jueves, 2 de junio de 2011

Aspectos Clave para el Diseño de una Sala de Calderas alimentada con Biomasa. Parte 1.

1. Fuente Energética Renovable.

La biomasa es una fuente energética en auge, renovable, limpia y con emisiones de CO2 neutras. Ello implica que aumente el nivel de etiquetado energético de los edificios.

La directiva 2009/28/CE, de 23 de abril, relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables define cuales son fuentes de energía renovables, en su artículo 2:
"Se entenderá por energía procedente por fuentes renovables, la energía procedente de fuentes renovables no fósiles, es decir, energía eólica, solar, aerotérmica, geotérmica, hidrotérmica y oceánica, hidráulica, biomasa, gases de vertedero, gases de plantas de depuración y biogás."

Se define biomasa como "la fracción biodegradable de los productos, desechos y residuos de origen biológico procedentes de actividades agrarias (incluidas las sustancias de origen vegetal y de origen animal), de la silvicultura y de las industrias conexas, incluidas la pesca y la acuicultura, así como la fracción biodegradable de los residuos industriales y municipales;".

En consecuencia, al ser una energía renovable, según reza el artículo 1.1. el CTE-HE-4 en su punto 2.a.: "La contribución solar mínima podrá disminuirse justificadamente en el caso de cubrir este aporte energético de agua caliente sanitaria mediante el aprovechamiento de energías renovables, procesos de cogeneración o fuentes de energía residuales procedentes de la instalación de recuperadores de calor ajenos a la generación de calor del edificio."; ello ha de tenerse en cuenta en el diseño de la instalación y en el análisis del coste de instalación.
Igualmente de debe comparar el ahorro conseguido de uno y otro modo. La energía solar térmica produce un ahorro de energía sobre el consumo de ACS, y la biomasa producirá este ahorro sobre el total del consumo de calefacción y ACS de la vivienda.

Hagamos una comparación, en una vivienda unifamiliar, sita en Albacete:

La vivienda consta de 3 dormitorios y tiene un consumo anual de combustible (calculado en el artículo "Mi Calefacción Consume menos que la tuya, ¿cómo lo consigo?") de 23.696 kWh anuales (una vez aislada).

Veamos el consumo de ACS, para ello precisamos utilizar el documento de ahorro energético CTE-HE-4, el cual nos ofrece el dato del consumo de ACS a 60ºC por persona. Para viviendas unifamiliares ofrece el dato de 30 litros al día.
La vivienda consta de 3 dormitorios, por tanto, según el CTE-HE-4, se debe estimar una ocupación estadística de 4 personas.

Así el consumo diario será de 120 litros a 60ºC. Y anual de 43.800 litros a 60ºC.

Para determinar la energía consumida en el calentamiento precisamos el dato de la temperatura del agua fría de red (para calcular el salto térmico del calentamiento de ACS).

La norma UNE 94.002:2.005 ofrece los datos de temperatura de Agua fría para distintas localidades. En el caso de Albacete la temperatura media de agua de red es 12,5ºC. Así el salto térmico será:

Temperatura ACS - Temperatura AFS = 60 - 12,5 = 47,50ºC.

El calor específico del agua son 1,16 Wh/lºC, con lo que la energía necesaria para el calentamiento será:

Energía = Cantidad de Agua x Calor específico x Salto térmico

43.800 (l) x 1,16 (Wh/l.ºC) x 47,50 (ºC) = 2.413.380 Wh

Energía necesaria = 2.413 kWh

Para Albacete el documento HE-4 establece una contribución solar mínima del 70%, y por tanto la instalación solar se diseñará para ahorrar este porcentaje sobre el consumo para la producción de ACS.

Suponiendo un rendimiento del generador del: 90%, la energía final necesaria para el calentamiento del ACS será:

Energía final = Energía necesaria (útil) / Rendimiento

Energía final = 2.413 kWh / 0,9 = 2.681 kWh

La reglamentación siempre nos pide calcular la energía primaria, pues los combustibles tienen unas pérdidas de transformación, transporte, etc. Estos coeficientes de paso vienen ofrecidos por los programas informáticos para la certificación energética de los edificios, pues la energía ofrecida por ellos es la energía primaria.

Veamos los coeficientes de paso utilizados por el Calener:


Se observa que el coeficiente de paso, referido a la potencia final, de una instalación alimentada por gasóleo son 1,081.

Con este dato la potencia primaria consumida por la instalación es 2.898 kWh; y por tanto el ahorro obtenido por la instalación solar será de:

70 % de 2.898 = 2.029 kWh.

