COGENERACIÓN DE PEQUEÑA POTENCIA

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¡Ahorrar energíaestá en tu mano!

COGENERACIÓNDE PEQUEÑA POTENCIA

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Cogeneración de pequeña potencia

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1. INTRODUCCIÓN

1.1. El proyecto Cogen Challenge

2. CONTEXTO NACIONAL Y REGIONAL

2.1. Marco de referencia

2.2. Instalaciones existentes

2.3. Potencial de la cogeneración en España

3. TECNOLOGÍAS DISPONIBLES

3.1 Ejemplos de instalaciones existentes

4. GUÍA BÁSICA SOBRE LOS PRINCIPIOS Y RENTABILIDAD

DE LA COGENERACIÓN A PEQUEÑA ESCALA

4.1. Consideraciones económicas

4.1.1. Costes

4.2. Fases básicas de un proyecto de cogeneración

4.3. Lista de tareas

5. GESTIÓN Y FINANCIACIÓN PARA UN PROYECTO

DE COGENERACIÓN

6. CONCLUSIONES

5

9

12

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La cogeneración, definida como la generaciónsimultánea en un proceso de energía térmica útil (calorútil) y eléctrica y/o mecánica, es un modo muy eficientede conversión de la energía. Su uso tiene impactospositivos en la economía, el medio ambiente, el usoresponsable de los recursos y en la seguridad delsuministro energético.

La cogeneración también conocida como CHP (calor yelectricidad combinados), produce el 10% de toda laelectricidad y aproximadamente la misma cuota decalor en los países de la UE 25.

La cogeneración no es sólo una alternativa válida parala gran industria. Las pequeñas empresas, edificiospúblicos, incluso los propietarios de viviendasunifamiliares pueden utilizar esta tecnología yaprovechar sus beneficios. La situación más común deun edificio u otra instalación es la necesidad de energíaeléctrica y calor, por un lado, y la reducida eficiencia delas instalaciones existentes, por otro. En muchos casos,la solución es una planta de cogeneración. Sin embargo,existen una serie de obstáculos que pueden influir enla decisión de implantación de este sistema...............

Esta guía informativa tiene dos objetivos fundamentales,tratar de ofrecer información que permita superar esosposibles obstáculos e inspirar al lector a reflexionarsobre la cuestión de si la instalación de una unidad decogeneración a pequeña escala le ayudaría a reducirlas facturas de electricidad y a contribuir a un futuromás sostenible, entendiendo como tal aquel que aúnamedioambiente, competitividad (economía) y garantíade suministro..................

1. INTRODUCCIÓN

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n Tanto si es un organismo público, una empresa pe-queña, una empresa de servicios, un propietario o elresponsable de mantenimiento de un hospital o de ungrupo de viviendas, siempre necesitará calefacción(calor) y electricidad. Para cubrir estas necesidadesgeneralmente se usa una caldera para el calor y laelectricidad se compra en la red.

Otra opción es cubrir parcialmente estas necesidadesde calor y electricidad a través de una unidad decogeneración a pequeña escala. El calor obtenido de lacogeneración se utiliza para disponer de agua caliente,calentar los espacios, aprovecharlo en instalaciones delavandería o secadores o para calentar el agua de unapiscina. La producción de vapor es también posible enalgunos casos.

Finalmente, se puede utilizar el calor en un ciclo deabsorción que permite producir frío para refrigeraciónde locales o para procesos industriales.

La cogeneración a pequeña escala es una propuestaatractiva y práctica para una amplia gama deaplicaciones:

sector edificios y servicios:

• hospitales y centros sanitarios,

• hoteles,

• edificios de uso deportivo (piscinas, polideportivos),

• edificios de uso educativo (escuelas, universidades,...),

• edificios de oficinas,

• centros de ocio, almacenes y supermercados,


7

• centros comerciales, restaurantes, lavanderías,

• viviendas y edificios de apartamentos,

sector industrial:

• Industria alimentaria (láctea, cárnica, cervecera, ...)

• Industria cerámica y de materiales de construcción engeneral,

• ...

sector agrícola:

• horticultura e invernaderos,

• secaderos de cosechas o madera,

• ...

Existe una fuerte voluntad dentro de la política energéticade la Unión Europea, España y Asturias para incrementarla cuota de cogeneración en los años próximos, porqueesta tecnología, ya madura y con altos rendimientos,ofrece una gama de beneficios para la sociedad. DistintasDirectivas Europeas y Reales Decretos en el caso deEspaña confirman esta afirmación..............................

A nivel europeo se puede citar la Directiva 2004/8/CEdel Parlamento Europeo y del Consejo, de 11 de febrerode 2004, relativa al fomento de la cogeneración, mientrasque, a nivel nacional, el RDL 7/2006 elimina la figuradel autoproductor y permite que la totalidad de laenergía producida por la cogeneración se incorpore alsistema, o el RD 661/2007 de Régimen Especial queestablecía un marco favorable para el desarrollo de lacogeneración definiendo el régimen económico paraesta tecnología. Por último, el RD 616/2007 sobre fomento

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cció

n de la cogeneración tiene por objeto la creación de unmarco para el fomento de la cogeneración de altaeficiencia de calor y electricidad basado en la demandade calor útil y en el ahorro de energía primaria,incrementando la eficiencia energética y mejorando laseguridad del abastecimiento.

Estimular la economía

Los consumidores de energía pueden disminuirconsiderablemente sus facturas energéticas instalandoplantas de cogeneración, reduciendo la cantidad deelectricidad comprada a su suministrador eléctrico yvender la electricidad excedentaria a un precio atractivo.Ello incide en una mayor competitividad de los usuariosde esta tecnología, que ven reducidos sus costesenergéticos. Además, más cogeneración supone másproductores de energía independiente lo que ayuda adiversificar y a liberalizar los mercados energéticoseuropeos.

Preservar el medioambiente

La cogeneración muestra una eficiencia energéticasuperior a las plantas convencionales (producciónindependiente de calor y electricidad). Esto conduce aun ahorro de energía primaria y a reducir las emisionesde dióxido de carbono, que es el principal gas de efectoinvernadero. El desarrollo de la cogeneración contribuiráa cumplir los objetivos del Protocolo de Kyoto y acombatir el cambio climático. La energía más limpia essiempre la energía que se ahorra.

Usar los recursos de modo más eficiente

Hay que ser consciente del hecho de que los recursosde combustibles fósiles se agotarán en algún momento.Con el fin de encontrar soluciones energéticas para el


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1.1 El Proyecto Cogen Challenge

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futuro, las administraciones y los organismos implicadosse esfuerzan en estimular los combustibles renovablescomo biomasa y biogás.

Además, mejorar la eficiencia del uso de combustiblees una tarea fundamental. La cogeneración, como yase ha indicado, es un método muy eficiente paraconvertir los combustibles en electricidad y calor útiles.Por tanto, siempre debería ser una de las primerasopciones a considerar.

Garantizar el suministro

La cogeneración contribuye de muchos modos a unamayor fiabilidad. Al generar parte o toda la electricidadque consumen, los usuarios de cogeneración son másindependientes que los consumidores que dependencompletamente de los suministradores eléctricos.Cuando la electricidad se produce muy cerca delconsumidor final, se eliminan las pérdidas en eltransporte y distribución, la red eléctrica para toda laregión es más estable y necesita menos renovación.

Debido al interés que la cogeneración tiene en funciónde las ventajas asociadas a su alta eficiencia energética,FAEN decidió participar en un proyecto europeodenominado COGEN CHALLENGE, cofinanciado porla Comisión Europea...........

En este proyecto han participado los siguientes sociosde cinco países de la Unión Europea (Alemania, Bélgica,Eslovenia, España y Francia):

A pesar de las ventajas del uso de la cogeneración,existen barreras al desarrollo de esta tecnología, sobretodo en lo que respecta a la de pequeña potencia............

Entre estas barreras se pueden citar las siguientes:

• Poca información sobre cogeneración de pequeña potencia y su empleo en instalaciones del sector terciario.

• Escasas instalaciones de cogeneración de pequeña potencia, especialmente de micro-cogeneración, que sirvan de ejemplo.

• Trámites administrativos complejos.

• Coste del gas natural elevado para instalaciones en ámbito urbano (la mayoría: centros deportivos, hoteles, edificios en general, ...)

