Reutilización de las Aguas Residuales: Un recurso en potencia

AutorMatthias Weber
CargoIPTS

Tecnologías de Cogeneración

Oportunidades tecnológicas y marcos reguladores

Matthias Weber

Asunto:

Para mejorar la eficiencia de los procesos de transformación a lo largo de la cadena de suministro de energìa, es necesario que se implanten tecnologías nuevas y mejores. Al mismo tiempo, nuestros sistemas de suministro de energìa se enfrentan a unos planes de liberalización de gran envergadura. No es claro el impacto que tendrán estos planes sobre las perspectivas para unas opciones tecnológicas nuevas y más sostenibles, lo cual induce a preguntar si la liberalización es compatible o no con un cambio de rumbo hacia un suministro de energìa sostenible.

Relevancia:

La tecnología de calor y potencia combinados (cogeneración, CPC) da esperanzas de una mejora importante de la eficiencia energética por el lado de la producción, y ya está a punto de demostrar su viabilidad económica. La difusión de la tecnología ha avanzado mucho en los últimos años, y se prevén mejoras innovadoras adicionales, especialmente en cuanto a las unidades de cogeneración a pequeña escala. Mientras que algunos expertos opinan que la liberalización estimulará una mayor difusión de la cogeneración, otros son pesimistas al respecto. La identificación de los motivos que sustentan esta divergencia es de suma importancia para una evaluación realista de los méritos y los peligros de la liberalización, y de ahí la definición de un marco regulador eficaz.

Las ventajas disputadas de la cogeneración

La tecnología de la cogeneración (CPC) permite la generación simultánea de potencia y formas aprovechables de calor, acompañada de un elevado grado de eficiencia y emisiones reducidas, en comparación con las plantas convencionales productoras solamente de potenica

La tecnología de la cogeneración puede definirse como la generación simultánea de energía y formas aprovechables de calor, en el mismo proceso. En principio, la cogeneración puede transformar la energía interna químicamente ligada del combustible en electricidad y calor aprovechable con hasta un 90% de eficiencia. Esto es una clara ventaja frente a las plantas convencionales productoras solamente de potencia que típicamente alcanzan eficiencias de hasta un 40% (las centrales eléctricas alimentadas con carbón), y en el mejor de los casos (las turbinas de gas de ciclo combinado) de hasta un 55%. Las emisiones de CO2 pueden reducirse en un orden similar de magnitud, o incluso - según el combustible de entrada - superior. No obstante, deben tenerse en cuenta un par de consideraciones más al examinar estos datos. La ventaja comparativa del CPC depende de las condiciones específicas utilizadas en el análisis. Por ejemplo, el CPC sólo puede usarse típicamente para cubrir la carga fundamental de una instalación individual, de manera que si las cargas calorífica y eléctricas varían sustancialmente de la carga fundamental, la cogeneración debe suplirse por medio de las tecnologías convencionales. Esto representa una limitación significativa al uso del CPC. Otros factores que son pertinentes para la comparación medioambiental del CPC con otras opciones de suministro son el nivel de optimización de funcionamiento del sistema, las pérdidas caloríficas y energéticas del sistema de transmisión, y la cadena de transporte del combustible. Debe considerarse como un valor realista una reducción comparativa de las emisiones de CO2 del orden de un 10-20%.

No obstante estas consideraciones, los expertos coinciden en que el CPC hace posibles aumentos sustanciales de la eficiencia del combustible de nuestros sistemas de suministro energético, y una reducción considerable de las emisiones de CO2. Su difusión en mayor escala representa por tanto una meta deseable para nuestro futuro energético a plazo medio.

Desarrollos tecnológicos recientes y futuros

Un amplio abanico de soluciones tecnológicas aprovechan el principio de la cogeneración, cada una de las que se presta a tipos particulares de aplicaciones y requisitos caloríficos (p.ej. el vapor o el agua caliente). Se han desplegado en mayor escala sistemas basados en los motores (de gasolina y diesel), las turbinas de gas, las turbinas de vapor y combinaciones de estas últimas. Las turbinas de vapor y los ciclos combinados son típicos de los proyectos para la calefacción centralizada urbana y las aplicaciones industriales. Los proyectos a pequeña escala tienen una gama de potencias de hasta unos cuantos megavatios por unidad correspondiente principalmente al uso de motores o turbinas de gas pequeñas. Pueden utilizarse en edificios individuales grandes, en las redes conjuntas de calefacción y en las instalaciones industriales.

