Si no estamos muy introducidos en este tipo de instalaciones la cogeneración la asociamos a grandes equipos que se emplean en la industria para generar electricidad y calor.
En este artículo, explicaremos qué es exactamente la cogeneración orientada a su uso en los Edificios y cuáles son sus ventajas e inconvenientes, así como las condiciones en las que se podría utilizar.
¿Qué es la Cogeneración?
Se denomina cogeneración, a la producción simultánea de energía eléctrica y térmica a partir de un combustible, usualmente gas natural. Es decir, con estos equipos, podemos abastecer al mismo tiempo a un edificio con calor y electricidad.
¿Qué es la Microcogeneración?
Según la Directiva 8/EC/2004 los sistemas de cogeneración se clasifican según su potencia eléctrica en:
- Microcogeneración…………………………………………………………Hasta 50 kWe
- Cogeneración pequeña escala…………………………………………..Mayor de 50kWe e inferior a 1MWe
- Cogeneración………………………………………………………………..Mayor de 1 MW
La microcogeneración, se diferencia de la cogeneración industrial, no sólo en la capacidad eléctrica instalada de los equipos, sino sobre todo en la modularidad de los mismos. El hecho de que se puedan instalar varios módulos compactos en paralelo, permite ajustarse a las variaciones de demanda de forma más flexible.
Por lo tanto, en edificación, normalmente se emplearán equipos que corresponden a Microcogeneración o Cogeneración a pequeña escala.
¿Cómo Funciona la Microcogeneración?
Generación Eléctrica
Actualmente existen varias tecnologías, pero la más común, es la basada en motores de combustión interna, combustión externa tipo Striling y las microturbinas.
Nos centraremos en el motor de combustión interna de 4 tiempos, ya que es el más habitual; este motor, basa su funcionamiento en el desplazamiento de un pistón a lo largo de un cilindro, transformando este movimiento en rotación de un eje que mueve el alternador. En la cogeneración, se utilizará como combustible gas natural o gases licuados del petróleo. A continuación, mostramos una animación, para visualizar cómo funciona un motor de este tipo
1. Admisión……………..2. Compresión……………..3. Explosión……………..4. Escape
En la imagen que se muestra a continuación, se visualiza el interior de un módulo de cogeneración. La referencia 1 corresponde al generador (alternador) y la 2 al motor de combustión a gas.
Generación de Calor
Como hemos visto, mediante los movimientos alternativos y lineales de los pistones se consigue el movimiento de giro de un eje, que mediante un alternador acoplado a dicho eje genera energía eléctrica, mientras que la energía térmica se obtiene de los gases de escape y del agua de refrigeración del motor. Ambas fuentes de calor se recuperan, para convertir toda la energía térmica posible en agua caliente para ser utilizada en calefacción, agua caliente sanitaria, o bien, como entrada a una máquina de absorción.
La siguiente imagen muestra el balance energético en un módulo de cogeneración y el alto grado de eficiencia
En la siguiente animación, se puede ver cómo funciona un sistema de microcogeneración. Aunque se trata de una pequeña instalación, sirve para entender el concepto.
¿Qué debemos tener en cuenta para que la Cogeneración sea Económicamente Viable?
Energía térmica aportada repecto a una caldera
En un principio, pensaríamos en dimensionar el equipo con un aporte lo más alto posible de energía térmica. Sin embargo, esto no debe ser así. El calor aportado por el módulo de cogeneración, no debería sobrepasar el 20% de una caldera estándard instalada para satisfacer la potencia total de la instalación.
Pero. ¿Cuál es la explicación?.
Si la cantidad de calor aportado por el módulo de cogeneración es pequeña respecto a la demanda térmica total, nos aseguraremos de que el módulo trabaje un número elevado de horas. Un módulo parado o trabajando pocas horas, no es viable económicamente.
Por lo tanto, cuantas más horas trabaje un equipo de cogeneración, mayor será su viabilidad económica.
Demanda continua de simultaneidad de producción de calor y electricidad
En la tabla se indica la viabilidad de un equipo de cogeneración, según las horas de funcionamiento al año
Si no hay demanda térmica no se produce calor, y por lo tanto no hay generación eléctrica, y sin ella no hay ganancia. Ya se comentó en el apartado anterior. El número de horas de funcionamiento es vital, para que el proyecto sea eficiente economicamente.
Como orientación, indicar que la vida de un módulo es aproximadamente de 75.000 horas, equivalente a 15 años funcionando una media de 5.000 h/año.
Precios de la Energía
La tabla muestra una valoración aproximada de los costes respecto a la comparativa de precios de electricidad y del gas. Cuidado, ya que habrá que revisar el tipo de tarifa, tanto de gas como de electricidad, y confirmar el ratio entre los distintos suministros
Un sistema de cogeneración, será económicamente viable cuando se incremente el ratio entre los precios específicos de la energía eléctrica y el gas natural.
¿Dónde se Pueden Utilizar las Equipos de Cogeneración?