Por lo tanto, una vez detectadas estas barreras, dondeun apartado fundamental es la necesidad de una mayordifusión e información sobre la cogeneración,especialmente la de pequeña potencia, el proyectoCOGEN CHALLENGE se centró en tratar de superarlasy, por ello, se realizaron diversas actuaciones en este

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sentido. Las principales fueron las siguientes:.................

• Campaña de difusión e información. Página Web en Internet, jornadas y otros eventos.

• Desarrollo de herramientas informáticas para realizar estudios de viabilidad de cogeneración (EASY COGEN y COGENSIM).

• Documentación de 1000 proyectos realizados en la UE, con fichas informativas como la que sigue:

• Creación de grupos de trabajo en los países de la UE para fomentar el uso de la cogeneración (en España el responsable fue FAEN).

• Seminarios, cursos y conferencias sobre cogeneración.

A lo largo de la presente documentación se ofreceinformación sobre este proyecto y sus resultados.

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Pro

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LocationType of location

Country and post codeDistrict heating

Year of installationCogeneration technology

ManufacturerNumber of units

Electrical capacity (kw)Exact electrical capacity (kw)

Heat capacity (kw)Fuel capacity (kw)

Annual heat demand (kwh)Annual heat production (kwh)

Annual electricity production (kwh)Average operating hours (h/y)

Fuel typeTotal investment (€)

PISCINA MUNICIPALSwimming pools/Leisure centersES-08820 EL PRAT DE LLOBREGATNo2003Motor engineEQTEC IBERIA151-250 KW60100177

5800003480005800NATURAL GAS90000

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La cogeneración se incluye en el denominado régimenespecial, basado en las tecnologías de generación queutilizan las energías renovables, los residuos y lacogeneración a partir de la existencia de la Ley deOrdenación del Sector Eléctrico de 1980. A partir dela entrada en vigor de la Ley 54/1997 del sector eléctricoy sus desarrollos normativos, se han producido unaserie de modificaciones en la regulación y el marcoretributivo de esta actividad plasmadas éstas en lossucesivos Reales Decretos 2818/1998, 436/2004 y, porúltimo el Real Decreto 661/2007 por el que se regulala actividad de producción de energía eléctrica enrégimen especial.

Éste, actualmente en vigor, permite una retribuciónde la energía vertida a la red mediante dos posibilidadesa elegir:

a) Ceder la electricidad al sistema a través de la red de transporte o distribución, percibiendo por ella una tarifa regulada.

b) Vender la electricidad en el mercado de producción de energía eléctrica. En este caso, el precio de venta de la electricidad será el precio que resulte en el mercado organizado o el precio libremente negociado por el titular o el representante de la instalación, complementado, en su caso, por una prima.

Por otro lado, la Directiva 2004/8/CE del ParlamentoEuropeo y del Consejo, relativa al fomento de la

2.1 Marco de referencia

2. CONTEXTO NACIONAL Y REGIONAL


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cogeneración sobre la base de la demanda de calor útilen el mercado interior de la energía ha sido transpuestaal ordenamiento jurídico nacional a través del Real

Decreto 616/2007 sobre fomento de la cogeneración,tiene por objeto la creación de un marco para el fomentode la cogeneración de alta eficiencia de calor yelectricidad basado en la demanda de calor útil y en elahorro de energía primaria, incrementando la eficienciaenergética y mejorando la seguridad del abastecimiento.Para ello, prevé el análisis y evaluación del potencialnacional de cogeneración de alta eficiencia, de lasbarreras que dificultan su desarrollo y de las medidasnecesarias para facilitar el acceso a la red de unidadesde cogeneración y centrales de microgeneración ycogeneración a pequeña escala, al tiempo que se definenlos métodos de determinación del ahorro energéticopara las unidades de cogeneración de alta eficiencia.

Además, y con el objetivo de aumentar la potenciainstalada en los distintos sectores de actividad, se estánllevando a cabo diversas actuaciones incluidas en laEstrategia de Eficiencia Energética en España (E4) dentrode los planes de acción 2005-2007 y 2008-2012 de lareferida E4. En esta línea se enmarcan las medidas,donde se habilitan ayudas para las siguientesactuaciones:

• Estudios de viabilidad. El objetivo de esta medida es analizar la viabilidad económica del nuevo potencial de cogeneración de alta eficiencia existente en España, mediante la identificación y la realización de estudios en nuevos emplazamientos del sector industrial, servicios y tratamiento de residuos, en los cuales la existencia de una demanda de calor útil permita la aplicación de esta tecnología según los criterios planteados en la Directiva 08/2004/CE de cogeneración de alta eficiencia.

2.1

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• Fomento de nuevas instalaciones en instalaciones no industriales. El objetivo de esta medida es contribuir a desarrollar el potencial de cogeneración existente en España, apoyando a las Cogeneraciones de alta eficiencia en los subsectores en los que esta tecnología tiene menor presencia como es la Cogeneración en el sector Terciario mediante la promoción a la implantación de nuevos sistemas de cogeneración. Esta medida está orientada a plantas de cogeneración de alta eficiencia de potencia superior a 150 kWe que utilicen como combustible gas natural o gasóleo, incluyendo los sistemas de frío en los casos de plantas de trigeneración.

• Fomento de cogeneraciones de pequeña potencia. La medida supone la realización de proyectos de demostración y ejecución de instalaciones de cogeneración de reducida dimensión, entendiendo como tal los sistemas de cogeneración con potencia eléctrica no superior a 150 kWe.

Además, para instalaciones ya existentes se pretendemejorar su eficiencia energética utilizando nuevastecnologías con un mayor aprovechamiento de laenergía utilizada. Para ello se diseñan las siguientesmedidas:

• Auditorías energéticas. Estudios de tipo auditoría individualizada para obtener información referente al potencial de mejora tanto desde el punto de vista de la eficacia energética como de operación frente al sistema eléctrico en sistemas de cogeneración operativos. Del mismo modo evaluarán la viabilidad técnica, económica y administrativa de modernización de la cogeneración.

• Plan renove de plantas existentes. Sustitución de equipos en sistemas de cogeneración instalados con

2.1

Ma

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14


2.2 Instalaciones existentes

15

En cuanto a la potencia de cogeneración instalada enEspaña se tiene, en diciembre de 2006, un total de 6.467MW de los cuales 5.875 corresponden a 860 plantasconsideradas de autoproducción y el resto, 592 MW, aplantas de tratamiento y valorización de residuos.

Estas plantas operan, como media, 5.485 horas anuales,con un rendimiento eléctrico equivalente del 57,6%,una eficiencia eléctrica del 29,7%, aprovechandoel 73,2% de la energía contenida en el combustibleutilizado.

En 2007 se alcanzaron los 6.600 MW, tal y como sepuede apreciar en la figura siguiente.

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Evolución de la cogeneración en España

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(MW

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6.000

1990Año

1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

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51

290

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319

591

378

960

549

797

492

399

174 176

76116 134

6.600Potencia instalada (MWe)

Potencia Acumulada (MWe)

Fuente IDAE

el objeto de adecuarse a las necesidades del proceso productivo, mejores técnicas disponibles e incluso situación normativa actual.

162

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Potencia instalada en cogeneración en España a diciembre de 2006. Fuente: CNE

ANDALUCÍA

ARAGÓN

ASTURIAS

BALEARES

CANARIAS

CANTABRIA

CASTILLA LA MANCHA

CASTILLA Y LEÓN

CATALUÑA

COMUNIDAD VALENCIANA

EXTREMADURA

GALICIA

LA RIOJA

MADRID

MURCIA

NAVARRA

PAÍS VASCO

TOTAL ESPAÑA

COMUNIDADAUTÓNOMA

606

523

67

6

33

288

419

498

1.169

635

9

637

50

249

220

111

354

5.875

Plantas deautoproducción

POTENCIA(MWe)

146

43

6

-

-

-

-

110

144

2

4

-

-

42

70

15

10

692

Plantas detratamiento yvalorizaciónde residuos

POTENCIA (MWe)

752

566

73

6

33

288

419

608

1.313

637

13

637

50

301

290

126

364

6.467

TOTAL

1 Fuente IDAE

Fundamentalmente, la mayor potencia instaladapertenece al sector industrial y, dentro de éste, a lossectores de alimentación, química y papel y cartón,donde además las horas medias anuales de utilización1

alcanzan las 6.113, mientras que en el sector serviciosse sitúan en 4.242.


Por comunidades autónomas, la distribución de estasplantas es la siguiente:

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2.2

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Por tanto, del análisis de los datos se observa, por unlado, que la mayor parte de las instalaciones decogeneración se centran en el sector industrial, mientrasque la antigüedad de las mismas hace que elrendimiento sea más bajo del que sería posible alcanzarcon instalaciones más nuevas, con valores de eficienciaenergética superiores.