El CPC a pequeña escala ha avanzado enormemente durante los últimos años

La tecnología de la cogeneración a pequeña escala ha avanzado enormemente durante los últimos años (véase el Cuadro 1). Se prevé que continuarán estos desarrollos durante los próximos años, acompañados de una reducción sustancial de precios debido a la estandarización y la producción en serie. Por otra parte, mientras que en el pasado el CPC se ha beneficiado principalmente por impulsos de otras industrias, la expansión del mercado del CPC ha hecho posible progresar a unas iniciativas de desarrollo más enfocadas. Una de las aplicaciones más prometedoras a plazo medio de la tecnología del CEC es, sin embargo, un sistema de energía de aplicación más bien general, a saber las pilas de combustibles. No obstante, los precios actuales de éstas son todavía muy elevados, y su fiabilidad necesita perfeccionarse.

Cuadro 1: Logros principales de la tecnología de la cogeneración a pequeña escala

* El desarrollo de los motores diesel y de gasolina pequeños hasta un mínimo de 5 kW, aunque el límite de viabilidad económica sigue siendo de unos 50 kW.

* Se dispone ya de turbinas de gas mucho más pequeñas que las que existían hace un par de años (hasta mínimos de 50-100 kW), así como de unidades del orden de 500 kW de elevado rendimiento económico. Además, han mejorado notablemente las eficiencias eléctricas medias.

* Reducciones significativas de los costes relativamente altos de la inversión gracias al inicio de producción en serie, especialmente en la gama de 0,2 a 1 MW de los sistemas basados en el uso de motores.

* Una mayor fiabilidad y unos costes de mantenimiento más bajos gracias al desarrollo de sofisticados sistemas de control on-line para vigilar y optimizar el funcionamiento del sistema.

* Equipos auxiliares para optimizar el funcionamiento del sistema, p.ej. la combinación del CPC con sistemas de enfriamiento de absorción para tratar factores de carga más elevados en el verano, o sistemas termoalmacenadores para amortiguar las variaciones diarias de la carga calorífica.

* El perfeccionamiento del proceso de combustión y el desarrollo de sistemas catalíticos a fin de satisfacer normas medioambientales más exigentes.

* La lograda aplicación de lecciones aprendidas en el área de la integración de los sistemas, cuyo fruto son componentes bien diseñados e instalados y soluciones modulares.

Barreras a la difusión en Europa

Su introducción en Europa es poco uniforme

La difusión de la tecnología de la cogeneración en Europa es poco uniforme, oscilando entre una aportación insignificante en Francia e Irlanda, y un 30% o más en Dinamarca y Países Bajos, donde parece haberse alcanzado el punto de saturación (COGEN, 1995). En conjunto, un 7% de la producción eléctrica europea procede del CPC. Mientras que su uso para la calefacción de zonas grandes está estancado, las aplicaciones industriales continúan subiendo a un ritmo moderado en la mayoría de los países. Todos los países con un marco regulador no prohibitorio han experimentado una rápida expansión de las aplicaciones del CPC a pequeña escala desde mediados de los '80, si bien desde un punto de partida muy bajo. Los mercados más dinámicos para la implantación del CPC industrial y a pequeña escala se hallan actualmente en Reino Unido, Italia, España y Alemania.

Los progresos técnicos y reducción de costes, junto con una mayor difusión de la tecnología en tiempos recientes, parecen prometer un porvenir halagueño para el CPC. Sin embargo, las oportunidades para el CPC en la parte baja de la gama de potencias deben tratarse con precaución. Una de las dificultades principales del CPC es su complejidad; es mucho más complicado que una planta de calderas productora de calefacción solamente y un enlace con la red eléctrica principal, y precisa unas destrezas y conocimientos especializados para el diseño y la explotación de la planta. Además, el CPC tiene que adaptarse a las condiciones específicas del lugar. Por consiguiente, aunque en principio se han superado los problemas técnicos de la parte baja de la escala, y a pesar de haberse conseguido soluciones económicas viables, la lograda implantación del CPC todavía depende en gran manera de las competencias de los operadores y los planificadores locales. Podrían aliviarse estas dificultades recurriendo a nuevas formas de actuación tales como la contratación, pero éstas todavía no se encuentran totalmente arraigadas en el mercado de sistemas pequeños. Por otra parte, un alto nivel de estandarización de los equipos sería muy útil - tanto en las economías de escala como en la sencillez de operación.

