Cogeneración con gas natural para aplicaciones a pequeña escala: alternativas y prefactibilidad

Abstract

El presente trabajo aborda la eficiencia energética desde la cogeneración o generación simultánea de electricidad y calor a partir de una única fuente energética (CHP). Al aplicar CHP, se reduce el consumo de combustible y las emisiones contaminantes. El objetivo general del proyecto es evaluar técnica-económicamente la implementación de tecnologías CHP en sectores residenciales comparando tres distintos tipos de tecnologías: celdas de combustibles, Stirling y combustión interna. Los objetivos específicos son: realizar un estudio bibliográfico del estado del arte de la cogeneración a pequeña escala, establecer configuraciones de diseño para su implementación en consumidores tipo, determinar el perfil de consumo requerido en cada caso, diseñar instalaciones a nivel de perfil para la implementación de las tecnologías y efectuar la evaluación técnico-económica de las mismas. La metodología para desarrollar el proyecto incluye revisión bibliográfica, sus ventajas con respecto a la generación convencional y de las tecnologías disponibles para su aplicación. Para el análisis de casos y tecnologías se seleccionan tres establecimientos de pequeña escala definiendo su emplazamiento, demanda térmica, eléctrica y arquitectura. El diseño de los sistemas CHP considera conexión a la red mediante generación distribuida. Se establece la disposición y control de los equipos en layout y P&ID, se ejecuta análisis de eficiencia energética, se calcula la reducción de emisiones y se determina la viabilidad técnico-económica por medio de análisis marginal de sistemas CHP vs sistema de suministro convencional. Los resultados obtenidos muestran que los cogeneradores impulsados por motores a combustión interna, Stirling y celdas combustibles son técnicamente factibles para aplicaciones a pequeña escala; siendo la tecnología de celdas combustible la más onerosa y la que menos impacto en el medio ambiente genera. El proyecto se encarga de analizar sistemas CHP en una vivienda, un hostal y en un distrito logrando soluciones de suministro energético técnicamente factibles. Como los casos analizados se caracterizan por una alta variabilidad en las demandas térmica y eléctrica, no es posible balancear per se el suministro CHP por lo que es necesario suplir la demanda a través de generación distribuida, almacenamiento térmico y caldera auxiliar en stand-by. La factibilidad económica no se logra con celdas combustibles por su alta inversión inicial, en Stirling se obtienen ganancias marginales para la magnitud de la inversión y en cogeneradores a combustión interna se observa una rentabilidad aceptable. Con todas las tecnologías se observan reducciones considerables de las emisiones contaminantes, además se consigue una alta confiabilidad en el suministro de energía. Estos beneficios sociales sumados a la factibilidad técnica y, según el caso, económica de sistemas de cogeneración hacen concluir que su inversión en proyectos de eficiencia energética, en el sector residencial, son una opción limpia y fiable para el desarrollo sostenible del país.