A nivel regional, las instalaciones de cogeneraciónexistentes en Asturias, que se encuentran recogidas enel registro del Régimen Especial a diciembre de 2008son las siguientes:.............

Otro dato importante que conviene tener en cuenta esla antigüedad del parque cogenerador en España, conun valor medio superior a los 10 años.

Pote

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año

MW

Años de antigüedad

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1.000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

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22

12682

233

415

740

523

939

378

591

319290

502

51

Fuente CNE. Año base: 2007

241

18


2 Se incluyen aquí las instalaciones existentes en centros hospitalarios y en estaciones depuradoras de aguas residuales.3 Los datos de la situación de la cogeneración en España se han tomado de la publicación de IDAE “Análisis del potencial decogeneración de alta eficiencia en España 2010-2015-2020”.

2.3 Potencial de la cogeneración en España3

Teniendo en cuenta lo indicado en capítulos anterioresen relación a los beneficios de distinta índole que suponela cogeneración y las actuaciones puestas en marchapara su desarrollo, se considera que tanto la potenciainstalada como la producción de energía de estasinstalaciones en España va a ir creciendo de manerasignificativa en los próximos años. En este sentido, lasprevisiones se recogen en las siguientes tablas:

Cogeneraciones con gasóleo y fuelóleo Potencia eléctrica (kWe)

Instalaciones industriales 26,3

Instalaciones no industriales 0,0

TOTAL 26,3

Centrales de valoración energética Potencia eléctrica (kWe)


Instalaciones no industriales 0,0

TOTAL 30,9

Cogeneraciones con gas natural Potencia eléctrica (kWe)


Instalaciones no industriales 2 12,0

TOTAL 46,5

Pote

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We)

0

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1.500

2.000

2.500

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20

3.000

Escenario de crecimiento vegetativoDatos históricosEscenario optimista con políticas de impulso

591

650 652

2.026

2.317

Escenarios tendenciales para tratamiento y valorización de residuos

Pote

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inst

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We)

0

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

Año19

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1820

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5.875

7.552

7.098

8.831

9.936

Escenarios tendenciales con sistemas de cogeneración que aportan calor útil

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2.3

Po

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Para la cuantificación del potencial de cogeneraciónen Asturias indicada en la Estrategia Energética delPrincipado de Asturias 2005-2012 se parte de lametodología empleada en la Estrategia de EficienciaEnergética en España 2004-2012 desarrollada por elIDAE, aplicándose al sector industrial y al de servicios.Con todo ello, y tal como se observa en la siguientetabla, se obtendría un aumento de la potencia eléctricainstalada en cogeneración para el año 2012 de 81,8MW, lo que supondría una generación anual de unos1.265.670 MWh.....................

2.3

Po

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1999

2000

2001

2002

2003

2004

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2006

2007

2008

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2012

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Año


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8.000

10.000

12.000

14.000

6.466

9.579

7.745

9.483

12.253

Escenarios tendenciales para todas las cogeneraciones

4 Realizando acciones de promoción de esta tecnología.5 Únicamente se incluyen las instalaciones de cogeneración que trabajen con combustible gas natural, fuelóleo y gases residuales.

20


Industria5

SECTORInstalacioneshasta 2004

(MW)

Potencial aalcanzar

en 2012 4 (MW)

Valoraciónentre 2004 y2012 (MW)

Generación eléctricaanual con la

ampliación indicada(MWh)

Servicios yresidencial

TOTAL

115,9

8,1

124

187

18,8

205,8

71,1

10,7

81,8

1.150.050

115.620

1.265.670

21

Simplemente recuperando el calor de la unidad deproducción de electricidad tradicional se puede producircalor útil y electricidad simultáneamente con diferentestecnologías. Como el calor debe utilizarse cercano alconsumidor, las unidades de cogeneración deben tenerel tamaño adecuado para el consumo esperado.

El siguiente gráfico ilustra este principio: en la mitadsuperior, se muestra cuanta electricidad y calor produceuna cogeneración a pequeña escala con un númerodado de entrada de energía. En este ejemplo, la unidadde cogeneración tiene una eficiencia del 89%. En elcaso de producción independiente de calor (en lacaldera) y electricidad (en la central eléctrica) laeficiencia es mucho menor.

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3. TECNOLOGÍAS DISPONIBLES

La gama de tecnologías disponibles es bastante amplia.Debe elegirse la tecnología de cogeneración conformea algunos criterios específicos a su actividad y a lademanda de calor. El cuadro siguiente enumera lastecnologías: "++" significa que la tecnología es muyadecuada para producir el calor que necesita, y "+"significa menos adecuada. Ninguna anotación significaque la tecnología no puede producir el calor que necesita.

A continuación se amplía la información para cada unade estas tecnologías usadas en cogeneración.................

Turbina de gas

Las turbinas de gas se han convertido en la tecnologíamás extendida para la cogeneración a gran escala enlos últimos años. Sin embargo, las turbinas de gas nosolo se usan en aplicaciones de gran tamaño. En elmercado hay disponibles unidades más pequeñascomenzando desde unos pocos kWe.................

Desde la década de los 90 ha habido disponibilidad demicroturbinas. Se derivan de los sobrealimentadoresde vehículos y se encuentran desde 30 kWe. e inclusomenores. Las microturbinas necesitan menos espacioque los motores convencionales y los costes de

223

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Turbina de gas

Tecnologíascogeneración

Combustibles(no exhaustivo)

¿Necesita aguacaliente?

¿Necesitavapor?

¿Necesitaaire?

Gas natural, biogás, gasóleo

Motor de gas

Turbina de vapor

Motor de gasóleo

Motor Stirling

Pila deCombustible

Hidrógeno o, vía conversión, restode combustibles

Gas natural, biogás, gasóleo, aceitevegetal, leña

Gas natural, biogás, gasóleo, aceitevegetal, leña

Gas natural, biogás, gasóleo, aceitevegetal, leña, etc.

Gas natural, biogás, gasóleo, leña

++

++

++

++

++

++

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+

+

++

+

+

+

+


23

3.

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smantenimiento son inferiores. Además, la emisión degases contaminantes se reduce, especialmenteaquellos que provocan la lluvia ácida y la reducción dela capa de ozono. Las eficiencias eléctricas sontípicamente inferiores a las de los motores decombustión interna..............

A continuación se incluye un cuadro con lascaracterísticas principales de unidades de cogeneracióninferiores a 500 kWe.

Potencia eléctrica:

Eficiencia eléctrica:

Energía térmica:

Eficiencia térmica:

Emisión de NOx:

Emisión de CO:

Tamaño (L x An x Al):

Peso:

Inversión:

Unidades más pequeñas Unidad típica pequeña escala

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Energía térmica:


Emisión de NOx:

Emisión de CO:


Peso:

Inversión:



Motor de gas

La mayoría de las unidades de cogeneración a pequeñaescala son motores de combustión interna que funcionancon los mismos principios que sus equivalentes devehículos de gasolina y diésel. Los motores funcionancon combustibles líquidos o gaseosos, como el gasóleo,gas natural o biogás, y hay disponibles desde 5 kWe amás de 1.000 kWe.

Los motores de combustión interna tienen una eficienciaeléctrica superior a las turbinas, pero la energía térmicaque producen es generalmente de temperaturasinferiores y así son mucho más adecuados paraaplicaciones de edificios. El ratio de calor utilizable paraenergía está normalmente en el rango de 1:1 a 2:1.

En el cuadro siguiente se incluyen las característicasprincipales de unidades de cogeneración de este tipopara pequeñas potencias.

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Motor de gasóleo

Cuando no hay disponible gas natural o el biogás, sepuede elegir un motor de gasóleo. Teniendo en cuentaeste combustible, se modifican algunos valores de suscaracterísticas principales.



Energía térmica:


Emisión de NOx:

Emisión de CO:


Peso:

Inversión:


Fuente: 5 kWe motor degasóleo en una vivienda de unmunicipio (Amel - Bélgica)

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Motor de biogás

En el caso de utilizar un motor de biogás, los valorestípicos son:



Energía térmica:


Emisión de NOx:

Emisión de CO:


Peso:

Inversión:


Fuente: 1.25 MWé motor de biogás dela Industria de la Alimentación Lutosa(Electrabel - Bélgica)

Fuente: 102 KWé motor de biogásen un pueblo pequeño

(La Surizée - Bélgica)

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sTurbina de vapor

Las turbinas de vapor se han utilizado como motorprincipal para sistemas de cogeneración a gran escaladurante muchos años. Típicamente, las turbinas devapor están asociadas a centrales energéticas másgrandes, pero también hay unidades más pequeñas apartir de 200 kWe que se utilizan frecuentemente.

