la noche.
- Volumen de gas natural que necesitamos para suplir la
demanda térmica a la que no llegamos en el mes de enero,
el gas natural que debemos adquirir en el mes de paro del
motor, y el volumen de gas que consume el polideportivo en
horario de lunes a viernes de 0 hasta las 8 de la mañana y
los fines de semana las 24 horas.
En la siguiente tabla mostramos la factura térmica y sus
especificaciones.
En este caso los términos fijos y variable son:
La factura térmica total con cogeneración para 4000 horas de
funcionamiento del motor asciende a:
214.125,42€/año
Para 8000 horas de funcionamiento tendremos en cuenta:
- Volumen de gas natural que consume el motor para
producir energía eléctrica y térmica, durante el horario de
funcionamiento de lunes a domingo las 24 horas del día.
- Volumen de gas natural que necesitamos para suplir la
demanda térmica a la que no llegáramos en alguna
ocasión, el gas natural que debemos adquirir en el mes de
paro del motor, es decir en agosto.
En la siguiente tabla mostramos la factura térmica y sus
especificaciones.
Termino fijo 1 =0,043241 ( €/KWh/día ) / mesTermino variable = 0,012898 ( €/KWh )Termino fijo 2 =121,26 ( €/cliente/mes)
En este caso los términos fijos y variable son los mismos :
La factura térmica total con cogeneración para 8000 horas de
funcionamiento del motor asciende a:
209.766,48€/año
- Cálculo de la factura eléctrica con cogeneración
Para 4000 horas de funcionamiento tendremos en cuenta:
- Consumiremos energía eléctrica de lunes a viernes desde las 0
horas hasta las 8 de la mañana, los fines de semana las 24
horas y el mes de agosto. Estos intervalos de horas van a
coincidir con el periodo P6, lo que nos reportará ventajas
económicas. A continuación mostramos una tabla indicadora de
la factura eléctrica:
Con lo que concluimos que la factura eléctrica con
cogeneración para 4000 horas de funcionamiento asciende a :
Termino fijo 1=0,043241 ( €/KWh/día ) / mesTermino variable = 0,012898 ( €/KWh )Termino fijo 2=121,26 ( €/cliente/mes )
MESES Consumo electrico (KWh) Término de energía (€) Término de potencia (€) Total (€)ENERO 208316 8332,64 138,426 8471,07
FEBRERO 151773 6070,92 138,426 6209,35MARZO 136517 5460,68 138,426 5599,11ABRIL 147459 5898,36 138,426 6036,79MAYO 136310 5452,4 138,426 5590,83JUNIO 192755 7710,2 138,426 7848,63JULIO 184347 7373,88 138,426 7512,31
AGOSTO 322029 12881,16 138,426 13019,59SEPTIEMBRE 142639 5705,56 138,426 5843,99
OCTUBRE 114423 4576,92 138,426 4715,35NOVIEMBRE 154077 6163,08 138,426 6301,51DICIEMBRE 155263 6210,52 138,426 6348,95
Total anual ( € ) 83497,44
FACTURA ELECTRICA CON COGENERACION 4000 h/año.(L-V ; 8:00-24:00.)
83.497,44 €/año
Para 8000 horas de funcionamiento tendremos en cuenta:
- Consumiremos energía eléctrica el mes de agosto y partes de
enero, ya que en ese mes el motor no es suficiente para
abastecer la demanda.
A continuación mostramos una tabla indicadora de la factura
eléctrica:
Con lo que concluimos que la factura eléctrica con cogeneración
para 8000 horas de funcionamiento asciende a :
14.544 €/año
MESES Consumo electrico (KWh) Término de energía (€) Término de potencia (€) Total (€)ENERO 7844 700,4692 823,941 1524,41
FEBRERO 0 0 0,000 0,00MARZO 0 0 0,000 0,00ABRIL 0 0 0,000 0,00MAYO 0 0 0,000 0,00JUNIO 0 0 0,000 0,00JULIO 0 0 0,000 0,00
AGOSTO 322029 12881,16 138,426 13019,59SEPTIEMBRE 0 0 0,000 0,00
OCTUBRE 0 0 0,000 0,00NOVIEMBRE 0 0 0,000 0,00DICIEMBRE 0 0 0,000 0,00
Total anual ( € ) 14544,00
FACTURA ELECTRICA CON COGENERACION 8000 h/año.(L-D, 24 horas)
1.3.4. Ingresos por cogeneración para 4000 y 8000 horas de
funcionamiento
Los ingresos por la práctica de cogeneración, son regulados
por el Real Decreto 436/2004.
