Microcogeneración solución de ahorro energético en el sector residencial

INTRODUCCIÓN. LA MICROCOGENERACIÓN EN EL SECTOR DOMÉSTICO
El sector de la edificación es responsable en España de aproximadamente el 17% del consumo de energía final nacional, con un 10% atribuible al sector doméstico y un 7% al terciario, según datos del Plan de Acción 2008-2012 (PAE4 2008-2012). Dentro del sector doméstico y considerando una vivienda media, los servicios de agua caliente sanitaria y calefacción representan alrededor de dos tercios del consumo total, frente a la iluminación y el equipamiento que constituyen el tercio restante.

Si consideramos que hasta el 85% de la superficie construida en nuestro país está dedicada a edificios de vivienda familiar, se hace evidente el enorme potencial de ahorro energético que representa el sector residencial y el importante papel que puede jugar la microcogeneración en esa dirección, por tratarse de una tecnología que permite abastecer las dos demandas energéticas predominantes en la vivienda: electricidad y calor en forma de agua caliente. Todo ello gracias a un único equipo que se instala en
el propio edificio y con rendimientos globales cercanos al 90%, muy superiores a los obtenidos con el modelo convencional de suministro separado de electricidad y calor.

Numerosas iniciativas desde las administraciones se han puesto en marcha con el objeto de reducir la intensidad energética en la edificación. Entre ellas destaca la aprobación del Código Técnico de la Edificación (CTE), en vigor desde marzo de 2006, que impone la obligatoriedad de suministrar un porcentaje variable de la demanda de ACS de cualquier edificio nuevo mediante una instalación solar térmica u otra equivalente como la cogeneración. Esta necesidad ha obligado a los arquitectos e ingenieros a adaptar las instalaciones térmicas que se venían implantando en las viviendas en altura, pasando de un modelo individual basado en pequeñas calderas instaladas en cada vivienda, a otro centralizado que produce el calor de una manera más eficiente y permite el reparto de los ahorros de energía entre todos los vecinos. En este sentido la cogeneración está reconocida como una de las alternativas posibles para el cumplimiento del CTE y de otras normativas de carácter local, siendo además una excelente candidata para su integración en estas instalaciones centralizadas, gracias a su sencillez y sus numerosas ventajas.

INSTALACIÓN DE MICROCOGENERACIÓN EN UN EDIFICIO DE 97 VIVIENDAS. DISEÑO Y CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES
Un buen ejemplo de las posibilidades que ofrece la microcogeneración en el sector residencial, lo constituye la instalación centralizada de ACS ejecutada y gestionada por Endesa en un bloque de 97 apartamentos en las inmediaciones de Montjüic (Barcelona). En dicha instalación, un módulo compacto de microcogeneración aporta hasta el 100% de la demanda de ACS del edificio, sustituyendo totalmente a la instalación solar térmica obligatoria por ley.
Para cumplir con la normativa local, más restrictiva en esta ocasión que el Código Técnico de la Edificación, el diseño inicial del edificio incluía una instalación solar térmica de 21 colectores planos, con una superficie útil de captación total de 53,13 m2 y un volumen de acumulación de 10.000 litros. La instalación solar aportaría un 63% de las necesidades estimadas para el servicio de ACS. El 37% restante se generaría directamente en cada una de las viviendas, mediante termos eléctricos instalados a tal efecto.

Como alternativa a este planteamiento y conel objetivo de mejorar la eficiencia de la instalación, Endesa realizó un detallado estudio energético, resultado del cual se diseñó una solución centralizada para el suministro del 100% de las necesidades de ACS mediante microcogeneración.
El equipo seleccionado para ello es un módulo compacto que funciona con gas natural y genera 5,5 kW eléctricos y 12,5 kW térmicos.
Ocupa una superficie en planta de 1,07 x 0,72 m y 1 m de altura, pesa 520 kg y se instala en la sala de calderas ubicada en la cubierta del edificio, de manera similar a éstas.

La electricidad producida por el módulo de microcogeneración (trifásica 50Hz, 400 V) se vierte íntegramente a la red de Baja Tensión, operando como instalación productora acogida al Régimen Especial. El calor se recupera en forma de agua caliente a un máximo de unos 83ºC. La salida de agua calentada por el módulo se conecta
al circuito de distribución de ACS, que discurre en lazo cerrado hasta la entrada de las viviendas, donde se han instalado unos intercambiadores individuales con una potencia de 35 kW, para la producción instantánea del agua de consumo.

Al igual que en el caso de la instalación solar térmica, se cuenta con un sistema de apoyo convencional. En este caso se ha seleccionado una caldera modulante de baja temperatura con una potencia nominal de 180 kW y que funciona también con gas natural. El sistema de control global de la instalación prioriza el funcionamiento del módulo de microcogeneración, de manera que la caldera únicamente entrará en funcionamiento en puntas o durante periodos de mantenimiento o avería del módulo.

Para reducir el número de arranques y paradas del módulo de cogeneración se cuenta con un volumen de inercia de 3.000 litros, que permite al equipo trabajar de manera prácticamente ininterrumpida y alarga la vida del motor. Además, y dada la potencia relativamente baja del módulo, permite también garantizar el suministro de ACS, al disponer de un volumen de agua preparada para responder a demandas simultáneas elevadas que de otro modo no podrían atenderse.

PRESTACIONES ENERGÉTICAS DE LA INSTALACIÓN DE MICROCOGENERACIÓN
El dimensionado del equipo de microcogeneración se realizó con la premisa de garantizar como mínimo las mismas prestaciones de la instalación solar térmica de partida, tanto en lo referente a producción energética como a reducción de las emisiones de CO2. No obstante, el potencial de la tecnología permite mejorar holgadamente estos valores, en una cantidad que será función del número de horas de trabajo que finalmente alcance el equipo.