La eficiencia total es muy alta, llegando hasta el 84%.Las turbinas de vapor funcionan con combustiblessólidos, líquidos o gaseosos, tanto fósiles comorenovables. El ratio de calor típico para energía de lasturbinas de vapor es alrededor de 6:1.



Energía térmica:


Emisión de NOx:

Emisión de CO:


Peso:

Inversión:

Unidad típica pequeña escala

500 kWe

10%

3.000 kWth

70%

Depende de la caldera

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Energía térmica:


Emisión de NOx:

Emisión de CO:


Peso:

Inversión:


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Canlentador

Cilindro deexpansión

Pistón deexpansión

Generador

Regenerador

Agua refrigeración

Refrigerante

Cilindro decompresión

Pistón decompresión

Motor Stirling

Para aplicaciones a escala pequeña con una capacidadentre 0,2 kWe y 9 kWe, se pueden utilizar motoresStirling. Estos motores son dispositivos de combustiónexterna y por tanto, difieren sustancialmente de losmodelos convencionales. El motor Stirling tiene menospiezas móviles que los motores convencionales, yninguna válvula, balancines, inyectores de combustibleo sistemas de encendido por chispa. Los motores Stirlingtambién requieren menos mantenimiento y la emisiónde contaminantes es baja.

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Pila de combustible

Un nuevo avance es el uso de pilas de combustiblepara la cogeneración. Es necesario decir sin embargoque las pilas de combustible están en fase deexperimentación, aunque existen algunas ya en elmercado. Convierten la energía química del hidrógenoy oxígeno directamente en electricidad, sin combustiónni trabajo mecánico como en las turbinas o motores.El hidrógeno se produce normalmente del gas naturalmediante un proceso de reformado catalítico, quepermite liberar el hidrógeno que forma parte de lasmoléculas del agua y de los hidrocarburos del gasnatural.

Las eficiencias totales de los sistemas de cogeneraciónalcanzan el 85-90%, mientras que el ratio decalor/electricidad está en el rango de 5:4 y tiende al 1:1.Las pilas de combustible con una capacidad de 1 kWepueden proporcionar calor y electricidad a viviendasunifamiliares, y se pueden utilizar en aplicaciones mayoresde unos 200 kWe como por ejemplo en hospitales................



Energía térmica:


Emisión de NOx:

Emisión de CO:


Peso:

Inversión:


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Hospital Valle del Nalón (Langreo, España)

El Hospital Valle del Nalón es una instalación situadaen la zona central de Asturias que cuenta con 232camas, 5 quirófanos, paritorios y distintas zonas deconsultas externas..........

Para sus necesidades energéticas dispone desde elaño 1996 de una planta de cogeneración compuestapor dos motores de combustión interna que quemangas natural con las siguientes características:

• Marca y modelo: GUASCOR FGLD 360

3.1 Ejemplos de instalaciones existentes


CátodoElectrólito

Ánodo

Combustible

Salida agua Calor

Aire

Corriente CC

Fuente: Fuel Cell Hand

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• 12 cilindros en V

• Potencia eléctrica: 954 kW

• Potencia térmica: 4.000 kW

• Eficiencia eléctrica: 36,2%

EREN (Castilla y León, España)

El Ente Regional de la Energía de Castilla y León cuentacon un edificio bioclimático en el que se incorporannumerosas medidas de ahorro energético y deaprovechamiento de fuentes de energía renovables,entre las que se pueden destacar:

• Diseño arquitectónico de alta eficiencia energética.

• Instalación de aprovechamiento de energía solar térmica.

• Instalación de aprovechamiento de energía solar fotovoltaica.

• Instalación de micro-cogeneración.

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Centrándose en esta última, la planta de cogeneraciónutilizada como apoyo para la climatización del edificioconsta de un motor de combustión modelo SENERTECDACHS HKA, de 5,5 kW de potencia eléctrica y 12,5 kWde potencia térmica.

El ahorro de energía primaria que se produce por lautilización de este equipo es del 36,25%, muy similaral ahorro económico (36%). Con ello, el EREN consigueel objetivo doble de disminuir el consumo de energíaen sus propias instalaciones y el de disponer de unainstalación de demostración sobre una tecnologíaeficiente como es la cogeneración.

Masía Ferrer (Cataluña, España)

En una casa rural de Segorbe (Cataluña, España) llamadaMassia Ferrer, se estudió la viabilidad de instalar unacogeneración a pequeña escala para cubrir susnecesidades eléctricas y térmicas.

Después del análisis correspondiente, se optó por una

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33

microturbina con GLP para producir la electricidad y elcalor para climatización y ACS.

En 2006 se ejecutó la instalación a través de la empresapromotora PRIMAGAZ. El fabricante de la turbina fueCapstone, con la particularidad que ésta es la primeramicroturbina instalada con gas propano en España. Lacapacidad eléctrica de la unidad es de 30 kW, mientrasque su capacidad calorífica alcanza los 66 kW.............

Con unas 8.500 horas anuales de operación se cubreprácticamente la demanda anual de calor (225.000 kWh)al obtenerse 200.000 kWh de energía térmica. Porotra parte, la producción anual de electricidad porcogeneración es de 150.000 kWh. Hay que tener encuenta que esta planta no trabaja conectada a red, loque en un principio fue considerado una barrera a suimplantación. No obstante, conviene indicar que el costede la energía eléctrica generada es inferior a otrossistemas alternativos a la cogeneración.

La inversión total de esta unidad fue de 48.000 €, noexistiendo en este caso financiación por terceros.

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Restaurante Cañada Real

El restaurante Cañada Real en Santa María del Tiétar(Ávila) optó para la satisfacción de sus necesidadesenergéticas por una instalación de microcogeneraciónaislada. Dicha instalación fue proyectada y ejecutadapor la empresa BESEL.

Cuenta con cuatro motores Senerteccon las siguientes características:

• Potencia eléctrica pico: 26 kW

• Potencia térmica pico: 50 kW

Dispone de un almacenamiento de energía eléctricacon una capacidad de baterías (en C100) de 1.250 Ah.


Otros aspectos destacados de esta instalación son lossiguientes:

• Uso calor: Suelo radiante y ACS

• Horas de funcionamiento: 3.200 h.

• Energía/día máxima: 240 kWh/día

Edificio de oficinas (Valladolid)

En este caso se trata de una instalación de un sistemade microtrigeneración para el sector residencial, conmotor a gas y equipo de acumulación y climatizaciónmediante solución de cloruro de litio-agua. Se encuentraen el Edificio del Centro Europeo de Empresas eInnovación (CEEI) en el Parque Tecnológico de Boecillo(Valladolid) y lleva operativa desde 2005......................

El proyecto consiste en la instalación de un sistemaintegrado y altamente eficiente de microtrigeneración,que suministra electricidad para el autoconsumo deledificio CEEI y climatización para una sala de usoscomunes-cafetería y para la oficina de recepción deledificio.

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El diseño ejecutado permite que un único sistemasuministre al usuario electricidad, calefacción eninvierno, aire acondicionado en verano y agua calientesanitaria todo el año.

El sistema incluye las tecnologías siguientes:

• Una planta de micro-trigeneración, que combina un equipo compacto de cogeneración que lleva un motor de gas natural, con una nueva tecnología de climatización con almacenamiento de energía, basada en el ciclo frigorífico de absorción.

• Una estación de producción de frío solar, a partir de colectores solares planos y equipo de enfriamiento basado en ciclo frigorífico de absorción.

BESEL S.A. ha sido la encargada del diseño de la plantade trigeneración, así como de la instalación de todos suscomponentes, pruebas, puesta en marcha y operaciónde la misma.

Un spa y centro turístico in Ljubljana (Eslovenia)

El centro turístico Laguna Ljubljana dispone de uncamping y un hotel con un complejo de piscinas abiertasy un polideportivo.

La unidad de cogeneración a pequeña escala instaladacon una potencia de 230 kWe (motor a gas) suministrala mayor parte de la electricidad y un alto porcentaje

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de la demanda total de calor del centro turístico durantetodo el año. Comparado con la producción de calor yelectricidad separadas, la instalación ahorra alrededorde 110 toneladas de emisiones de dióxido de carbonoanualmente.