Nuestra instalación pertenece a la categoría a)
Autoproductores que utilicen la cogeneración u otras formas de
producción de electricidad asociadas a actividades no eléctricas,
siempre que supongan un alto rendimiento energético y
satisfagan los requisitos de REE y autoconsumo.
Dentro de la categoría a, nos encontramos en el grupo 1,
Instalaciones que incluyan una central de cogeneración, y
dentro del 1 nos encontramos en el a.1.1
Por otro lado la cantidad de energía excedente se venderá
directamente en el mercado diario, percibiendo el precio del
pool, mas un incentivo por participar en el mercado, y una
prima, si la instalación concreta tiene derecho a percibirla.
Según el articulo 32, se estable las siguientes primas e
incentivos.
Grupo 2: Instalaciones de l subgrupo a.1.1 de mas de un MW y
no más de 10MW de potencia instalada.
Prima: 30% durante los primeros 10 años desde su puesta en
marcha.
Incentivo: 10% durante los primeros 10 años desde su puesta
en marcha y 20 % a partir de entonces.
Estos porcentajes son referidos a la tarifa media o de referencia,
establecida para el año 2004 en 7,2072 c€/kWh.
El precio del pool se calculara realizando un estudio anual y
calculando la media, establecida en 3,5 c€/kWh vendido.
Para 4000 horas tenemos:
INGRESOS POR VENTA DE E.E.( € )
0
5000
10000
15000
20000
25000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
MESES
€
Podemos concluir que los ingresos totales par un horario de
funcionamiento de 4000 horas asciende a:
204.448,625€/año
MESES CANTIDAD DE E.E.VENDIDA (kW) INGRESOS POR VENTA DE E.E.( € )ENERO 211248 13483,706
FEBRERO 260392 16620,509MARZO 347733 22195,380ABRIL 288527 18416,332MAYO 325341 20766,126JUNIO 253664 16191,069JULIO 264341 16872,569
AGOSTO 0 0SEPTIEMBRE 317303 20253,070
OCTUBRE 330478 21094,014NOVIEMBRE 302778 19325,956DICIEMBRE 301273 19229,894
TOTAL 3203078 204448,625
Para 8000 horas tenemos:
Concluimos que los ingreso por cogeneración para un horario de
funcionamiento de 8000 asciende a:
71.161,3 €
MESES CANTIDAD DE E.E.VENDIDA (kW) INGRESOS POR VENTA DE E.E.( € )ENERO 0 0
FEBRERO 75499 4897,23MARZO 155128 10062,35ABRIL 115292 7478,4MAYO 155599 10092,9JUNIO 12477 809,32JULIO 46562 3020,23
AGOSTO 0 0SEPTIEMBRE 126232 8188,01
OCTUBRE 205279 13315,38NOVIEMBRE 100269 6503,93DICIEMBRE 112578 7302,35
TOTAL 1097071 71161,3
INGRESOS POR VENTA DE E.E.( € )
0
5000
10000
15000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
MESES
EU
RO
S
1.3.5. Gastos adicionales. Costes de operación y
mantenimiento
- Gastos de operación
Los costes de operación de la Planta de cogeneración
serán los costes del personal necesario para su
funcionamiento. La planta contará con un sistema de
control automatizado como se ha descrito anteriormente,
por lo que no será necesaria la contratación de demasiado
personal para su control.
- Gastos de mantenimiento
Los costes de mantenimiento de la Planta de Cogeneración
se añaden a los del polideportivo y serán:
Para 4000 horas de funcionamiento
Los gastos de mantenimiento se calculan en función de los kWh
generados al cabo del año, en nuestro caso son 5.392.128 kWh.
