Las plantas combinadas de calor y energía generan calor y electricidad al mismo tiempo. Esto resuelve dos problemas en el hogar. El estado también está promoviendo la calefacción moderna y ecológica. Pero, ¿para quién vale la pena una unidad combinada de calor y energía? En nuestra guía explicamos cómo funciona, requisitos de instalación y costos.
Planta combinada de calor y energía como calefacción: lo más importante de un vistazo
- Una planta combinada de calor y energía genera simultáneamente electricidad y calor según el principio de calor y energía combinados, después de lo cual el calor de la producción de electricidad fluye hacia el circuito de calefacción. Por esta razón, la eficiencia del sistema ronda el 90 por ciento. A modo de comparación: una central eléctrica de gas promedio llega a alrededor del 40 por ciento.
- Los sistemas compactos constan de un accionamiento (motor, turbina o pila de combustible), un generador y un intercambiador de calor.
- Las centrales térmicas y eléctricas combinadas pueden funcionar con gas, petróleo, pellets de madera o carbón, según la tecnología instalada. Con biogás o madera como combustible, puede trabajar completamente sin emisiones de CO2.
- Dependiendo del tamaño y el rendimiento, los sistemas combinados de calor y energía se dividen en unidades de energía y calor combinadas nano, micro, mini y estándar. Las plantas de energía y calor nano combinadas también son económicas para las familias.
- La utilidad de una planta combinada de calor y energía depende de la utilización de su capacidad. Además de un tiempo de ejecución prolongado, el precio de la electricidad del operador de red también es decisivo para un período de amortización corto.
- La Oficina Federal de Economía y Control (BAFA) apoya la instalación de plantas combinadas de calor y energía con subsidios fijos y recargos en la tarifa eléctrica. El Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) y algunos estados federales también ofrecen incentivos económicos y préstamos baratos.
¿Cómo funciona una planta combinada de calor y energía?
Una planta combinada de calor y energía es un sistema que genera tanto electricidad como calor. Utiliza el principio de calor y energía combinados, según el cual la energía mecánica de un motor (potencia) se usa para generar electricidad y sus gases de escape calientes proporcionan calor. Esto significa que las plantas combinadas de calor y energía logran altas eficiencias del 90 por ciento o más. La energía generada consiste en un promedio de un tercio de electricidad y dos tercios de calor. Sin embargo, estos números varían según el sistema y el diseño. La tecnología de una unidad combinada de calor y energía encaja en una carcasa que es aproximadamente del tamaño de un refrigerador. El nombre de central térmica tipo bloque se deriva de las dimensiones compactas.
Algunas centrales eléctricas de carbón y gas también utilizan calor y energía combinados. En 2017, su participación en la generación neta de electricidad en Alemania fue del 21 por ciento. Sin embargo, en una gran central eléctrica, las tuberías transportan el calor hasta el lugar de consumo, ya que las zonas residenciales y los comercios están lejos. Las pérdidas son inevitables en el camino. La especialidad de las centrales térmicas tipo bloque es que tanto la electricidad como el calor se generan de forma local y descentralizada. Esto aumenta su eficiencia considerablemente en comparación con los sistemas centralizados.
Por sus bajas pérdidas y la posibilidad de operarlas con biocombustible, las centrales térmicas y eléctricas combinadas son un pilar de la transición energética. El gobierno federal viene promoviendo a los propietarios de centrales térmicas tipo bloque con diferentes modelos de remuneración desde el año 2000. En los últimos años, ha aumentado el número de unidades de energía y calor denominadas nano y micro combinadas en el mercado. Los sistemas con una producción de hasta 15 kilovatios también son útiles para los consumidores privados en determinadas condiciones.
El proceso de un vistazo
Una planta combinada de calor y energía funciona mediante la siguiente secuencia:
- Un motor de gas, diesel o vapor acciona un generador con la ayuda de un eje. Las centrales térmicas y eléctricas combinadas más grandes también utilizan turbinas de gas en lugar de motores. El gas se comprime y alcanza altas temperaturas. El gas caliente luego impulsa turbinas más pequeñas, que transfieren la energía mecánica a un generador.