Clínica Bains en Grenoble (Francia)

La Clínica "Bains" está en Grenoble (Francia) y tieneuna planta de calor desde 1964, con tres calderas de 17años cada una, donde la producción de agua calienteestá llegando al final de su vida de servicio (con riesgosde polución bacteriológica) y utiliza una unidad degasóleo EJP (que no llega a satisfacer la demanda enlos días pico) encargando a Gaz Electricité de Grenoble(GEG) la modernización de sus instalaciones.

Se llevó a cabo una renovación completa de la plantade calor y de su regulación y llevó a una reducción delconsumo de energía de un 10%.

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En paralelo el gasóleo EJP se sustituyó por gas naturaly se renovaron dos calderas. Se instaló un modulo decogeneración de gas natural, uno de los primerosinstalados en Francia de este tamaño (300 kW eléctricos,420 kW térmicos). Sus características principales sonlas siguientes:

• Unidad de cogeneración de gas natural con un motor Waukesha, de 8 cilindros en línea / turbocompresor

• Potencia útil de: 300 kW potencia eléctrica, 420 kW térmica

• Eficiencia Global: 84%

• 2 calderas de gas de apoyo, de 800 y 600 kW

• Un contador de calor en cada caldera y en la cogeneración

• Unidad de seguridad para eliminar el exceso de calor

• La electricidad generada se inyecta en media tensión en la red de GEG.

Gaz Electricité de Grenoble financió la operación, lainstalación y su gestión. La puesta en marcha y elmantenimiento de la instalación fueron asignadas porGEG a la compañía Dalkia. Por lo tanto la Clínica Bainstiene un contrato llave en mano y un interlocutor únicopara sus necesidades en calefacción, agua caliente yelectricidad.

Existieron cuatro razones fundamentales para decantarsepor esta instalación de cogeneración:

• Eficiencia energética: ahorros de 20 a 30% en energía primaria,

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• Reducción de emisiones: gracias al uso de gas natural, las emisiones de NOx se han reducido un 30% tras la eliminación de la unidad de gasóleo,

• Confort: los pacientes de la clínica (100 camas y 24 unidades de ambulatorio) y los usuarios de los edificios próximos se benefician de más confort desde que la cogeneración se implantó ya que no produce ruidos adicionales, polvo, SOx, o humos. Es más, el control remoto hace que sea posible usar la instalación mejorando su funcionamiento,

• Control de costes: la clínica ahora es capaz de gestionar las facturas de energía durante el año, con ahorros considerables sobre los costes de la insta- lación original. Además no paga los gastos de la inversión, ni los de mantenimiento.

En este proyecto puede destacarse este servicio llaveen mano y la lógica de "todos ganan" que se esperase generalice en toda la región de Rhône-Alpes.

Una escuela en Dinamarca (Sydvestjyllands Efterskole)

En la Sydvestjyllands Efterskole, una escuela cerca dela ciudad danesa de Bramminge, la cogeneración se haconvertido en una realidad mediante la instalación en2002 de un módulo que funciona con un motor DieselkVA en el edificio....................

Este módulo de cogeneración a pequeña escala tieneuna potencia eléctrica de 58 kW y una potencia térmicade 87 kW. Está casi todo el año funcionando llegandoa alcanzar unas 6.000 horas a plena carga al año. Lademanda anual de calor de la escuela es de 700.000kWh mientras que la producción de calor de la unidades de 336.000 kWh. La producción anual de electricidades de 190.000 kWh. Cualquier extra en la electricidadgenerada podría no ser beneficioso para el edificio ya

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tes que en Dinamarca la electricidad no puede venderse si

la planta de cogeneración funciona con diesel..................

La instalación de esta unidad de cogeneración a pequeñaescala requirió de una inversión de 400.000 Dkr(€ 55.000). El dinero invertido permitió un ahorroeconómico de unos 100.000 Dkr (€ 13.500) al año.

Una escuela en Frankfurt (Alemania)

En Frankfurt, un gran número de escuelas cubren unaparte de sus necesidades de calor con unidades decogeneración a pequeña escala.

Se instalaron dos unidades de cogeneración a pequeñaescala de 50 kWe (motores a gas) en la escuela de CarlSchurz en 1993. Producen el 80% de la demanda anualde calor de la escuela, el gimnasio y piscina, reduciendoen unas 50 toneladas las emisiones de dióxido decarbono al año.

Un hotel en Londres (Reino Unido)

El Heathrow Marriott es un gran hotel de lujo con 390habitaciones, una piscina cubierta y un gimnasio.

La unidad de cogeneración instalada de 400 kWe en2001, funciona una media de 17 horas al día conuna disponibilidad del 97,5%. El ahorro del coste

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anual calculado por la administración del hotel alcanzólos 75.700 € durante el primer año de funcionamiento,y evitó la emisión de unas 250 toneladas de dióxido decarbono durante el mismo periodo.

Un vertedero en Thieulloy (Francia)

En 2004, se instalaron ocho microturbinas de 30 kWecada una en un vertedero cerca de París..........................

Esta planta de cogeneración utiliza la mayor parte delbiogás producido en el vertedero. La electricidadgenerada se vende a la compañía energética francesaEDF a un precio de 120.000 euros/año. Se suministracalor a un invernadero cercano y se estima que cadaaño el dióxido de carbono se reducirá alrededor de 130toneladas gracias al uso del biogás para producirelectricidad y calor.

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4.1. Consideraciones económicas

Para determinar el tamaño óptimo de la unidad decogeneración, las necesidades de calor son, en general,el factor más importante al definir la potencia correcta.Otros factores incluyen el tipo de unidad decogeneración, el patrón de consumo (curva de carga)y la presencia (o ausencia) de los mecanismos de ayudaspúblicas para la cogeneración.

El ejemplo A muestra una unidad de cogeneración quecalcula el tamaño de modo que permite muchas horasde funcionamiento. La cantidad total de 6.800 horas defuncionamiento significa que la unidad funciona durantemás de nueve meses al año. Solo cuando la demandade calor es más baja (normalmente en verano) estádesconectada la máquina. La base lógica de este estudioes que una inversión en cogeneración se amortiza

Demandacalor

kWh (th)

Ejemplo A

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4. GUÍA BÁSICA SOBRE LOSPRINCIPIOS Y RENTABILIDADDE LA COGENERACIÓN APEQUEÑA ESCALA


más rápido, cuanto más tiempo funcione la unidad.Sin embargo, en este caso solo una parte relativamentepequeña de la demanda de calor se proporcionamediante la unidad de cogeneración. El resto losuministrarán las calderas u otros sistemas adicionales.

El ejemplo B muestra otra posibilidad para determinarel tamaño correcto de la unidad de cogeneración. Aquí,la planta funciona solo durante un cierto periodo detiempo, más corto que en el ejemplo A. Por consiguiente,la potencia puede ser mayor, incluso si las necesidadesde calor son idénticas al caso anterior. Esta opción seescoge en casos en los que el funcionamiento en horasnocturnas no es económico.

4.1.1. Costes

El propietario de una planta de cogeneración debecalcular dos tipos de costes: los costes iniciales para lainstalación de la planta de cogeneración (compra de launidad de cogeneración, conexión a la red eléctrica, elsistema de combustible, y otros elementos auxiliares,construcción e ingeniería) y los costes a largo plazopara el combustible y para el mantenimiento del sistema.

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Demandacalor

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Ejemplo B

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Costes iniciales de la inversión de cogeneración. Fuente: ASUE 2005

IngenieríaConexión a la redEscapeConexión al sistemaConstrucciónUnidad CHPt

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Junto a los costes de combustible están los costes alargo plazo debido a necesidades de mantenimiento yservicio. La mayoría de distribuidores de unidades decogeneración ofrece un contrato de servicio completo:esencialmente una garantía de vida útil de la unidad decogeneración. Los contratos de servicio completo tienenuna duración de diez años o más y deberían cubrir loscostes de lubricación, filtros, bujías de encendido (paramotores), etc.

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Composición de costes iniciales típicos

Atendiendo exclusivamente a los costes iniciales, lainversión en la cogeneración es más capital intensivoque en la inversión de una caldera, que produce calory no electricidad. El gráfico muestra que la unidad decogeneración constituye la mayor parte de toda lainversión. Generalmente, las unidades de cogeneraciónmás pequeñas tienen un precio mayor por kWe, así queel total de los costes iniciales varían desde 700 € a 3.000€ por kWe.