Cada kWh generado se asocia a un gasto de mantenimiento de
0.009€/kWh generado, de esta manera los gastos totales de
mantenimiento de la planta par 4000 horas asciende a:
48529,15 €/año
kWh generados Precio /kWh generado TOTAL (€)5392128 0,009 48529,15
GASTOS DE MANTENIMIENTO
De manera análoga para 8000 horas de funcionamiento:
gastos de mantenimiento se calculan en función de los kWh
generados al cabo del año, en nuestro caso son 5.010.000 kWh.
Cada kWh generado se asocia a un gasto de mantenimiento de
0.009€/kWh generado, de esta manera los gastos totales de
mantenimiento de la planta par4 8000 horas asciende a :
45090 €/año
1.3.6. Resumen del presupuesto
A continuación se muestra un resumen del presupuesto total
de la instalación de cogeneración.
kWh generados Precio /kWh generado TOTAL (€)5010000 0,009 45090,00
GASTOS DE MANTENIMIENTO
Para 4000 horas:
Código Concepto Precio (€)100 Grupo electrógeno GE Jenbacher JMS 420 430.000,00110 Sistema de combustible de gas natural 10.365,00200 Caldera a gas Prextherm 25.247,98300 Sistema de ventilación 6.365,00310 Sistema de insonorización 4.236,96400 Caldera de recuperación de gases de escape 36.919,43410 Chimeneas de escape 10.927,53420 Válvula de 3 vías y de corte de gases de escape 12.569,36430 Instalación completa de tuberías de los gases de escape 37.258,52440 Instalación completa de tuberías para vapor de la caldera 3.258,64500 Bomba de agua del circuito de alta 1.911,21510 Aerorefrigerador 5.368,25520 Aerorefrigerador centrífugo 7.125,36530 Vaso de expansión del circuito de alta 805,78540 Instalación de tuberías de alta 15.258600 Vaso de expansión del circuito de baja 524,00610 Bomba de circuito de baja 456,35620 Torre de refrigeración de circuito cerrado 9.258,36630 Instalación del circuito de baja 9.123,25700 Válvulas de corte 2.365,26710 Válvulas de 3 vías motorizadas 2.541,39720 Válvulas de regulación 265,25730 Medidores de caudal 224740 Manómetros 652,35750 Termómetros 124,35760 Sistema general de control 14.259,00800 Celdas funciones eléctricas 4238,75810 Transformadores 6.478,36820 Sistema eléctrico de media tensión 51.257,36830 Sistema eléctrico de baja tensión 33.147,28900 Sistema de seguridad contra incendios 4.258,45910 Obra civil 161.484,34920 Mano de obra especializada en el montaje 50.257,39930 Seguros 36257940 Permisos oficiales 2.016,56950 Visado del Colegio Oficial 1.210, 78960 Imprevistos 19.258,35970 Beneficio Industrial 20.258,00
TOTAL 1.036.322,42
Para 8000 horas:
Código Concepto Precio (€)100 Grupo electrógeno GE Jenbacher JMS 320 310.000,00110 Sistema de combustible de gas natural 6.365,00200 Caldera a gas Prextherm 10.247,98300 Sistema de ventilación 6.465,00310 Sistema de insonorización 4.336,96400 Caldera de recuperación de gases de escape 37.919,43410 Chimeneas de escape 11.927,53420 Válvula de 3 vías y de corte de gases de escape 12.569,36430 Instalación completa de tuberías de los gases de escape 28.258,52440 Instalación completa de tuberías para vapor de la caldera 3.258,64500 Bomba de agua del circuito de alta 1.911,21510 Aerorefrigerador 5.368,25520 Aerorefrigerador centrífugo 7.125,36530 Vaso de expansión del circuito de alta 805,78540 Instalación de tuberías de alta 15.258600 Vaso de expansión del circuito de baja 524,00610 Bomba de circuito de baja 456,35620 Torre de refrigeración de circuito cerrado 9.258,36630 Instalación del circuito de baja 9.123,25700 Válvulas de corte 2.365,26710 Válvulas de 3 vías motorizadas 2.541,39720 Válvulas de regulación 265,25730 Medidores