Y las emisiones de CO2 que se han dejado de emitir por la instalación de energía solar térmica serán:

0,7 x 2.681 x 0,287 = 539 kg de CO2 anuales.

El resto de la energía necesaria la aportará el generador alimentado con gasóleo: 23.700 kWh para satisfacer la demanda de calefacción y 2.413 x 0,3 kWh de energía auxiliar para producción de ACS, resultando 24.400 kWh.

Teniendo en cuenta el rendimiento del generador térmico (90%) tendremos una energía final consumida de 27.100 kWh, con lo que la energía primaria resultará 29.300 kWh.

Y las emisiones de CO2 emitidas a la atmósfera serán: 7.780 kg de CO2.

Analicemos ahora la instalación alimentada con biomasa tanto para calefacción, como para ACS.

Precisamos una energía de 23.700 kWh para satisfacer la demanda de calefacción y 2.400 kWh para satisfacer la demanda de ACS, resultando una energía necesaria de 26.100 kWh, y una energía final de 29.000 kWh, que también será la energía primaria, al ser el coeficiente de paso 1.

En cuanto a emisiones, al ser el coeficiente de paso 0, se considera que la instalación alimentada por biomasa emite 0 kg de CO2 a la atmósfera.

En resumen, la energía primaria sería similar, pero se ahorrarían 7.780 kg de CO2 de emisiones a la atmósfera.

Realmente la combustión de la biomasa, como el lógico sí emite, CO2 a la atmósfera, pero su materia prima (árboles, plantas, etc), están toda su vida consumiendo CO2 de la atmósfera, por ello se considera neutra la combustión de biomasa.

Si las centrales térmicas a combustión, sólo utilizaran biomasa, no aumentaría las emisiones de CO2 a la atmósfera, pues necesitaríamos una masa forestal aún mayor de la existente, que compensaría dichas emisiones.

El Reglamento de Instalaciones Térmicas prescribe que habrá que seleccionar el sistema térmico teniendo en cuenta sus consumos de energía primaria y emisiones de CO2, y comparar el elegido contra unos sistemas que el Reglamento considera eficientes entre los que cita la Instrucción Técnica 1.2.3., en su punto 5.a.: "Sistemas de producción de energía, basados en energías renovables, en particular la energía solar térmica y la biomasa".

No se debe elegir el sistema térmico en función del precio del combustible, pero le puede ser interesante al usuario que debe pagar la instalación. Hoy (16 de mayo de 2.011) el litro de gasóleo C aparece en la web del IDAE (introducir "precio de la energía" en el buscador):

Y para la biomasa tenemos el dato de:
Aparecen también datos de otros combustibles (GLP, Fueloleo, GN, etc).

Así para un consumo convencional de 24.400 kWh, a un precio de 7,94 cts€/kWh, resulta un precio anual de 1.900 € anuales en gasóleo.

Y para un consumo de biomasa de 26.100 kWh, a un precio de 3,38 cts€/kWh (pellets de madera a granel), resulta un precio de 900 € anuales en biomasa.

Si comparamos el coste de ambas centrales térmicas:
  • Caldera gasóleo + instalación solar térmica = 8.000 €uros.
  • Caldera biomasa = 15.000 €uros.
Resulta una diferencia de coste de instalación aproximada de 7.000 €uros, para una vivienda unifamiliar.

Con el ahorro anual de 1.000 €uros, resulta un retorno de la inversión de 7.000 / 1.000 = 7 años, y a partir del 7º año, 1.000 €uros al bolsillo.

Resumiendo este primer aspecto clave:
  • Es una fuente renovable.
  • No aumenta el consumo de energía primaria.
  • Disminuye las emisiones de gases contaminantes.
  • Rápido retorno de la inversión.
Hemos de tener en cuenta más aspectos, que abordare en otros artículos del blog:

2. Sala de Calderas. Espacio necesario. Aquí el tamaño importa. Elección del tipo de Biomasa. Cálculo del silo.

3. Esquema Hidráulico. Depósito de Inercia. Sistemas de transporte de la biomasa. Chimenea y regulador de tiro.

4. Funcionamiento de la instalación. Sistema de Control. Automatización del funcionamiento. Sistemas de seguridad de la instalación.

5. Plan de Mantenimiento. Averías. Requisitos que debe tener un contrato de mantenimiento. Diferencias entre la combustión de la biomasa y otros combustibles. Sistemas de limpieza automática en calderas.


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También disponible hojas de cálculo de:

Y otras hojas de cálculo en la página de este blog con diversas hojas de cálculo para aplicación en instalaciones térmicas: http://javiponce-formatec.blogspot.com/p/hojas-de-calculo-para-aplicacion-en.html

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