Calcular tamaño de la unidad de cogeneración........

Si un proyecto de cogeneración está bien diseñado, sepuede obtener, al menos, un ahorro de energía primariadel 10 al 25%. Con el fin de alcanzar estos resultados,se debe garantizar que se desperdicia el mínimo deenergía. Esto se puede realizar usando la cantidadcompleta de calor y electricidad producida por la unidadde cogeneración de un modo eficiente......................

El primer gran reto para la realización de un proyectode cogeneración de alta eficiencia es dimensionar lapotencia correcta de la unidad de cogeneración. Si launidad es demasiado pequeña, la oportunidad deahorrar más energía se pierde. Si la unidad es demasiadogrande, la energía se desperdiciará en ciertos momentoscon demandas más bajas. Los promotores del proyectodeterminan el tamaño de una unidad siempre conformea varios criterios como las necesidades de calor, lasnecesidades de electricidad y el marco regulador. Otro

4.2 Fases básicas de un proyecto de cogeneración

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kWe de la planta de cogeneración

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Los costes unitarios disminuyen conla potencia de la instalación (Ct/kWhe)

Cost

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(c€/

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aspecto importante es la cuestión de si es posible venderla electricidad excedentaria.

La compra y la instalación de una unidad de coge-neración es una inversión considerable que puede seramortizada más rápidamente cuantas más horas al añoesté en funcionamiento. Por tanto, los promotores delproyecto, escogen un tamaño para la unidad decogeneración que no cubra las necesidades de calormás altas posibles, sino solo la carga base que seaestable durante el año y que permita un número dehoras de funcionamiento elevado.

Realice la primera estimación

Dependiendo de las necesidades de energía existentesy los requisitos operacionales, una gama de expertosen energía le pueden ayudar a realizar el tamaño correctode proyecto de cogeneración. Estos pueden ser eldistribuidor de la unidad de cogeneración, un asesorde energía o las denominadas empresas de serviciosenergéticos (ESE). Con un estudio de viabilidad losexpertos pueden conocer el consumo de combustiblepara generar calor y electricidad y simular (con unaherramienta informática compleja) tamaños diferentesde unidades de cogeneración. Pueden calcular larentabilidad para cada tamaño y luego proponer lamejor opción estimando los beneficios económicos, laenergía y el equilibrio medioambiental, y la integracióntécnica en el edificio.

El equipo de COGENchallenge le recomienda comenzarhaciendo la primera estimación usted mismo. Por ello,ha creado, una versión simplificada de la mismaherramienta informática que los profesionales de laenergía utilizan en su trabajo. El programa en ExceleasyCOGEN.xls permite a los no expertos realizar unprimer cálculo aproximado sobre si la instalación de laplanta de cogeneración es una buena opción o no.

A continuación se indican una serie de tareas que seplantean necesarias para el desarrollo de un proyectode cogeneración.

4.3 Listas de tareas

easyCOGEN.xls

Estudio de viabilidad

Conexión a la red

Operador distribuidor de red

Contrato combustible

Permisos de construcción

Trámites administrativos

Normativa sobre emisiones

Mantenimiento

Mecanismos de ayudas públicas

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Elija su opción de financiación

Como en el resto de las inversiones la rentabilidad dela inversión en cogeneración depende del nivel de riesgoque esté dispuesto a asumir. Tiene diferentes opcionesen relación a cómo financiar este proyecto: gestionarla inversión completa usted mismo, firmar un "contratode asociación" con un distribuidor de energía, utilizarel denominado contrato de financiación por terceros(FPT) o mediante una empresa de servicios energéticos(ESE). En este último caso, un tercer socio realizará lainversión y el mantenimiento de la unidad. Deberíavalorar con detalle, qué opción se ajusta mejor a suplan de financiación.....................

El proyecto COGEN CHALLENGE ha desarrollado unaherramienta muy sencilla en formato Excel denominadaeasyCOGEN que permite hacer un primer cálculo muyaproximado sobre si la instalación de la unidad decogeneración es una opción para usted o no. Puededescargarse este archivo Excel en www.faen.es Alintroducir los datos clave de su proyecto (edificios,empresa, oficinas, etc.) en las celdas azules puedecalcular fácilmente el tamaño y la rentabilidad de unaunidad de cogeneración adecuada (los resultados semuestran en las celdas grises).

Tenga en cuenta que esto es solo un indicadoraproximado sobre si el proyecto de cogeneración esrentable o no. Si las "conclusiones" al final del programaaparecen en verde, debería consultar con un experto(ej., un distribuidor, promotor, facilitador de cogene-ración) para realizar un estudio de viabilidad................

Si el análisis técnico y económico es positivo para unaplanta de cogeneración, se deben tener en cuentaalgunos aspectos y otras cuestiones legales...................

En primer lugar está el apartado de conexión de la

instalación a la red. Los procedimientos para el accesoy la conexión a la red de transporte de instalaciones degeneración, consumo o distribución se establecen enel Real Decreto 1955/2000, por el que se regulan lasactividades de transporte, distribución, comercialización,suministro y procedimientos de autorización deinstalaciones de energía eléctrica, mientras que losaspectos técnicos de dichos procedimientos sedesarrollan en los procedimientos de operación P.O.12.1 y P.O. 12.2 publicados en el BOE de 1 de marzo de2005. Entre otros aspectos destacables se indica en eseRD que el operador del sistema establecerá la capacidadde acceso en un punto de la red como la produccióntotal simultánea máxima que puede inyectarse en dicho

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punto con la red en condiciones de disponibilidad totaly el consumo previsto para el horizonte de estudio.

No obstante, como se ha detectado que el procedimientode conexión a red es una de las barreras de tipoadministrativo que dificultan las instalaciones decogeneración, en el Plan de Acción 2008-2012 de lareferida Estrategia E4 se propone desarrollar una normade interconexión a red de cogeneraciones de pequeñapotencia. Esta norma modificará y facilitará y reducirálos trámites necesarios para la obtención del punto deconexión a red de la instalación de cogeneración.

En relación a la compra de energía eléctrica y combus-tible que se consuman hay que tener en cuenta quedisponer de una unidad de cogeneración puede tenerun efecto en el precio que paga por la energía eléctrica.Incluso si la factura eléctrica disminuye después deinstalar una unidad de cogeneración, el precio unitariode la electricidad podría incrementarse porque compraunidades menores. Este efecto debe tenerse en cuentaen el estudio de viabilidad antes de decidir si instalauna unidad de cogeneración o no. El caso contrario seda con la compra del combustible ya que el consumode éste se incrementará. Por tanto, debería consultarcon un distribuidor de combustible para modificar elcontrato, si es necesario.

Adicionalmente a ello existen una serie de trámitesadministrativos que hay que tener en cuenta a la horade ejecutar el proyecto.

Por último, es conveniente conocer los mecanismos deayuda existentes para financiar el proyecto, tal y comose comentó anteriormente.

Herramienta easyCOGEN

Para utilizar esta herramienta hay que seguir lossiguientes pasos:

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* Paso 1: Localización del proyecto: Seleccione el país(y región) en la que quiere realizar el proyecto decogeneración. Debido a las diferencias geográficascomo las condiciones climáticas y mecanismos paraayudas públicas, la localización tiene un impactoimportante en el cálculo de la rentabilidad.................

* Paso 2: Determine la demanda de calor neto. Lademanda de calor neto es el valor único más importanteque determina el tamaño de la unidad de cogeneraciónde alta eficiencia. Con el fin de calcular la demanda decalor neto, elija primero el combustible a utilizar. Siutiliza gas o gasóleo para calentar el edificio, introduzcael consumo anual (en kWh de gas, en litros para gasóleo)de combustible para generar calor. Encontrará estainformación en la factura de su distribuidor de energía.

* Paso 3: Elija un perfil térmico específico. Al seleccionaruna de las seis actividades del menú desplegable sabeel valor óptimo de la demanda de calor que podríacubrir por una unidad de cogeneración. Verá auto-máticamente: cuantas horas del año estaría enfuncionamiento la unidad, la potencia térmica (en kW),y un gráfico con la producción de calor (cogeneracióny caldera) al mes.

* Paso 4: Elija la tecnología de la cogeneración. Si utilizagas natural como combustible para la caldera, elegiráautomáticamente el motor de gas natural comotecnología de cogeneración para su proyecto. En elcaso de que tenga una caldera de gasóleo, tiene queoptar bien por un motor diésel o por un motor de gasnatural.