de caudal 224740 Manómetros 652,35750 Termómetros 124,35760 Sistema general de control 14.259,00800 Celdas funciones eléctricas 4825,77810 Transformadores 6.478,36820 Sistema eléctrico de media tensión 51.257,36830 Sistema eléctrico de baja tensión 33.147,28900 Sistema de seguridad contra incendios 4.258,45910 Obra civil 162349,24920 Mano de obra especializada en el montaje 53605,47930 Seguros 36257940 Permisos oficiales 2.016,56950 Visado del Colegio Oficial 1.210, 78960 Imprevistos 21.258,35970 Beneficio Industrial 20.122,12
TOTAL 897.186,54
Con estos cálculos, concluimos que la inversión necesaria para
realizar la instalación completa de cogeneración es:
Para 4000 horas de funcionamiento: 1.036.322,4 €
Para 8000 horas de funcionamiento: 879.186,54 €
1.3.7. Análisis de rentabilidad para 4000 y 8000 ho ras
Este punto supone uno de los mas importantes del proyecto,
es decir, es el que decidirá cual es el horario de funcionamiento
óptimo para nuestro polideportivo desde el punto de vista
económico para la instalación. Se decidirá si el funcionamiento
más rentable es el de 4000 horas, (en este caso el motor
funcionaria de lunes a viernes desde las 8:00 hasta las 24:00, y
los fines de semana las 24h del día menos el mes de agosto), o
por el contrario si el horario óptimo es el de 8000 horas, (en ese
caso el motor funcionará todos los días las 24 horas menos el
mes de agosto).
Para ello utilizaremos tres herramientas de análisis de inversión:
El período de retorno simple (Pay-Back) es el plazo de tiempo
que debe transcurrir para que la cantidad de dinero
desembolsada en la inversión inicial se recupere. En ése
momento la diferencia entre el flujo de caja acumulado y la
inversión se anula.
En principio, será deseable que el dinero se recupere lo antes
posible, para a partir de ése momento considerar que los flujos
de cajas positivos ya son verdaderamente beneficios.
La vida útil de la instalación se supone en torno a los 10 - 15
años.
No se han considerado los efectos de la inflación, ni se ha
supuesto ningún sistema de financiación. Tampoco se han
tenido en cuenta otros impuestos.
Tasa interna de retorno (TIR):, Es el valor de la tasa de
descuento i, que hace el valor actual neto igual a cero, en
función de la inversión realizada y de los flujos de caja. Viene
dado por la siguiente expresión general.
0)1(
.10
0
=
++− ∑
=nn
n
i
aFlujodecajinicialinv
Valor actual neto(VAN): Calcula el valor actual neto presente
de una inversión a partir de una tasa de descuento i, de la
inversión realizada y de los flujos de caja. Tomaremos un i=10%
en ambos caso, que es la rentabilidad esperada del proyecto.
++−= ∑
=
10
0 )1(.
nn
n
i
aFlujodecajinicialinvVAN
Tras describir el proceso general, pasaremos a analizar por
separado la rentabilidad del proyecto para 4000 y 8000 horas, y
de aquí decidiremos cual será el horario optimo para nuestro
polideportivo.
Para 4000 horas:
Las factura total con cogeneración para 4000 horas es de:
COGMOCOGCOG INGRESOSGASTOSTERMICAFELECTRICAFTOTALF −++= &...
F.TOTAL = 83.497,44+214.125,42+48.529,15-204.448,625=
141.703,44€/año
En la siguientes tablas observamos el balance comparativo y el
ahorro que supone la cogeneración
GASTOS (€)INGRESOS (€)
TOTAL (€) -336716,059 -141703,44
BALANCE DE FACTURA ANUAL.
FACTURA SIN COGENERACIÓN-336716,059
0
FACTURA CON COGENERACIÓN-346152,06204448,625
Ahorro anual (€) 195012,62
El Pay Back se calcula de la siguiente manera:
Como vemos en la tabla, a partir del sexto año es cuando
recuperamos la inversión inicial.