- El generador produce electricidad. Se consume en el hogar o en la empresa o fluye a la red eléctrica pública.
- Un intercambiador de calor transfiere el calor de los gases de escape al agua de calefacción.
- El agua de refrigeración del motor y el aceite de motor caliente también emiten calor al agua de calefacción por medio de un intercambiador de calor.
Construcción de una planta combinada de calor y energía
El tipo de calefacción consta de los siguientes elementos:
- Motor
Los motores más comunes para plantas combinadas de calor y energía son los motores de gas, diesel, vapor y Stirling. Cada tipo de motor tiene ventajas y desventajas. Los motores de gasolina de gasolina se consideran eficientes y duraderos, pero requieren un mantenimiento regular. Los motores diesel tienen la mejor eficiencia, pero son más costosos que los motores de gasolina. En el caso de los motores Stirling, a diferencia de los Otto y los motores diésel, el calor se suministra desde el exterior. Pueden funcionar con madera o pellets, por lo que son especialmente ecológicos y requieren poco mantenimiento. Sin embargo, la eficiencia eléctrica es menor que la de los motores de gasolina. - Turbina de gas (como alternativa al motor)
Un compresor comprime el aire ambiente a alta presión. La mezcla de aire y gas se quema en una cámara de combustión y alcanza altas temperaturas. El gas caliente impulsa el generador. Debido a los altos costos, una turbina de gas solo vale la pena para plantas de energía y calor combinadas más grandes. - Pila de combustible (como alternativa al motor)
En las pilas de combustible, el hidrógeno y el oxígeno reaccionan durante lo que se conoce como combustión en frío. Al hacerlo, generan electricidad y calor. Las centrales térmicas y eléctricas combinadas con accionamiento por pila de combustible representan una tecnología relativamente nueva y, dado que funcionan de forma neutra en emisiones de CO2, se están extendiendo cada vez más especialmente en las plantas nano y micro combinadas de calor y energía. - Generador
El generador para generar electricidad puede ser tanto sincrónico como asincrónico. Genera corriente alterna trifásica y generalmente se conecta al sistema de baja tensión del edificio. Los propietarios de una central térmica tipo bloque utilizan la electricidad ellos mismos o la alimentan a la red pública. En el segundo caso, reciben una remuneración del operador de red y un recargo fijo adicional en virtud de la Ley Combinada de Energía y Calor.
Cómo funciona una unidad combinada de calor y energía impulsada por motor.
- Intercambiador de
calor El intercambiador de calor tiene la función de transferir el calor de los gases de escape, el agua de refrigeración del motor y el aceite del motor al agua de servicio en el circuito de calefacción. Los intercambiadores de calor más utilizados incluyen intercambiadores de calor de carcasa y tubos e intercambiadores de calor de placas. - Control
El control permite a los operadores de una planta combinada de calor y energía configurar varios parámetros. Entre otras cosas, lo usa para configurar el modo de funcionamiento. Las plantas modernas combinadas de calor y energía se pueden controlar a través de una aplicación en la computadora portátil o incluso en el teléfono inteligente. - Caldera de
pico de carga La caldera de pico de carga no pertenece a la central térmica tipo bloque. Sin embargo, si es necesario, se puede operar en paralelo para cubrir las cargas máximas en el consumo de calefacción. Dimensionar una central térmica tipo bloque de acuerdo con las cargas máximas no tiene sentido económico ya que el número de horas de funcionamiento sería demasiado bajo. Una planta combinada de calor y energía que cubre la carga base es mucho más eficiente. Todos los tipos de calderas, como las de condensación de gas y aceite, son adecuadas como complemento de la unidad combinada de calor y energía. - Almacenamiento
intermedio Un almacenamiento intermedio no es obligatorio en una planta combinada de calor y energía, pero tiene sentido económico, especialmente para los consumidores privados, ya que el consumo de agua caliente fluctúa fuertemente a lo largo del día. El recipiente contiene agua de calentamiento y se utiliza para almacenar el exceso de calor. Si el sistema no puede satisfacer la demanda durante los picos de carga, el agua caliente fluye hacia el circuito de calefacción. Para una central térmica tipo bloque con una potencia de 50 kilovatios, el almacenamiento intermedio es idealmente de 3.000 litros, para una central térmica tipo nanobloque en una casa unifamiliar, generalmente son suficientes 1000 litros.
