MicroCHP ( Microfuentes combinadas de energía térmica y eléctrica ) es una variante de la idea actualmente extendida de cogeneración de energía para viviendas unifamiliares/plurifamiliares y pequeños edificios de oficinas.
Dado que en la mayoría de los casos los consumidores necesitan simultáneamente dos tipos de energía: térmica y eléctrica , han surgido las centrales térmicas combinadas ( CHP ), también denominadas “cogeneración”. Aprovechando que todos los sistemas de producción de energía eléctrica basados en la combustión de combustibles tienen la máxima eficiencia en las condiciones dictadas por las leyes de la termodinámica , las CHPP utilizan la denominada fuente de calor como fuente de calor. calor residual del proceso de generación de energía eléctrica. El calor residual es arrastrado por los gases de combustión, que pueden proporcionar calefacción completa para sistemas con necesidades de baja temperatura. El calor residual también se puede utilizar para producir electricidad adicional en un ciclo combinado , pero esto no siempre es práctico. Como tal, las plantas CHP disfrutan de una popularidad cada vez mayor en la comunidad industrial, ya que pueden mejorar la eficiencia energética general del uso de combustible.
Por ejemplo, en los sistemas puramente generadores, como las centrales eléctricas convencionales que suministran electricidad a los consumidores, solo alrededor de un tercio del calor potencial de la fuente de energía primaria ( carbón , gas natural o uranio ) se entrega al consumidor, a pesar de que la eficiencia puede ser ligeramente menor en las plantas más antiguas y significativamente mayor en las nuevas. Por el contrario, las plantas de cogeneración suelen convertir al menos dos tercios y, a menudo, hasta el 90 % del calor de una fuente de energía primaria en formas útiles de energía, como electricidad , vapor , agua caliente o calefacción . Si bien la industria se está beneficiando enormemente de CHP, algunas de las características que las hacen atractivas para la industria actúan como una barrera para el uso individual de esta tecnología.
La gran mayoría de los sistemas de cogeneración utilizan gas natural como combustible. Esto se debe a su bajo costo (aunque el precio ha ido subiendo en los últimos años), la limpieza de la combustión, su disponibilidad en muchas áreas y su facilidad de transporte a través de tuberías ya instaladas a muchos hogares. Además, el gas natural puede quemarse en turbinas de gas , que se utilizan en la mayoría de las plantas de cogeneración grandes y pequeñas, debido a su alta eficiencia, tamaño pequeño, combustión limpia y costos operativos mínimos. Además, las turbinas de gas diseñadas con cojinetes de aluminio y refrigeración por aire funcionan sin lubricación por aceite ni agentes refrigerantes. Finalmente, el calor residual de los productos de combustión de las turbinas de gas se suele utilizar en ellas, mientras que el calor residual de la principal alternativa para los pequeños sistemas, las máquinas reciprocantes , se distribuye entre sus sistemas de utilización y refrigeración.
El impacto de CHP, especialmente los más pequeños para empresas residenciales y pequeñas, aumentará en el futuro si los precios del gas natural continúan aumentando. Aunque el calor residual de las centrales eléctricas que utilizan biomasa , energía solar , carbón , diésel , otros productos derivados del petróleo pesado y energía nuclear como fuente de energía puede utilizarse para la cogeneración, dichas fuentes de energía son menos adecuadas, más difíciles de transportar, más caras para uso doméstico y , en el caso de la energía atómica, son poco prácticos e inseguros. Con la excepción de la energía nuclear y solar, estos combustibles se queman de manera significativamente menos limpia que el gas natural y requieren un control de la contaminación significativamente más costoso. Finalmente, de todos los enumerados, sólo se puede utilizar combustible diésel en turbinas de gas y motores alternativos, cuyo bajo coste, pequeño tamaño y eficiencia los convierten en la elección para pequeñas plantas de cogeneración.