Tasa interna de retorno (TIR):
-1.036.322,42+1)1(
62,012.195
i++
2)1(
62,012.195
i++
3)1(
62,012.195
i++
4)1(
62,012.195
i++
5)1(
62,012.195
i++
6)1(
62,012.195
i++
7)1(
62,012.195
i+
+8)1(
62,012.195
i++
9)1(
62,012.195
i++
10)1(
62,012.195
i+=0; i= 14%
AÑO FLUJO DE CAJA CAJA ACUMULADA0 -1.036.322,42 -1.036.322,421 195012,622 -841.309,802 195012,622 -646.297,183 195012,622 -451.284,554 195012,622 -256.271,935 195012,622 -61.259,316 195012,622 133.753,317 195012,622 328.765,938 195012,622 523.778,569 195012,622 718.791,18
10 195012,622 913.803,80
Valor actual neto (VAN): Para una i=10%, el 10% es la
rentabilidad que se espera sacar de la inversión:
-1.036.322,42+1)1,01(
62,012.195
++
2)1.01(
62,012.195
++
3)1.01(
62,012.195
++
4)1.01(
62,012.195
++
5)1.01(
62,012.195
++
6)1.01(
62,012.195
++
7)1.01(
62,012.195
+
+8)1.01(
62,012.195
++
9)1.01(
62,012.195
++
10)1.01(
62,012.195
+= 161.945,722
En este caso nos sale un VAN>0
Como conclusión podemos decir que para un tiempo de
funcionamiento del motor de 4000 horas, el proyecto nos sale
VIABLE.
Para 8000 horas:
Las factura total con cogeneración para 8000 horas es de:
COGMOCOGCOG INGRESOSGASTOSTERMICAFELECTRICAFTOTALF −++= &...
F.TOTAL = 14.544+209.766,48+45.090-71.161,291=
198.239,19€/año
En la siguientes tablas observamos el balance comparativo y el
ahorro que supone la cogeneración
El Pay Back se calcula de la siguiente manera:
GASTOS (€)INGRESOS (€)
TOTAL (€)
BALANCE DE FACTURA ANUAL.FACTURA SIN COGENERACIÓN FACTURA CON COGENERACIÓN
-336716,059 -269400,480 71161,291
-336716,059 -198239,19
AÑO FLUJO DE CAJA CAJA ACUMULADA0 -897.186,54 -897.186,541 138476,872 -758.709,672 138476,872 -620.232,803 138476,872 -481.755,924 138476,872 -343.279,055 138476,872 -204.802,186 138476,872 -66.325,317 138476,872 72.151,568 138476,872 210.628,449 138476,872 349.105,31
10 138476,872 487.582,18
Ahorro anual € 138476,87
Como vemos en la tabla, a partir del séptimo año es cuando
recuperamos la inversión inicial.
Tasa interna de retorno (TIR):
-897.186,54+1)1(
87,138476
i++
2)1(
87,138476
i++
3)1(
87,138476
i++
4)1(
87,138476
i++
5)1(
87,138476
i++
6)1(
87,138476
i++
7)1(
87,138476
i+
+8)1(
87,138476
i++
9)1(
87,138476
i++
10)1(
87,138476
i+=0; i= 9%
Valor actual neto (VAN): Para una i=10%, el 10% es la
rentabilidad que se espera sacar de la inversión:
-897.186,54+1)1,01(
87,138476
++
2)1.01(
87,138476
++
3)1.01(
87,138476
++
4)1.01(
87,138476
++
5)1.01(
87,138476
++
6)1.01(
87,138476
++
7)1.01(
87,138476
+
+8)1.01(
87,138476
++
9)1.01(
87,138476
++
10)1.01(
87,138476
+= -46.306,10
En este caso nos sale un VAN<0
Como conclusión podemos decir que para un tiempo de
funcionamiento del motor de 8000 horas, el proyecto nos sale
NO VIABLE.
1.3.8. Conclusión final
� Como CONCLUSIÓN FINAL al estudio económico, tras
estudiar los distintos parámetros de análisis de inversión
como son Pay Back, TIR, VAN, podemos concluir que la
opción viable y económicamente mas rentable es la de
4000 horas de funcionamiento:
La siguiente tabla nos muestra la situación final de
funcionamiento de nuestro polideportivo.