* Paso 5: Determine la rentabilidad de la producción deelectricidad. Introduzca la cantidad de consumo anualde electricidad y la factura anual de electricidad. Elprograma calculará el precio de electricidad medio que

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6 Valores aproximados que dependen del proyecto y tecnología a utilizar.

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paga y lo multiplica por la cantidad de electricidadproducida en la unidad de cogeneración. Más adelante,encontrará los beneficios anuales debidos a laproducción propia de energía.

* Paso 6: Determine los beneficios de la producción decalor. Introduzca cuanto paga al año por gasóleo/gas.El programa calculará automáticamente el preciomedio de combustible y determinará el valor del calorque produce con la unidad de cogeneración.................

* Paso 7: Determine los costes a largo plazo de la plantade cogeneración. La herramienta de cálculoeasyCOGEN.xls calcula automáticamente la cantidadde combustible consumido por la planta de cogeneraciónal año y el nivel de los costes de mantenimiento anuales.Al introducir los costes unitarios (por kWh en el casode gas natural, por litro en el caso de gasóleo) puedeestimar cómo será la factura del combustible si deciderealizar el proyecto.

* Paso 8: Determine la rentabilidad de su proyecto decogeneración. easyCOGEN.xls le calcula la "Inversióntotal inicial" que es la suma de la unidad decogeneración (72%), los costes de instalación (7%),costes adaptación del edificio (7%), costes del estudio(5%), costes de conexión de red (3%), y otros costes(6%)6.

4.3

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4.3

Lis

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as A continuación se incluye un ejemplo de utilización de

esta herramienta.

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kWh PCI/año

Pre-análisis de viabilidad de una instalación de cogeneración

Versión: 17/01/06easyCOGEN, xls

Introducir datos en las celdas azulesLos resultados se ofrecen en las celdas amarillasNombre del proyecto

Emplazamiento

Nombre

España

Predimensionamiento de la unidad de cogeneración

Primer paso: Obtención de la demanda calorífica neta

Consumo anual de combustibles para generación de calor

Eficiencia energética térmica de la instalación

Demanda calorífica neta

Segundo paso: Escoger un perfil de demanda térmica (curva de carga)

%

kWh PCI/año

4.100.000

85%

3.485.000

Perfíl de demanda térmica

4.217

340

1.434.769

horas/año

kWi

kWhi/año

Horas de funcionamiento de la cogeneración a potencia nominal

Potencia térmica de la planta de cogeneración

Producción térmica de la planta de cogeneración

Resultados de la demanda y producción de cogeneración mensual

Tercere paso: Escoger la tecnología apropiada

Tipo de instalación

Potencia eléctrica de la planta de cogeneración

Eficiencia eléctrica

Eficiencia térmica

Producción eléctrica de la planta de cogeneración

235,9

36%

51%

kW

%

%

994.803 kWhi/año

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

100.000

0

200.000

300.000

400.000

500.000

600.000

B - Diario, 6 d / 7 (negocios, edificios culturales)

Motor gas natural

Demanda neta calor

Producción térmica cogeneración

KWht/mes

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Si la “CONCLUSIÓN” al final del programaaparece en verde, debería consultar con un

experto para realizar un estudio de viabilidad

CONCLUSIÓN

La cogeneración puede ser una buena opción por su rentabilidad.Para seguir adelante es conveniente hacer un estudio de viabilidad con mayor detalle.

Viabilidad de la planta de cogeneración

Primer paso: Obtención de los datos eléctricos

Consumo eléctrico anual

Coste eléctrico anual

Coste medio de la electricidad

Beneficios con la producción eléctrica

Segundo paso: Obtención de los datos térmicos

Consumo energético anual (combustibles)

Coste anual combustibles

Media costes combustibles

Beneficios con la producción térmica

Tercer paso: Costes de la planta de cogeneración

Consumo anual de combustibles de la planta de cogeneración

Coste medio del combustible para la planta de cogeneración

Gastos de combustibles para la planta de cogeneración

Costes de mantenimiento para la planta de cogeneración

Cuarto paso: Viabilidad de la planta de cogeneración

Inversión

Porcentaje de ayudas a la inversión

Inversión neta (inversión - ayudas)

Ayudas anuales adicionales

Beneficio anual

Periodo de retorno simple de la planta de cogeneración

3.014.256

5

271.283

9,0

89.532

4.100.000

33.621

2,4

41.014

2.735.016

2,50

-63.875

-13.381

237.381

0%

237.381

0

47.290

kWh./año

l/año

cl/kWh.

l/año

l/año

l/año

kWh PCI/año

cl/kWhprinPCI

kWh PCI/año

cl/kWhprinPCI

l/año

l/año

I

I

%

I/año

I/año

años

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Debido a la menor experiencia que se dispone alrespecto, la cogeneración es una tecnología máscompleja que la solución tradicional para personas noexpertas. En lo que se refiere al plan, diseño, elecciónde productos y funcionamiento de una instalación, esnecesaria experiencia profesional.....................

Existen diversas opciones para proveerse de esa ayudaprofesional. Una de ellas es hacerse con los serviciosde una empresa especializada en estas instalaciones yque pueda realizar el proyecto de manera completa,bajo la modalidad "llave en mano".

También se puede llegar a un acuerdo con una empresade servicios energéticos (ESE). Ésta es una empresaespecializada que dispone de todos los conocimientosnecesarios para implementar un proyecto decogeneración. Nos referiremos en este capítulofundamentalmente a esta posibilidad ya que quizá seala menos conocida.

Hay muchos oficios diferentes que confluyen(proyectista, electricista, fontanero, constructor) ademásde lo que tiene que ver con la redacción del proyecto,gestión e inversión. Una ESE combina todos estosaspectos y resuelve un apartado fundamental, comoes la financiación del proyecto.

En lo que se refiere a gestionar una planta decogeneración sin ayuda profesional, existe cierto riesgorespecto a la inversión, funcionamiento sin problemas

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5. GESTIÓN Y FINANCIACIÓNPARA UN PROYECTO DECOGENERACIÓN


o costes de la energía. Con una ESE, el cliente tienegarantizado un precio de energía con lo que puedecalcular la rentabilidad del proyecto desde el inicio.Los precios de energía garantizados se fijancontractualmente entre la empresa y la ESE. Ésta puedeacordar un paquete de servicios hecho a medidaindividualmente para cada cliente.

En cuanto a la financiación del proyecto, se puederealizar de diversas formas. Existen instalacionesfinanciadas directamente por el usuario final de lasmismas, con o sin obtención de líneas de crédito paradicho fin.

Pero en muchos casos, existe poca disponibilidadfinanciera para invertir en medidas fuera del negocioprincipal del cliente. Con la ayuda de una ESE, lafinanciación se puede facilitar y se puede incluir en elprecio de energía convenido, si fuera el deseado.

Teniendo en cuenta que en algunos casos la ejecuciónde un proyecto de cogeneración supone inversionesiniciales importantes, en esta publicación se recogenotras opciones como son la financiación por terceros,o la posibilidad de utilizar empresas de serviciosenergéticos.

Financiación por terceros

La Financiación por Terceros (FPT) es útil para cualquierproyecto de cogeneración en el que sea necesariaexperiencia sobre tecnología energética, y ello no seaposible para el cliente o le suponga relativamente unaimportante inversión inicial. Por tanto, el usuario (delsector privado o público) involucrará a un experto delexterior, que aportará el conocimiento necesario parael desarrollo del proyecto, la inversión necesaria parallevarlo a cabo y, en general se hace cargo del mismo.

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Las ventajas que supone se pueden resumir en:

• No hay requisito inicial de capital: los costes totales los financia un tercero en vez del cliente;

• El usuario tiene una persona de contacto que tiene la experiencia financiera y técnica necesarias;

• El cliente paga por los servicios garantizados de la ESE (dependiendo del tipo de contrato, por ejemplo, la energía entregada).

El contrato, negociado entre la entidad que ofrece lafinanciación por terceros y el cliente, ha de tener encuenta las circunstancias particulares y requisitos delemplazamiento, por ejemplo, el tipo de instalación, lapolítica de inversión del cliente y rentabilidad financierarequeridos. La duración del proyecto de una FPT (ocontratación) depende de estas circunstancias y estípicamente superior a cinco años. Los costes pagadospor el cliente para la inversión, el contrato, así como elservicio y las garantías de la entidad están incluidos enel precio convenido para la energía y calor de la plantade cogeneración.