La diferencia más importante entre micro CHP y sus parientes a gran escala está en los modos de operación. En la mayoría de los casos, las plantas industriales de cogeneración producen principalmente electricidad, con calor como subproducto. Por el contrario, las plantas de microcogeneración, que funcionan en viviendas y pequeños edificios comerciales, satisfacen las necesidades de energía térmica generando electricidad como subproducto. Debido a este modo particular de operación y a las fluctuaciones en el consumo de electricidad de las estructuras que tienden a usar plantas de microcogeneración (edificios residenciales y pequeños edificios comerciales), las plantas de microcogeneración a menudo generan electricidad en cantidades mayores que las que necesita el consumidor.
Hoy en día, los microCHP son atractivos para los consumidores debido al modelo de "medición neta" ("generación y reventa"), en el que la energía generada, que excede la demanda instantánea propia, se realiza en el sistema de energía . Las pérdidas principales asociadas con la transmisión desde la fuente hasta el consumidor generalmente serán menores que las pérdidas en el almacenamiento o la generación de energía local con una potencia menor que la pico. Entonces, desde un punto de vista puramente técnico, el modelo de “medición neta” es muy efectivo.
Otro aspecto positivo de este modelo es que es muy fácil de configurar. Los medidores de electricidad del consumidor pueden registrar la energía saliente tan fácilmente como la energía consumida por un hogar o negocio. Esencialmente, registran la cantidad "neta" de energía consumida por un hogar/oficina. Los sistemas de energía con microCHP relativamente pequeños no requieren cambios estructurales. En los EE. UU., la ley federal (así como muchas regulaciones estatales) exige que los operadores de servicios públicos compensen a todos por la energía que devuelven a la red. Desde el punto de vista de los operadores de red, estos requisitos representan una carga operativa, técnica y administrativa. Como resultado, la mayoría de los operadores de red compensan a los productores de energía no industriales en menor o igual medida que la que venden a sus consumidores. El esquema de compensación puede parecer a primera vista casi justo, solo significa para los consumidores una reducción en el costo de la energía eléctrica no comprada en comparación con el costo real de generación y servicios de los operadores. Por lo tanto, desde el punto de vista de los operadores de microCHP, el modelo de "medición neta" no es ideal.
Hasta ahora, el modelo de “medición neta” es un mecanismo muy eficiente para usar el exceso de energía generado por el microCHP. Ella no está exenta de críticas. Los principales argumentos de los críticos: el primero es que, si bien la principal fuente de generación para los sistemas de energía son los grandes generadores comerciales, los generadores de "medición neta" "vierten" energía en la red de forma aleatoria e impredecible. Sin embargo, el efecto es insignificante si solo una pequeña proporción de consumidores genera electricidad y cada uno de ellos genera una cantidad de energía relativamente pequeña. Cuando se enciende el horno o el calentador, se suministra aproximadamente la misma cantidad de electricidad de la red que produce un generador doméstico. Si aumenta el porcentaje de hogares con sistemas de generación, entonces su contribución al sistema energético puede volverse significativa. Entonces, la coordinación de los sistemas de generación en los hogares y el mantenimiento de la red pueden volverse necesarios para la operación estable y la prevención de su daño.
Las plantas Micro CHP se basan en varias tecnologías diferentes:
El Reino Unido es actualmente el mercado de microcogeneración más desarrollado de Europa y probablemente del mundo. Se estimó en alrededor de 1.000 microCHP a partir de 2002. Principalmente Whispergen ( motores Stirling ) y Senertec Dachs ( motores alternativos ). El mercado es apoyado por el gobierno a través de la legislación. Algunas investigaciones gubernamentales han recibido fondos a través de Energy Saving Trust y Carbon Trust , el gobierno comunitario también apoya la eficiencia energética en el Reino Unido. El 7 de abril de 2005 , el gobierno del Reino Unido redujo el IVA del 17,5 % al 5 % para las plantas de microcogeneración, con el fin de respaldar la demanda de esta tecnología a expensas de las existentes, menos respetuosas con el medio ambiente. La reducción del IVA del 12,5% ha sido un subsidio efectivo para las plantas de microcogeneración frente a los sistemas convencionales, lo que les ayudará a ser más competitivas y aumentará significativamente las ventas de unidades en el Reino Unido. [1] De los 24 millones de hogares del Reino Unido, entre 14 y 18 millones están pensando en equipar su propia micro-CHP.