1.4 IMPACTO MEDIOAMBIENTAL
1.4.1. Impacto medioambiental
El Real Decreto 833/1975 del 6 de febrero sobre protección
del ambiente atmosférico, presenta un catálogo de actividades
industriales potencialmente contaminantes de la atmósfera por
su propia naturaleza o por los procesos utilizados.
Estas actividades se clasifican según su potencial de
peligrosidad para la atmósfera. La instalación objeto del
presente proyecto está englobada en el grupo B, centrales
LUNES MARTES MIERCOLES JUEVES VIERNES SABADO DOMINGO
00-0101-0202-0303-0404-0505-0606-0707-08
08-09
09-10
10-1111-12
12-13
13-14
14-1515-1616-1717-1818-1919-2020-21
21-22
22-23
23-24
COMPRO ENERGÍA ELÉCTRICA EN P6 Y ENERGÍA TÉRMICA
(PLANTA PARADA)
(PLANTA EN FUNCIONAMIENTO)
PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA YENERGÍA TÉRMICA, VENTA DE ENERGÍAELÉCTRICA EXCEDENTE.
térmicas convencionales de potencia inferior a 50 MW,
generadores de vapor de capacidad superior a 20 toneladas
métricas de vapor por hora y generadores de calor de potencia
superior a 2000 termias por hora.
El polideportivo esta dado del alta como pequeño productor de
residuos peligrosos. Los residuos sólidos y líquidos generados
por la planta son recogidos cada seis meses por una empresa
dedicada a la gestión, recogida y tratamiento de residuos. Los
residuos almacenados en el polideportivo se encuentran dentro
de bidones y contenedores especializados para ello.
A continuación se describen los posibles focos de emisiones
previstos por el citado Real Decreto, así como las medidas
correctoras que se deberán tomar en cada caso.
Mostramos ahora varios focos de contaminación susceptibles
de ser analizados en instalaciones en las que funcionan motores
de combustión interna.
- Polvos, basuras y otros residuos sólidos. La planta puede
generar los siguientes residuos sólidos: Trapos
impregnados de aceite o cualquier otro componente,
serrines mezclados con aceites y bidones de aceite. Los
gases que se vierten a la atmósfera son filtrados para la
eliminación de partículas sólidas antes de su paso a la
chimenea de expulsión.
- Efluentes líquidos. Son los debidos a los cambios de aceite,
purgas o averías del motor. Estos líquidos se almacenarán
en bidones de reciclado.
- Vibraciones. Los equipos susceptibles de provocar
vibraciones, como el grupo generador y los
transformadores eléctricos, serán montados sobre bases o
bancadas adecuadas para su funcionamiento, según se
establezca en la normativa correspondiente en cada caso.
De ésta forma se evitará la transmisión de vibraciones
provocadas por éstos equipos.
- Olores. Como se ha indicado, la combustión es completa, lo
que asegura la no aparición de olores.
- Ruidos. Los equipos que principalmente pueden provocar
ruido serán el grupo generador y la chimenea de by-pass
de gases de escape. Los suministradores de estos equipos
deberán garantizar que los niveles máximos de ruido a un
metro de distancia no superan los 85 dbA. Por lo tanto el
grupo generador deberá contar con un equipo de
insonorización que garantice ésta cifra. El polideportivo
está ubicado en una zona apartada de la ciudad o de
cualquier zona residencial, por lo que el impacto acústico
no sería apreciable.
- Gases de escape. Como cualquier máquina de combustión,
los motores de gas expulsan a la atmósfera junto con sus
gases de escape, determinadas sustancias consideradas
como nocivas para la salud humana y para el medio
ambiente. Nuestra instalación cumple con la normativa
vigente mediante el sistema Lambda que ajusta la
combustión del motor ( es decir el nivel de aire y
combustible que entra en el motor) automáticamente para
satisfacer dicha disposición legal.
Estas sustancias pueden clasificarse en:
1. Hidrocarburos no quemados
2. Óxidos de nitrógenos
3. Monóxidos de carbono