Combustible para calentar
Los siguientes combustibles se utilizan en una central térmica tipo bloque, según la tecnología de accionamiento:
- Gas natural, incluido el gas licuado
- Biogás de granjas
- Aceite de calefaccion
- Aceite vegetal como aceite de colza o aceite de palma (solo para ciertos motores diesel)
- Pellets de madera (solo para Stirling y motores de vapor)
- Astillas de madera / gas de madera (solo para grandes plantas combinadas de calor y energía)
- Carbón duro o lignito
Los pellets de madera son una forma ecológica de operar plantas combinadas de calor y energía.
Clasificación de centrales térmicas y eléctricas combinadas según rendimiento
La siguiente tabla proporciona una descripción general de los tipos de unidades combinadas de calor y energía:
|
designacion |
poder |
utilizar |
tecnología |
|---|---|---|---|
|
Plantas de energía y calor nano combinadas |
Hasta alrededor de 2,5 |
Viviendas unifamiliares |
Motor Stirling, motor de vapor, |
|
Centrales térmicas tipo microbloque |
2,5 a 15 |
Edificio de apartamentos |
Motor Stirling , motor diésel y de gas, pilas de combustible |
|
Mini |
15 a 50 |
Pequeñas empresas manufactureras, |
Motor de gas, motor de vapor, |
|
Unidades de cogeneración |
50 a 250 |
Grandes plantas de fabricación, |
Turbinas de |
interpretación
Las centrales térmicas y eléctricas combinadas se pueden diseñar con electricidad o calor. En la primera variante, la producción de electricidad es decisiva. Sin embargo, dado que los sistemas producen más calor que electricidad y hay una falta de almacenamiento de calor, una gran parte del calor permanece sin utilizar. Es por eso que la mayoría de las plantas combinadas de calor y energía se dimensionan de acuerdo con la demanda de calor.
Distribución y futuro de centrales térmicas y eléctricas combinadas
La mayoría de los componentes de una planta combinada de calor y energía no son invenciones nuevas. El motor Stirling existe desde 1816. Los generadores también producen energía eléctrica desde la segunda mitad del siglo XIX. El principio de combinación de calor y energía también se conoce desde hace mucho tiempo. Ya en 1902, las turbinas de vapor generaban electricidad en la planta de calefacción urbana de Beelitz-Heilstätten, mientras que el calor del vapor calentaba el edificio.
Sin embargo, durante mucho tiempo no hubo forma de reducir el tamaño de la tecnología, por lo que los sistemas compactos para la generación de energía privada valieron la pena. Las primeras unidades combinadas de calor y energía salieron al mercado a mediados de la década de 1980. En 2000 entró en vigor la primera versión de la Ley Combinada de Energía y Calor. Por primera vez, otorgó subvenciones a los propietarios de unidades combinadas de calor y energía. Se realizaron ajustes en 2009 y 2016.
Dinamarca desempeña un papel de liderazgo en la instalación de centrales eléctricas y térmicas combinadas en toda Europa. Ya en 2005, el 50 por ciento de la energía generada allí provenía de plantas combinadas de calor y energía.
También en Alemania, el número de unidades de cogeneración para uso privado ha aumentado en los últimos años. Sin embargo, este tipo de calentamiento todavía no es uno de los más habituales. En su mayoría, existen razones históricas para esto. En particular, la generación de energía descentralizada solo se aceleró en el cambio de milenio gracias a la Ley de Fuentes de Energía Renovable. En el contexto de la transición energética, las centrales térmicas y eléctricas combinadas probablemente también jugarán un papel cada vez más importante.
Requisitos para instalar la calefacción.
- Si desea instalar una unidad combinada de calor y energía, la temperatura de retorno de su sistema de calefacción debe ser inferior a 70 grados Celsius. Si es más alto, el intercambiador de calor ya no puede disipar completamente el calor del motor. En este caso, el sistema funciona de forma antieconómica. Si el motor se calienta demasiado, el sistema también se apaga.