Después de realizar un estudio teniendo en cuenta los tres apartados anteriores, podríamos citar algunos ejemplos donde tiene cabida esta tecnología:
- Hoteles, Auditorios, Hostelería, Residencias Tercera Edad y Guarderías
- Hospitales, Piscinas
- Centros Comerciales
- En general, para las excepciones incluidas tanto en la instrucción IT 1.2.2 del RITE, como en el DB HE4 del CTE. Esto nos permite incluir la cogeneración en aquellos casos en que por razones arquitectónicas, singularidades, etc, no se pueda instalar energía solar térmica.
Como se observa, se citan edificios donde se requiere una gran demanda térmica y eléctrica , así como en las excepciones que recoge la normativa.
¿Cuáles Son las Ventajas e Inconvenientes de la Cogeneración en Edificios?
Ventajas
- Alta eficiencia, ya que realiza un aprovechamiento óptimo de la totalidad de las fuentes de energía que entran en juego.
- Alternativa para edificios donde no se puede instalar energía solar térmica
- Ahorros medioambientales. Ahorro en energía primaria. Sistema de generación distribuida
- Se pueden utilizar como suministros complementarios, en caso de falta de tensión
- No es necesario gran espacio para la instalación de los módulos
A tener en cuenta
- Se deben realizar estudios de viabilidad técnica y económica muy precisos
- Inversión elevada
- Los equipos necesitan un plan de mantenimiento muy específico con su consiguiente coste
- Períodos de retorno de la inversión elevados (entre 6 y 10 años)
- Niveles de ruido elevados. Se deberán implementar medidas acústicas dependiendo de la ubicación
9 Comentarios
Estimado Paulino muy bueno y claro el articulo.
Te agradecería poder contar con el documento en formato pdf.
Saludos,
José Miguel Carrasco
Hola José Miguel y gracias por el comentario.
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Saludos.
Muy buen articulo. Alguna sabe cual es el precio de uno de estos equipos?. Uno de 5 kw por ejemplo?. Como para tener una referencia acabada de la inversion inicial.
Muchas gracias.
Un artículo muy interesante.
los incovenientes de la microcogeneración en España aventajan al gran ahorro energetico que supone,y a las trabas legislativas para su implatacion.
Excelente artículo,muy ilustrativo.De todas maneras es una pena que la actual legislación no se mas favorable a este tipo de energias ,( ya sabemos, UNESA), en fin.
Yo como tecnico y profesional si apuesto por este tipo de equipos pero para otro tipo de sectores y recintos, como por ejemplo una piscina publica/privada,centros de salud etc…
Me gustaría que me diese permiso para postear este articulo en mi blog;
frigarma@blogspot.com
respetaría,por supuesto, el autor y la web.
gracias
Realmente, creo que todos los comentarios que has recibido, piensan en equipos de cogeneracion de 50kW que es lo usual, pero en tu articulo se muestra un equipo del tamaño de una lavadora para una vivienda individual. Aunque un motor de turbina no lo veo claro, sin intención alguna de poner en duda a la marca Bosch, estos ciclos tienen menor rendimiento que un ciclo Otto cuando ya de por sí un ciclo Otto tiene muy bajo rendimiento, digamos como que se favorece la generación térmica y no la eléctrica, lo que probablemente reducirá su rendimiento. Y no creo que en una «lavadora» quepa un ciclo combinado.
Si no te importa, me gustaría que aportases mas datos sobre este cogenerador de Bosch, me parece un tema importantisimo.
Gracias y un saludo.
Muy interesante el artículo, ya que aporta información clara y concisa sobre un sistema de generación de energía utilizado por debajo de sus posibilidades y poco conocido por los usuarios.
El problema es que, hoy en día, no es una opción que suela ser rentable, debido tanto a la necesidad de que exista una amplia demanda (como comenta Miguel Contreras), como por una legislación que no la favorece en absoluto.
La cogeneración tiene un inconveniente que dificulta su rentabilidad económica: necesita de una demanda simultanea de calor y electricidad, durante largos periodos de tiempo.
No es fácil encontrar en el sector de la edificación consumidores que reúnan estas dos condiciones, necesarias para hacer recomendable el empleo de sistemas de cogeneración.
Para conseguir que la demanda de calor sea continua a lo largo del tiempo, se puede recurrir a la producción de frío mediante ciclos de absorción, con la consiguiente penalización económica debido al coste de estos equipos, y para mantener constante la producción de energía eléctrica, que por otro lado garantiza disponer de calor, es necesario recurrir a la venta de energía a la red.
Creo que para que los sistemas de cogeneración sean factibles desde el punto de vista económico, y por tanto mantener una demanda continua de las dos energías ( eléctrica y calorífica ) , es necesario crear comunidades, «barrios» o distritos que garanticen la continuidad de esta demanda….y, esto no debe ser una tarea sencilla.
Muy buen artículo. Lastima que a la cogeneración en España se la considere dentro del saco de las energías renovables y esté sufriendo el mismo parón legislativo que éstas.