Figura 1: Porcentaje de la cogeneración en la producción eléctrica a principios de los '90

English Spanish

Austria Austria

Belgium Bélgica

Denmark Dinamarca

Finland Finlandia

France Francia

Germany Alemania

Greece Grecia

Ireland Irlanda

Italy Italia

Netherlands Países Bajos

Portugal Portugal

Spain España

Sweden Suecia

UK Reino Unido

EU UE

Fuente: COGEN 1995

El entorno normativo varía de país en país, y a menudo no es compatible con los requisitos del CPC

Hay otro obstáculo que gradualmente se ha ido superando durante los últimos años, pero que sigue siendo pertinente en muchos Estados Miembros: el marco normativo y organizativo. Con grandes diferencias entre los Estados Miembros, estos marcos a menudo no son compatibles con los requisitos del CPC, habiéndose formulado para convenir a una infraestructura energética basada en las plantas productoras de electricidad solamente a gran escala. Debido a las limitaciones de la transmisión de calor, el CPC implica inevitablemente una descentralización del suministro de electricidad, y la producción combinada precisa una coordinación horizontal entre las cadenas de suministro. En varios países se necesitaría, por tanto, una descentralización de las responsabilidades organizativas y la coordinación horizontal de las cadenas de suministro en las industrias del abastecimiento de energìa a fin de armonizar con las características tecnológicas del CPC.

El conjunto de las diferentes tarifas eléctricas, los costes del combustible y el desembolso en equipos determina la viabilidad económica del CPC

El interfaz entre los usuarios de CPC y las empresas abastecedoras de energía eléctrica es de suma importancia para la factibilidad de las plantas de CPC, o sea, las diferentes tarifas eléctricas aplicadas (para suministro, respaldo, reserva y excedente de potencia) y las condiciones técnicas para su conexión a la red eléctrica principal. Estos factores, junto con el precio del combustible y los costes adicionales de la inversión en los equipos de CPC, determinan la viabilidad económica de un proyecto. La empresa abastecedora de electricidad que prevalece en la actualidad tiene un interés de dos vertientes en el CPC. Mientras que las empresas abastecedoras no suelen tener incentivos para sostener proyectos de plantas de energía autónomas, a menudo sí tienen bastante interés en explotar plantas de CPC propias, o al menos en participar en tales proyectos, especialmente si son suministradores integrados horizontalmente de electricidad, gas y calor.

Reformas de los sistemas de abastecimiento eléctrico han conducido a un aumento significativo de la capacidad del CPC en algunos países, respaldado en algunos casos por incentivos económicos (p.ej. en Países Bajos). En otros, se ha creado un entorno propicio eliminando las barreras administrativas e institucionales (Alemania, Italia), o existe una política energética fiable a largo plazo favorable al CPC (Dinamarca)(OCDE/IEA94). A menudo se considera que la liberalización de los mercados energéticos propicia la cogeneración por eliminar las barreras montadas por las empresas abastecedoras para proteger sus posiciones monopolísticas contra los generadores de energía independientes. Además, pueden ir desarrollándose servicios especializados que faciliten la planificación y la operación de los proyectos de energía eléctrica independientes. Pero como contrapartida, la liberalización debilita la función de coordinación e integración del sistema a largo plazo desempeñada por las empresas abastecedoras monopolísticas.

Los criterios a corto plazo de los inversores pueden mermar las perspectivas del CEC

También para los inversores potenciales en el CPC, la situación es ambigua. Los grandes usuarios de la electricidad, que esperan una reducción del coste de la energía debida a la competencia, no se sienten ilusionados por el CPC. Otros, tales como las empresas pequeñas y los usuarios comerciales, los cuales no suelen contar con reducciones de precio, vean en el CPC una oportunidad de independizarse de las grandes empresas abastecedoras. Sin embargo, estos dos grupos de inversores aplicarán unos criterios muy estrictos en cuanto a los plazos de amortización de la inversión no fundamental - típicamente del orden de dos a cuatro años. El tercer grupo principal de inversores, las empresas generadoras de energía, las cuales suelen asignar plazos de amortización más largos a sus inversiones (hasta 20 años), también se ven obligadas, en un entorno competitivo, a aplicar criterios de inversión mucho más estrictos. Aunque desde el punto de vista medioambiental, el CPC puede ser la mejor solución, pierden su flexibilidad para tomar en cuenta estos aspectos subyacentes - como ha sucedido con frecuencia en el pasado. De ahí que, a menos que se integren las externalidades medioambientales en el cálculo de la relación coste/beneficios de los proyectos de suministro energético (p.ej. mediante la fiscalidad), la lógica comercial prevalecerá en las decisiones de inversión, a costa del medio ambiente.