Así se plantearon dos escenarios de funcionamiento para la cogeneración, uno más conservador y otro más optimista. En el primero, denominado Caso Base, se han considerado 4.500 h/año, mientras que el segundo se plantea para cubrir el 100% de la demanda, alcanzando las 5.601 horas/ año.

El diseño de la instalación, y en concreto el dimensionado de los volúmenes de inercia, permiten garantizar con toda certeza el cumplimiento del Caso Base, y con alta probabilidad llegar al Caso de Cobertura Total (con las limitaciones de paradas para mantenimiento o eventuales averías). En la Tabla I se puede ver la previsión de producción energética anual de la planta de cogeneración en cada uno de los dos escenarios. En ambos casos se supera con creces el 63% de cobertura de la instalación solar, pudiendo alcanzarse entre el 81 y el 100% del suministro.

Tabla 1. Comparativa de prestaciones energéticas entre la instalación solar térmica de partida y la instalación de microcogeneración
(Caso base: 4.500 horas operación/año; Caso Demanda Total: 5.601 horas operación/año).

A la hora de comparar las emisiones de CO2 de las dos soluciones, hay que tener en cuenta no solo las emisiones asociadas a la producción térmica, sino también las asociadas a los consumos eléctricos que se evitan en caso de optar por la microcogeneración. Para los cálculos se han considerado unos ratios de emisiones
de 0,63 kg CO2/kWh eléctrico generado y de 0,2 kg CO2/kWh de Gas Natural consumido.

Con estos datos se ha realizado una valoración de las emisiones anuales generadas para abastecer el total del ACS a partir de cada una de las soluciones: solar térmica apoyada con termos eléctricos y microcogeneración apoyada con una caldera centralizada de gas. Los resultados se pueden ver en las Tablas II y III. En el Caso Base la adopción de la microcogeneración supondría un 32% de reducción de emisiones de CO2 con respecto a la solución inicial con solar, mientras que en el Caso Cobertura Total la reducción se ve mejorada hasta valores del 35%.

GESTIÓN INTEGRAL DE LA INSTALACIÓN DE ACS
La operación de la instalación de ACS se realiza mediante la fórmula de Gestión Integral. Endesa, como empresa de servicios energéticos, se encarga de la explotación y mantenimiento de la instalación térmica, garantizando a los usuarios el suministro de ACS como un servicio más de la vivienda. El modelo incluye los aprovisionamientos energéticos de la planta (contratación y compra del gas natural y gestión de la producción eléctrica), la programación de estrategias de control, la operación diaria de la planta y los trabajos de mantenimiento en modalidad de garantía total. Para ello se cuenta con un sistema de control y supervisión remota de la instalación, que permite centralizar toda la información relativa al funcionamiento de los equipos, actuar sobre los distintos elementos, prever determinadas averías antes de que se produzcan adelantando su sustitución o mantenimiento, etc.

Una parte vital del servicio de gestión es la realización de un correcto mantenimiento preventivo de manera que se eviten paradas indeseadas y costosas reparaciones. El plan de mantenimiento de las instalaciones térmicas se ha elaborado tomando como referencia las medidas recogidas en la Instrucción Técnica IT 3.3 del RITE, junto con las intervenciones y frecuencias de mantenimiento que se indican en la Guía Técnica del IDAE para Mantenimiento de Instalaciones Térmicas.

En cuanto al módulo de microcogeneración, su mantenimiento será llevado a cabo siguiendo los protocolos recomendados por el fabricante, que incluyen intervenciones cada 3.500 horas de funcionamiento. Los trabajos principales consisten en la sustitución del aceite de lubricación y cambio de filtros. En intervalos mayores se realiza el cambio de bujía y la sustitución de manguitos y otros elementos. La vida del equipo, siempre que se realicen los trabajos de mantenimiento a los intervalos señalados, alcanzaría sobradamente las 80.000 horas, lo que equivale a más de 14 años.

CONCLUSIONES
La microcogeneración es una solución de ahorro y eficiencia energética que reduce significativamente los consumos de energía primaria y las emisiones de CO2 atribuibles a los suministros energéticos de cualquier edificio.
Además de estos beneficios generales de la tecnología y por tanto extensibles a cualquiera de sus aplicaciones, ofrece un sinfín de ventajas para su integración en las modernas instalaciones centralizadas de los edificios residenciales, sobre todo cuando la comparamos con otras alternativas más extendidas, como es el caso de la solar térmica:

• Reducción de la inversión inicial a acometer, para instalaciones en edificios a partir de un número medio de viviendas y cuando se comparan soluciones equivalentes (centralizadas).
• Diseño simplificado de la instalación y reducción de los trabajos a ejecutar.
• Reducción significativa del espacio necesario. En el caso de la instalación presentada se ha pasado de unas necesidades de espacio de unos 100 m2 en cubierta, para la ubicación de los paneles solares, a los 3,5 m2 necesarios para el módulo en la sala de calderas.
• Reducción del volumen de acumulación necesario (pasando de 10.000 a 3.000 litros en nuestro caso).
• Posibilidad de regulación. El equipo arranca y para en función de las necesidades térmicas del edificio. No se generan excedentes en verano y no se depende de la climatología.
• Posibilidad de incrementar el aporte térmico para abastecer también las necesidades de calefacción e incluso de climatización en verano, aumentando así los ahorros asociados.
• Alta fiabilidad de la tecnología y mantenimiento sencillo.

La microcogeneración e trata, por lo tanto, de una tecnología con un enorme potencial en los sectores residencial y terciario, donde hasta la fecha no se ha alcanzado la elevada penetración de otros ámbitos como el industrial, pero donde es de esperar un gran desarrollo en los próximos años.

Artículo cedido por:

Revista El Instalador