Sistemas de Energía Total

Definición

Los sistemas de energía total (SET) son instalaciones que producen tanto electricidad como calor útil (calefacción, refrigeración y agua caliente sanitaria). Se caracterizan por:

• Tener potencias inferiores a 10 MW.
• Priorizar la producción de energía eléctrica.
• Cubrir una demanda térmica elevada durante pocas horas al año y una demanda base durante el resto.
• Enfrentarse a una demanda eléctrica con picos y valles, lo que implica costes elevados.

Sistemas de Energía Total Integrados

Los sistemas de energía total integrados (SETI) se diferencian de los SET en que:

• Priorizan la demanda térmica.
• Pueden entregar energía eléctrica a la red y consumir de ella.

Proyectos con Participación de Compañías Eléctricas

Las compañías eléctricas participan en proyectos de cogeneración y SET en colaboración con:

• Clientes industriales: Para reducir costes de energía.
• Clientes residenciales: Para minimizar las horas valle y punta de consumo.

Beneficios para las compañías eléctricas:

• Diversificación del negocio.
• Disminución del coste de capital de financiación.
• Aporte de personal cualificado.
• Participación en el mercado como cogeneradores.

Proyectos de Cogeneración Industriales

Estos proyectos permiten a las industrias:

• Reducir los costes de adquisición de energía eléctrica y térmica.

Es importante tener en cuenta que la viabilidad de estos proyectos depende de la legislación vigente.

Sistemas de Calefacción de Distrito (District Heating)

Los sistemas de calefacción de distrito (o district heating) consisten en la distribución centralizada de calor a edificios y viviendas. Se clasifican en dos grupos:

• Ciudades enteras.
• Urbanizaciones.

Características:

• Utilizan vapor a baja presión, agua o líquido presurizado como fluido de trabajo.
• La distancia entre la central y el núcleo de consumo es corta.
• Ofrecen la posibilidad de generar frío.
• Su desarrollo depende de la legislación.

Ventajas e Inconvenientes de la Cogeneración

Ventajas para las Compañías Eléctricas

• Incremento en la garantía del suministro eléctrico: Mayor capacidad de generación.
• Posibilidad de rebajar la potencia de reserva: Aumento de las instalaciones generadoras.
• Utilización más económica de sus medios de producción: Sustitución de centrales con costes de generación más altos.

Inconvenientes para las Compañías Eléctricas

• Problemas de regulación de la red: La conexión en paralelo de equipos de cogeneración puede generar problemas de regulación debido a los intercambios de energía y posibles fallos de suministro.
• Menor mercado: El autoabastecimiento y la posible venta de energía por parte del cogenerador reducen el suministro de la compañía eléctrica.

Ventajas para el Usuario

• Ahorro económico: Menor coste de la electricidad autoconsumida y beneficio por la venta de excedentes.
• Mayor garantía de suministro: En caso de fallo de la red, se puede seguir suministrando electricidad a equipos críticos.

Inconvenientes para el Usuario

• Inversión adicional: Se requiere una inversión en una actividad ajena a las líneas de negocio principales, con riesgos asociados como la evolución de los precios de la electricidad.
• Aumento de la contaminación local: Mayor consumo de combustibles en la propia instalación (en ciclos de cabecera).

Ciclo Cola

Muchos procesos industriales (acerías, fábricas de vidrio, cerámica, cemento, refinerías) generan gases de escape a alta temperatura (1000-1200 ºC). Estos gases, tras el proceso, aún conservan una temperatura elevada (500-600 ºC). En lugar de liberarlos a la atmósfera, se pueden aprovechar en un ciclo cola.

El ciclo cola consiste en:

• Pasar los gases por una caldera de recuperación de calor (HRSG) para producir vapor.
• Utilizar el vapor para impulsar una turbina de vapor y generar electricidad.

Tipos de turbinas:

• Condensación.
• Contrapresión.
• Condensación o extracción de la turbina de contrapresión.

El rendimiento eléctrico es bajo (5-15%), pero la electricidad se produce a partir de energía térmica que de otro modo se desperdiciaría.

Operación a Carga Parcial

Las turbinas de vapor alcanzan su rendimiento óptimo alrededor del 95% de su potencia nominal. En sistemas de cogeneración, se utilizan turbinas multietapa con capacidades de condensación y extracción, diseñadas para aplicaciones específicas. Cada turbina tiene características de carga parcial únicas, que se detallan en un mapa de rendimiento proporcionado por el fabricante.

Ventajas de las Turbinas de Gas (TG) de Ciclo Abierto

• Recuperación de calor residual: El bajo rendimiento térmico y el exceso de aire requerido generan un alto contenido energético en los gases de escape, que se puede recuperar.
• Producción de vapor de alta calidad: Los gases de escape a alta temperatura (450-600 ºC) permiten la recuperación de calor a alta temperatura mediante calderas de recuperación de calor de simple o doble presión. El vapor producido puede utilizarse en procesos térmicos o para impulsar una turbina de vapor en un ciclo combinado.
• Uso directo de los gases de escape: En lugar de producir vapor, los gases de escape se pueden utilizar directamente en procesos térmicos como calentamiento y secado a alta temperatura.

Turbinas de Gas (TG) de Ciclo Cerrado

En un ciclo cerrado, el fluido de trabajo (helio o aire) circula en un circuito cerrado. Se calienta en un intercambiador de calor antes de entrar en la turbina y se enfría tras la salida, liberando calor útil.

Ventajas:

• Pocos problemas de corrosión y desgaste: El fluido de trabajo permanece limpio.
• Flexibilidad en la fuente de calor: Se puede utilizar cualquier combustible (carbón, gas de horno alto, residuos, energía nuclear, solar).

Desventajas:

• Mayor inversión: La complejidad de la máquina y el control de emisiones para combustibles de baja calidad aumentan la inversión inicial.
• Potencia limitada: Se utilizan principalmente en instalaciones de grandes potencias (2-50 MWe).

A pesar de la mayor inversión, se espera que la fiabilidad y disponibilidad de las TG de ciclo cerrado sean iguales o superiores a las de ciclo abierto, gracias al fluido de trabajo limpio.