- Otro requisito es una conexión al gasoducto local si un motor de gas impulsa el generador. Sin embargo, algunas centrales térmicas tipo bloque también pueden funcionar con gas licuado.
- Al instalar una unidad combinada de calor y energía, se requieren dos medidores de electricidad adicionales. Mientras que el primero mide la electricidad generada, el segundo registra la proporción que fluye hacia la red pública. Esto es importante, entre otras cosas, para que reciba una tarifa de alimentación del operador de red.
Puede solicitar medidores de electricidad adicionales para su unidad combinada de calor y energía a su operador de red.
Eficiencia y áreas de aplicación de una planta combinada de calor y energía
Las plantas combinadas de calor y energía se utilizan en casas unifamiliares y multifamiliares, negocios e instalaciones públicas como escuelas y piscinas. Dado que el tiempo de amortización disminuye con el tamaño del sistema, se instalan sistemas con una potencia de 50 kilovatios o más en muchos hospitales, edificios de oficinas y escuelas.
En principio, una planta combinada de calor y energía logra un mayor grado de eficiencia que todos los demás tipos de calefacción debido a la combinación de generación de calor y electricidad. Si solo observa la generación de energía, la eficiencia eléctrica está entre el 25 y el 40 por ciento. Sin embargo, una planta combinada de calor y energía solo usa parte de la energía para producir electricidad. Por tanto, las hojas de datos y las estadísticas indican la eficiencia global.
Las plantas combinadas de calor y energía generan electricidad de manera mucho más eficiente que las centrales eléctricas convencionales de carbón o gas. Una central térmica promedio alcanza una eficiencia del 45 al 50 por ciento. Del 50 al 55 por ciento de la energía se pierde en forma de calor. Otras pérdidas energéticas del 3 al 6 por ciento surgen del transporte de electricidad.
Las plantas de energía de carbón y gas con calor y energía combinados logran eficiencias generales del 86 por ciento o más. Sin embargo, del 10 al 15 por ciento del calor recuperado se pierde en las tuberías largas.
El gráfico siguiente muestra por qué la combinación de generación de electricidad y calor es tan eficiente. Con 100 unidades de energía, obtienes 36 unidades de electricidad y 51 unidades de calor en el ejemplo con una planta combinada de calor y energía. Para la misma cantidad de electricidad, tendría que calcular 80 unidades de energía con una central eléctrica convencional con una eficiencia del 45 por ciento. Un sistema de calefacción de gas descentralizado con una eficiencia del 84 por ciento requiere 60 unidades de energía adicionales para el calor. El total es de 140 unidades de energía. Gracias a la unidad combinada de calor y energía, ahorra un 40 por ciento de energía en este ejemplo.
Una planta combinada de calor y energía utiliza la energía de manera óptima con pérdidas mínimas.
Desde un punto de vista ecológico, una central térmica tipo bloque puede funcionar de forma totalmente neutra en CO2 o baja en CO2 si se utilizan combustibles como biodiésel, biogás o pellets de madera. Incluso cuando funciona con combustibles fósiles, una planta combinada de calor y energía es respetuosa con el medio ambiente debido a su alta eficiencia.
¿Cuándo vale la pena una unidad combinada de calor y energía? Comparación con otros calentadores
En lo que respecta a los sistemas de calefacción convencionales, como la calefacción a gas, la eficiencia de una unidad combinada de calor y energía es solo ligeramente superior a primera vista. Las calderas modernas alcanzan una eficiencia del 90 por ciento o más. En términos de calefacción únicamente, las unidades combinadas de calor y energía no son necesariamente más eficientes. La ventaja es mucho más que también producen electricidad barata al mismo tiempo. Los propietarios ahorran costes utilizando electricidad de red menos costosa.
Que una compra valga la pena para usted o no depende de su consumo de calor y electricidad. Debido a los mayores costos de adquisición en comparación con una caldera convencional, las unidades combinadas de calor y energía son particularmente valiosas para hogares e instalaciones que tienen una demanda constante de calor durante todo el año. Una central térmica de tipo micro o mini bloque debe estar en funcionamiento durante al menos 5.000 horas al año para que funcione económicamente.
