Los sistemas de calor y electricidad combinados (CHP) son una de las tecnologías de calefacción más recientes, lo interesante de estos sistemas es que generan electricidad además de calor. En una entrevista, el experto en verificación de costos explica en detalle lo que puede costar una unidad combinada de calor y energía para una casa unifamiliar.
Pregunta: ¿Cómo funcionan realmente las centrales térmicas tipo bloque?
Experto en verificación de costos: Depende esencialmente del tipo de unidad de cogeneración:
- Sistemas de combustión interna
- Sistemas con motor Stirling
- Calentadores de pila de combustible
Las centrales térmicas tipo bloque "típicas" son los sistemas con combustión interna. Consisten en un motor y un generador y una unidad de calefacción.
Se puede utilizar gasóleo, gas natural o gas licuado, según la versión de la unidad de cogeneración. Los combustibles impulsan un motor, que genera electricidad a través del generador encendido. El calor residual resultante se recoge antes de que se pierda y se pone a disposición del circuito de calefacción o se alimenta a un tanque de almacenamiento intermedio.
Estos sistemas generan electricidad y calor en una proporción de aproximadamente 1: 3, es decir, por 1 kWh de electricidad hay alrededor de 3 kWh de energía térmica.
Los motores Stirling funcionan según un principio diferente: aquí, el calor de una fuente de calor externa mueve un pistón hacia arriba y hacia abajo. El movimiento hacia arriba y hacia abajo del pistón se utiliza para impulsar un generador, que a su vez genera electricidad.
El calor generado por la combustión externa se puede utilizar posteriormente en el circuito de calefacción para generar calefacción y agua caliente.
En lugar de motores Stirling individuales, en la actualidad se utilizan generalmente los denominados motores lineales, que tienen un grado particularmente alto de eficiencia en la generación de calor.
La ventaja particular de los sistemas de motor Stirling es que pueden utilizar cualquier fuente de calor. Estos no tienen por qué ser necesariamente combustibles fósiles, como es el caso de los sistemas de combustión interna; aquí también se puede utilizar biomasa económica y neutra en CO2 (pellets, astillas de madera) como fuente de energía. Incluso la energía térmica del sol (energía solar térmica) se puede generar en los sistemas Stirling para la generación combinada de calor y electricidad. Otra ventaja de los sistemas Stirling es el funcionamiento muy suave y la alta eficiencia del sistema en general en términos de recuperación de calor. Por el contrario, la eficiencia en la generación de energía es bastante pobre, solo entre el 10% y el 20%.
El desarrollo más reciente en el área de los sistemas de cogeneración es la calefacción por pila de combustible. También genera calefacción y electricidad.
Si se aplica un voltaje suficientemente alto al agua, se descompone en hidrógeno y oxígeno (el dispositivo histórico para esto se llama el "aparato de descomposición de agua de Hoffmann"). Una celda de combustible invierte exactamente este proceso: el hidrógeno y el oxígeno se encuentran, esto libera calor, energía eléctrica y agua.
El hidrógeno se obtiene del gas natural
En este caso, el hidrógeno necesario se obtiene de una conexión de gas natural. En el caso de los sistemas pequeños, esto suele suceder fuera de la pila de combustible; estos sistemas también se denominan pilas de combustible de baja temperatura. La razón de esto es muy simple: si el hidrógeno se produce a partir del gas natural en la celda de combustible, como suele ocurrir en los grandes sistemas, se generan temperaturas extremadamente altas. Esto también puede ser peligroso en algunos casos.
Los sistemas de calefacción de pila de combustible tienen el mayor grado de eficiencia de todos los sistemas de cogeneración y son sistemas comparativamente simples y muy ventajosos. Si es necesario, también pueden funcionar con biogás, son muy silenciosos y requieren un mantenimiento extremadamente bajo. La calefacción por pila de combustible está casi completamente libre de emisiones.
Dado que todos los sistemas de cogeneración solo ofrecen salidas constantes, pero solo pueden cubrir las salidas máximas con dificultad, generalmente se combinan con calderas de condensación, que luego proporcionan energía de calefacción adicional cuando hay una gran demanda de calor. Esto también aumenta los costos de las plantas combinadas de calor y energía.
Pregunta: ¿Cuánto cuestan en general las plantas combinadas de calor y energía?
Experto en verificación de costos: no hay una respuesta general para eso, siempre depende del tipo de sistema y del servicio que brinda.
En principio, sin embargo, puede suponer que los sistemas cuestan actualmente al menos 15 000 EUR . La mayoría de los sistemas cuestan entre 20.000 y 30.000 euros .
Estos precios se aplican a casas unifamiliares y bifamiliares; para casas multifamiliares o edificios de apartamentos, los costos son significativamente más altos.
Por otro lado, todavía existen elevadas subvenciones y, con un correcto dimensionado y condiciones favorables, grandes posibles ahorros en costes de calefacción y electricidad. En muchos casos, una compra puede valer la pena a largo plazo, a pesar de los elevados costes.
Un pequeño ejemplo de costos de la práctica
Tenemos un pequeño sistema con un motor Stirling instalado en nuestra casa.
| Enviar | precio |
|---|---|
| Planta de microcogeneración | 17 600 EUR |
| Instalación | 4500 EUR |
| Conexión a la red eléctrica (para tarifas de alimentación) | 1500 EUR |
| coste total | 22 000 EUR |
| avance | menos 1.900 EUR |
| costos de cuenta propia | 20 100 EUR |
Por supuesto, este es solo un ejemplo de costo para un dispositivo específico utilizado en un entorno específico. Los costos también pueden diferir significativamente en otros casos.