Que la ayuda de la liberalización al CPC dependerá de las instituciones locales y su capacidad de coordinación

En el Reino Unido y España, parecen haber prevalecido los efectos capacitantes de la liberalización, y los mercados para el CPC han crecido rápidamente durante los últimos años. Antes de la liberalización el potencial se enfrentaba a una oposición feroz por parte de las empresas abastecedoras. La disponibilidad del gas natural como combustible para la generación de energìa eléctrica también ha estimulado el desarrollo de las plantas alimentadas con gas. Los ejemplos de Dinamarca con su política energética cooperativa aunque monopolística, de Alemania con sus poderosas empresas abastecedoras al nivel local/comunal, y Países Bajos donde se ha aplicado una combinación de la liberalización e incentivos financieros, muestran que la difusión del CPC no sólo es una cuestión de si el marco global es "monopolístico" o "liberalizado". Depende más bien de la organización de los incentivos dentro de cada uno de los marcos, y de hasta qué punto se puedan conseguir la coordinación y la optimización del sistema. Hay poca evidencia de que la liberalización por sí sola pueda mejorar las condiciones para el CPC. Los antecedentes, las instituciones y las estructuras nacionales determinan si un marco liberalizado sería provechoso o no.

El CPC y los mercados de energìa liberalizados en Europa

Hay una ventana de oportunidad para establecer un régimen de suministro energético más descentralizado y eficaz

A base del análisis precedente, cabe prever que los efectos de un Mercado de Energìa liberalizado en Europa sobre el CPC variarán considerablemente entre los Estados Miembros, pudiendo ser positivos o negativos. En particular, en los países en los que ya existe un marco propicio para el CPC, la liberalización podría tener un efecto perjudicial. Hasta ahora las propuestas de liberalizar los sistemas de abastecimiento de gas y electricidad, encerrados en el concepto de la red de distribución, han tenido dos consecuencias principales. Primero, han creado mucha incertidumbre en torno al CPC entre los inversores potenciales y las empresas abastecedoras. Esto ha provocado un retraso en la inversión en el CPC a favor del medio ambiente, al menos hasta que prevalezcan condiciones más estables y fiables para la planificación. Segundo, han estimulado el ajuste preparatorio de los marcos nacionales en aquellos países que tienen un marco institucional desfavorable (p.ej. Italia y Francia), así creando nuevas oportunidades para el CPC. Sin embargo, dado que la inversión a largo plazo en el suministro energético requiere un marco estable y fiable, urge tomar lo antes posible una decisión sobre el futuro marco del suministro energético europeo. De no tomarse una decisión, podría perderse la actual ventana de oportunidad de cambiar a un régimen de suministro energético más descentralizado y eficaz - basado en una mayor aportación por parte del CPC - simplemente por culpa de las incertidumbres en torno al marco regulador.

Conclusiones

Está ampliamente reconocidoque el CPC es una opción atractiva para mejorar la eficiencia energética en un futuro próximo o a plazo medio. Si bien el CPC a pequeña escala ha hecho grandes progresos en algunos Estados Miembros durante los últimos años, las perspectivas todavía no están claras. Se pueden esperar más progresos técnicos durante los próximos años, realzando así su potencial técnico y económico. No obstante, para que prospere el CPC, tiene que superar unos obstáculos a nivel del usuario. Estos podrían franquearse mediante el desarrollo de tecnologías de uso más práctico y la diseminación de más información a los eventuales usuarios. También son necesarios unos marcos reguladores estables y fiables para crear una base sólida para la planificación de la inversión a largo plazo en los sistemas de abastecimiento energético tales como el CPC. No hay una contestación sencilla a la pregunta de que si un marco liberalizador sería propicio para la implantación del CPC. De hecho, podría resultar ser un instrumento de doble filo respecto al CPC, según la organización y los antecedentes específicos del suministro de energìa en cada Estado Miembro. En los países donde las grandes empresas abastecedoras todavía ocupan una posición que impide la inversión en el CPC, la liberalización parece ser una solución provechosa. No obstante, la introducción de elementos competitivos fuertes en países cuyo sector de abastecimiento de energìa está organizado sobre la base de la colaboración, podría poner en peligro una mayor difusión del CPC.

Frases Clave

cogeneración, calor y potencia combinados, liberalización, mercados de la energìa, medio ambiente, política energética, normativa

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