En resumen, la empresa que realiza la financiación porterceros gestionará la instalación de cogeneración y, almismo tiempo, financiará (y podrá ser propietaria) deesa instalación. Puede proporcionar una amplia gamade servicios, desde el diseño, financiación e instalaciónhasta el funcionamiento, mantenimiento y monito-rización. También garantiza al usuario cierta produccióntérmica y eléctrica durante la vigencia del contrato aprecios convenidos.

Empresas de servicios energéticos

La Directiva de la UE define "Empresa de servicioenergético" (ESE) a la empresa que proporciona servicios

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energéticos, programas de eficiencia de energía y otrasmedidas de eficiencia energética en la instalación delusuario, y acepta algún nivel de riesgo técnico y a vecesfinanciero al hacerlo. El pago por los servicios entregadosse basa (bien completamente o en parte) en cumplirlos estándares de rendimiento de calidad y/o mejorasde eficiencia de energía. Un servicio energético es unpaquete individual que consiste en instalaciones,construcción y servicios (diseño, financiación, gestión)en base a un contrato entre cliente y una ESE...........

En definitiva, se trata de un mecanismo de externa-lización de servicios energéticos que modifica lasrelaciones habituales entre cliente suministrador deenergía y mantenedor en base a un contrato de"Servicios Energéticos", proporcionados por unaempresa de servicios energéticos, que asume lasfunciones de compra y gestión de la energía y demantenimiento y reparación de la instalacióncorrespondiente, a través de un "contrato de serviciosenergéticos", en el que esta nueva figura, condicionael pago de los servicios prestados, a la obtencion deun bienestar térmico por un lado y de ahorro y eficienciaenergética verificable.

Características

Los servicios que se suelen incluir para cada clienteestán formados de varios elementos:

• Garantías de funcionamiento, rendimiento, precio;

• Externalización de riesgos técnicos y económicos;

• Soluciones innovadoras por parte del ESE;

• Soluciones individuales para cada cliente;

• Servicio financiero.

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Además, existen otras dos características, que son parteobligatoria del paquete. En primer lugar, el clientesubcontrata el riesgo del rendimiento económico ytécnico de una instalación. En segundo lugar, el clientetiene el funcionamiento garantizado y el rendimientode la instalación, así como el nivel de costes (inversión,funcionamiento).

Realizar un proyecto de cogeneración con la ayudade una ESE tiene muchas ventajas respecto a unasolución interna:

• Existe poco o ningún coste de inversión inicial a través de la financiación de terceros;

• El cliente puede derivar los riesgos técnicos y económicos hacia la ESE;

• Los precios de energía están garantizados, basándose en diversos indicadores;

• El funcionamiento y el rendimiento de la instalación está garantizada;

• Se mejora la eficiencia energética de la instalación en su conjunto;

• El cliente puede encontrar y ordenar a una ESE mediante un análisis de coste y beneficio, que optimice y planifique el proyecto completo y ofrezca la mejor solución técnica;

• El cliente puede centrarse en la actividad principal de su negocio;

• Hay una persona de contacto (de la ESE) para todas las cuestiones;

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• El cliente puede utilizar la experiencia de las ESE en cuestiones de diseño, construcción, gestión y mantenimiento de la planta de cogeneración, beneficiándose de ello:

+ El proyecto será ejecutado con las máximas garantías técnicas, ya que la ESE dispone de un equipo técnico muy cualificado y con amplia experiencia en proyectos del sector de la energía.

+ La ESE realizará el proyecto con la mejor solución técnico-económica.

+ El industrial no tendrá responsabilidad técnica sobre el proyecto, con lo cual, si surge algún problema técnico y no se produjeran los ahorros esperados, el industrial pagará menos, no teniendo por tanto perjuicio económico.

+ La ESE consigue, normalmente por el volumen de compras que realiza, mejores condiciones de suministro, tanto técnicas como económicas. Se consigue un mejor proyecto por menos dinero.

Comparación con una solución interna

Con todo lo anterior, una de las dudas fundamentalesde quien pretende desarrollar un proyecto de instalaciónde una cogeneración está relacionada con la elecciónentre una implementación interna o contratación deuna ESE..................

El siguiente cuadro ofrece una visión global.

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Costes de inversión

Riesgos económicos y técnicos

Instalación con funcionamientoy rendimiento óptimos

Garantías de rendimiento

Operación garantizada

Límite de costes

Obligación contractual a largo plazo

Coordinación del proyecto

Paquete de servicio

Interno Servicio energético

100%

Propietario

Mediante compromisodel propietario

No

Sólo periodo de garantía

No

No

Propietario + ingeniería

No

0-100%

Contratista

En interés delcontratista

Sí

Durante la vigencia total del contrato

Sí

Sí

Asesor + contratista

Sí

Criterios de decisión/éxito

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La cogeneración es una tecnología ya madura que haprobado su eficiencia energética desde hace años. Sinembargo, la incorporación de la misma, sobre todo lade pequeña potencia y la microcogeneración, en sectorescomo el residencial o el de servicios es muy escaso apesar del elevado potencial existente.

Existen dos barreras fundamentales para que eldesarrollo de esta tecnología sea bajo. En primer lugarse encuentra el desconocimiento que de su posibleincorporación se tiene en los sectores en los que podríatener cabida. Para mitigar este problema se ha trabajadodesde FAEN en el proyecto europeo COGENCHALLENGE, donde se ofrece información sobrecogeneración de pequeña potencia, parte de ella incluidaen esta publicación.

En segundo lugar está el apartado económico. Unproyecto de cogeneración ha de ser técnica yeconómicamente viable. El marco económico en el que


6. CONCLUSIONES

se mueve, es decir, los ingresos derivados de la ventaa la red de la energía eléctrica sobrante, ha de serestable para que se puedan hacer previsiones deingresos a medio y largo plazo. La aprobación del RealDecreto 661/2007 ha contribuido a ello, permitiendo laventa de toda o parte de la energía eléctrica producidamediante dos opciones:

• Ceder la electricidad al sistema a través de la red de transporte o distribución, percibiendo por ella una tarifa regulada, única para todos los periodos de programación, expresada en céntimos de euro por kilovatiohora.

• Vender la electricidad en el mercado de producción de energía eléctrica. En este caso, el precio de venta de la electricidad será el precio que resulte en el mercado organizado o el precio libremente negociado por el titular o el representante de la instalación, complementado, en su caso, por una prima en céntimos de euro por kilovatiohora.

Otro aspecto fundamental es la financiación del proyecto.El usuario puede elegir entre realizar el proyectoasumiendo los costes del mismo con recursos propioso decantarse por una financiación por terceros.

También se puede encontrar la posibilidad de utilizarlos servicios de una empresa de servicios energéticos.

Esta última opción se ha desarrollado a partir de laDirectiva Europea 2006/32 sobre la eficiencia del usofinal de la energía y los servicios energéticos. Lasactuaciones que una ESE puede llevar a cabo en todoeste proceso son las siguientes:

• La ESE diseña, construye, gestiona y financia la planta de CHP (incorporando requisitos legales, subvenciones, negociaciones con las instalaciones);

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• La ESE es responsable de la compra del combustible (como el gas natural);

• La ESE garantiza el funcionamiento y el rendimiento de la CHP (energía, calor, horas de funcionamiento,...);

• La ESE se ocupa de la reparación y mantenimiento de la instalación de cogeneración durante la vigencia del contrato (incluido en el precio garantizado);

• La ESE entrega la energía útil (calor, electricidad) a precios garantizados (todos incluidos).

Por tanto, en este caso la ESE es la que desarrolla elproyecto de cogeneración si, a través de los estudiospertinentes, se demuestra la rentabilidad energético-económica del mismo.

Además, existen unos marcos regulatorios y económicosestables y favorecedores de la incorporación de lacogeneración y, especialmente, de la cogeneración depequeña potencia.

Por último se puede afrontar las necesidades definanciación de esta tecnología bien mediante recursospropios o ajenos.

En definitiva, la cogeneración se presenta como una

tecnología madura, rentable, eficiente y que ha de

tenerse en cuenta en cualquier planteamiento que

pretenda mejorar la eficiencia energética de una

instalación.

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Edita

Fundación Asturiana de la Energía

Diseño y maquetación

Visión Original, s.l.l.

Impresión

Gráficas Asturias

Depósito Legal

AS-6516

Documents

COGENERACIÓN DE PEQUEÑA POTENCIA