Los subsidios que surgen de las operaciones en curso no se toman en cuenta: KfW subsidia cada kWh generado para el sistema a 5.41 centavos / kWh durante 10 años. Además, existen otras subvenciones, como el impuesto a la energía que ya no se aplica.
Pregunta: ¿De qué dependen generalmente los costos de una unidad combinada de calor y energía?
Experto en verificación de costos: por supuesto, muchos factores influyen en los costos de adquisición:
- que sistema se utiliza
- que tan grande es el sistema
- si se utiliza un tanque de almacenamiento intermedio
- Si el sistema está conectado a la red pública para poder establecer tarifas de alimentación
- qué sistemas de carga máxima aún pueden instalarse
- qué subsidios se pueden obtener para el sistema respectivo
Todos estos factores deben tenerse en cuenta al intentar estimar el costo inicial.
Por regla general, es recomendable tener un sistema diseñado y dimensionado específicamente para su propia casa, ya que el tamaño del sistema es muy importante para el costo del sistema.
Como regla general, también deberá crearse un perfil de carga que muestre qué requisitos de energía existen y en qué momentos. Ésta es la única forma de estimar correctamente qué tamaño de sistema se utiliza mejor y qué sistema de calefacción adicional debe instalarse con qué potencia.
Pregunta: ¿Qué pasa con los costos de calefacción con tales sistemas? ¿Vale la pena?
Una planta combinada de calor y energía generalmente vale la pena
Experto en verificación de costos: aquí también, por supuesto, siempre debe evaluar el caso individual; en general, existe al menos la posibilidad de que dichos sistemas sean claramente rentables y los costos de adquisición a menudo se puedan amortizar en unos pocos años.
En cualquier caso, el requisito previo para un uso rentable es una distribución de carga lo más equilibrada posible y el dimensionamiento adecuado del sistema.
Además, una unidad de cogeneración solo genera electricidad cuando se requiere calor. Sin embargo, dado que la eficiencia de un CHP siempre es más alta cuando está funcionando constantemente, por razones de eficiencia, debe planificarse para el mayor tiempo de carga posible del sistema. Esto se hace a menudo con la ayuda de tanques de almacenamiento intermedio que absorben la energía térmica generada cuando no es necesaria. La energía térmica para calefacción o el agua caliente necesaria se puede extraer del tanque de almacenamiento intermedio.
Básicamente, cuanto más tiempo funciona una planta combinada de calor y energía, más vale la pena. .
Idealmente, la electricidad generada debería consumirse usted mismo; debido a la baja tarifa de alimentación, la alimentación a la red pública a menudo no vale la pena financieramente en la actualidad.
Los sistemas de almacenamiento de electricidad suficientemente dimensionados pueden ayudar a garantizar el uso de electricidad autogenerada incluso en las horas punta y, por lo tanto, a independizarse en gran medida del proveedor de electricidad. Sin embargo, los costos a veces aún altos para el almacenamiento de electricidad requieren una planificación muy cuidadosa por adelantado para no desperdiciar costos innecesariamente.
Además, los subsidios en curso (5,41 centavos / kWh durante 10 años) deben incluirse en un cálculo de rentabilidad, así como las exenciones fiscales para los propietarios de CHP.
Pregunta: ¿Qué costes de funcionamiento tiene que calcular con un CHP?
Experto en verificación de costos: los costos de funcionamiento a menudo se subestiman y, a menudo, no se tienen en cuenta en el cálculo de rentabilidad.
Por regla general, los costes de mantenimiento de la mayoría de los sistemas con combustión interna rondan los 3 céntimos / kWh de media . Con ciclos frecuentes (encendido y apagado automático del sistema), los costos también pueden ser mayores; más adelante, cuando el sistema envejece, se deben tener en cuenta mayores costos de mantenimiento y servicio debido a la gran cantidad de partes móviles.
Cabe señalar que para muchas subvenciones también debe mostrar un contrato de mantenimiento completo durante al menos 10 años. Los costos de dichos contratos de mantenimiento son entonces más altos, generalmente alrededor de 5 centavos / kWh .
Por tanto, estos costes deben tenerse en cuenta en cualquier caso, así como los costes de reparación, repuestos y la necesaria revisión general del sistema después de un cierto número de horas de funcionamiento.
Con otros tipos de sistemas, los costos de mantenimiento suelen ser significativamente más bajos: el calentador de celda de combustible, por ejemplo, es relativamente fácil de mantener.
Pregunta: ¿Es un sistema de calefacción de pila de combustible más rentable que otras unidades de cogeneración?
Experto en verificación de costos: En Japón, la calefacción por celda de combustible ha sido una de las alternativas de calefacción más populares durante varios años, pero no se puede derivar ninguna rentabilidad en particular.
En principio, también se aplica a la calefacción por pila de combustible que solo se amortiza si hay una demanda de calor lo suficientemente alta como constante como sea posible y el consumo de electricidad en el hogar no es demasiado bajo.
Cuanto menos y más calor se requiera, peor será la rentabilidad de la calefacción con pilas de combustible. Si el consumo de electricidad es tan bajo que una gran parte de la electricidad generada tiene que inyectarse a la red pública, las posibilidades de amortización son extremadamente bajas.
La calefacción por pila de combustible es un sistema de calefacción muy progresivo y realmente ecológico; sin embargo, un cálculo de rentabilidad por adelantado es absolutamente necesario e inevitable. En muchos hogares, incluso esta forma de cogeneración con su alta eficiencia no podrá amortizarse. Esto solo es posible en las condiciones adecuadas.
En otros casos, sin embargo, el calentamiento por pila de combustible puede generar ahorros masivos y amortizarse en unos pocos años.