Otros factores que influyen en la eficiencia de una planta combinada de calor y energía son los costos de inversión, la tecnología, los precios actuales de la electricidad y los combustibles de la red y los cambios en los programas de subsidios. Si tiene la intención de instalar una unidad combinada de calor y energía, le recomendamos un asesoramiento profesional independiente. El asesor energético elaborará un cálculo de comparación con usted que tiene en cuenta todos los parámetros.
Consejo: Compare la eficiencia y los costos de la unidad combinada de calor y energía con otros tipos de calefacción en nuestra descripción general de calefacción compacta.
Costo de una planta combinada de calor y energía
Los costos de una unidad combinada de calor y energía varían según el tamaño del sistema y la tecnología instalada. Para una planta nano combinada de calor y energía, comienzan en 15.000 euros. Para una unidad de microcogeneración, debe esperar entre 20.000 y 25.000 euros. No es solo el precio de compra lo que es decisivo. La conexión a la red de gas y electricidad y accesorios como el almacenamiento intermedio también cuestan varios miles de euros.
Además de los costos de inversión, también debe tener en cuenta los costos de mantenimiento al calcular la rentabilidad de una unidad combinada de calor y energía. Para las centrales térmicas tipo nano y microbloque, están entre 500 y 1.000 euros o 3 céntimos por kilovatio hora de electricidad generada al año. Los fabricantes de plantas combinadas de calor y energía a menudo ofrecen contratos de mantenimiento completo.
Los costos operativos de una planta combinada de calor y energía dependen del combustible. Con una unidad nano combinada de calor y energía a gas natural, el consumo es similar al de un sistema de calefacción de gas convencional, dependiendo de sus necesidades. A esto se agregan los costos operativos de la caldera de carga máxima.
Normativa legal y financiación
La versión actual de la Ley de energía y calor combinados de 2016 regula la promoción de plantas de energía y calor combinadas. Incluye tanto ayudas fijas para la instalación como retribución de la electricidad generada por la calefacción.
Las pequeñas centrales térmicas tipo bloque con una potencia de hasta 20 kilovatios (potencia eléctrica) reciben un monto de subsidio escalonado por etapas del BAFA. Por ejemplo, un sistema de 10 kilovatios cuesta 3.400 euros. Las plantas combinadas de calor y energía particularmente eficientes con un segundo intercambiador de calor de gases de escape para utilizar el poder calorífico reciben un 25 por ciento adicional del subsidio básico. El estado premia los sistemas con alta eficiencia eléctrica con el 60 por ciento del subsidio básico.
Propina:Envíe la solicitud de financiamiento para su unidad combinada de calor y energía antes del 31 de diciembre de 2020, ya que este programa de financiamiento vencerá al final del año.
El Kreditanstalt für Wiederaufbau también apoya la compra de centrales térmicas y eléctricas combinadas. Con los programas 271 y 281 para grandes centrales térmicas tipo bloque y 270 para sistemas pequeños, otorga préstamos con bajas tasas de interés y años libres de reembolso que también pueden cubrir los costos totales de adquisición. El programa 433 se puede utilizar para minisistemas con accionamiento de pila de combustible. Existe una subvención de hasta 28.200 euros por pila de combustible.
Además de los pagos únicos y los préstamos a bajo interés en el momento de la compra, la Ley Combinada de Energía y Calor también prevé subvenciones para todo el tiempo de funcionamiento de la unidad combinada de calefacción y energía. Además de la remuneración del operador de la red, los propietarios reciben una bonificación adicional por la electricidad alimentada a la red pública. Dependiendo de la salida eléctrica del sistema, varía de 8 centavos por kilovatio hora para sistemas de hasta 50 kilovatios de salida a 4,4 centavos por kilovatio hora para grandes plantas combinadas de calor y energía con una producción de más de 250 kilovatios. La subvención está limitada a un período determinado. Para plantas de energía y calor de mini bloques de hasta 50 kilovatios, son 60.000 horas completas de uso.