11. OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA - Universidad de...
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74 11. OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA El objetivo de este apartado es la optimización del sistema, es decir, la obtención del grado de carga, tipo de sistema de refrigeración y volumen del SAC que maximizan la rentabilidad económica de la planta. Para ello vamos a hacer uso de la función de Matlab ga (genetic algorithm), empleando como función objetivo el incremento del VAN respecto al sistema sin cogeneración, y como variables a optimizar el grado de carga, el tipo de sistema de refrigeración y el volumen del SAC. Los algoritmos genéticos pertenecen a la clase más grande de los algoritmos evolutivos, que generan soluciones a los problemas de optimización y búsqueda con técnicas inspiradas en la evolución natural, como la herencia, mutación, selección y cruce. Aunque su empleo no asegura la obtención de la solución óptima, si que proporciona una solución muy próxima a ella.
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11. OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA
El objetivo de este apartado es la optimización del sistema, es decir, la obtención del grado
de carga, tipo de sistema de refrigeración y volumen del SAC que maximizan la rentabilidad
económica de la planta.
Para ello vamos a hacer uso de la función de Matlab ga (genetic algorithm), empleando
como función objetivo el incremento del VAN respecto al sistema sin cogeneración, y como
variables a optimizar el grado de carga, el tipo de sistema de refrigeración y el volumen del
SAC.
Los algoritmos genéticos pertenecen a la clase más grande de los algoritmos evolutivos,
que generan soluciones a los problemas de optimización y búsqueda con técnicas inspiradas
en la evolución natural, como la herencia, mutación, selección y cruce. Aunque su empleo no
asegura la obtención de la solución óptima, si que proporciona una solución muy próxima a
ella.
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11.1. Adaptación de los datos de partida a dos días
tipo al año
El número de variables a optimizar es elevado, concretamente 290: 288 correspondientes
al grado de carga para cada una de las 24 horas de los 12 días tipo del año; una
correspondiente al tipo de sistema de refrigeración; y otra correspondiente al volumen del
SAC.
Para dicho número resulta imposible la obtención de la solución óptima, por lo que para
poder llevar a cabo la optimización del sistema es necesario disminuir dicho número. Esto se
consigue mediante dos vías:
- En primer lugar, reduciendo a 2 el número de días tipo del año (uno para los meses de
Invierno y otro para los de Verano).
- En segundo lugar, y dado que el empleo del SAC provoca un mejor aprovechamiento
del calor producido por los generadores de energía, considerando que el grado de
carga es constante a lo largo de cada uno de los días tipo del año.
Con los condicionantes anteriores el número de variables a optimizar se ve finalmente
reducido a 4: 2 correspondientes al grado de carga de los 2 días tipo del año; una
correspondiente al tipo de sistema de refrigeración; y otra correspondiente al volumen del
SAC.
Dado el escaso valor de las demandas energéticas correspondientes a los meses de
Primavera – Otoño, vamos a considerar que durante los mismos, los generadores de energía
permanecen desconectados. Por lo tanto, en este apartado solo vamos a realizar un análisis
entre la comparativa de instalar una planta de cogeneración en el hospital o de llevar a cabo la
solución sin ella.
Además, vamos a suponer que el año posee 4 meses de Invierno, 4 de Verano y otros 4 de
Primavera - Otoño. El día tipo correspondiente a los meses de Invierno será similar al mes de
Enero para el sistema con 12 días tipo, mientras que el correspondiente a los meses de Verano
será el correspondiente al mes de Julio, lo cual afectará a las nuevas demandas energéticas del
hospital, al nuevo perfil de temperatura ambiente, y al nuevo precio de mercado y precio de
compra de la electricidad.
Como es evidente, pudiera darse el caso de que el algoritmo de optimización proporcione
un valor del volumen del SAC casi nulo (ya que, tal y como están programadas las funciones de
Matlab para el sistema con SAC, el programa no puede devolver un volumen del SAC nulo), es
decir, que la solución del sistema sin SAC funcionando con un determinado grado de carga en
los meses de invierno y otro en los de verano, y empleando un determinado sistema de
refrigeración, sea mejor que la del sistema sin SAC empleando el modo de funcionamiento
mixto.
Naturalmente, también pudiera producirse el caso contrario, es decir, que la solución del
sistema sin SAC empleando el modo de funcionamiento mixto sea mejor que la solución
proporcionada por el algoritmo de optimización.
11.2. Resultados económicos
11.2.1. Motores de combustión interna alternativos
11.2.1.1. Klasik MGW 520
En primer lugar, representamos
ambos modos de funcionamiento:
Figura 57. Grado de carga del sistema sin SAC empleando el
modo de funcionamiento mixto con 2 días tipo para el
motor Klasik MGW 520.
En segundo lugar, mostramos
refrigeración empleado, el valor del
posee dicho equipo.
Tipo de sistema de refrigeración
REE (%)
REElímite (%)
Volumen del SAC (m3)
Tabla 42. Tipo de sistema de refrigeración utilizado, REE y volumen del SAC proporcionados por
En tercer lugar, mostramos
incremento de los costes de adquisici
sistema:
Incremento de los costes de adquisición de equipos (€)
Incremento de la inversión inicial (€)
Tabla 43. Análisis de la inversión inicial
Figura 59. Importancia relativa de los costes de adquisición
de equipos para el sistema sin SAC empleando el modo de
funcionamiento mixto con dos días tipo
Klasik MGW 520.
19%
23%
21%
37%
Resultados económicos
Motores de combustión interna alternativos
MGW 520
En primer lugar, representamos gráficamente los grados de carga resultantes de aplicar
ambos modos de funcionamiento:
. Grado de carga del sistema sin SAC empleando el
modo de funcionamiento mixto con 2 días tipo para el
motor Klasik MGW 520.
Figura 58. Grado de carga producto de la optimización del
sistema con SAC para el motor Klasik MGW 520.
mostramos para ambos modos de funcionamiento, el tipo de sistema de
, el valor del REE y, para el caso del sistema con SAC, el v
Sistema sin SAC empleando el modo de funcionamiento mixto
Sistema con SAC aplicando el algoritmo de optimización
Trigeneración Cogeneración
60,8
46
-
Tipo de sistema de refrigeración utilizado, REE y volumen del SAC proporcionados por ambos modos de f
y empleando el motor Klasik MGW 520.
, mostramos para ambos modos de funcionamiento,
incremento de los costes de adquisición de equipos y del incremento de la inversión inicial del
Sistema sin SAC empleando el modo de funcionamiento mixto
Sistema con SAC aplicando el algoritmo de optimización
cremento de los costes de adquisición 190.000 138.000
425.000 309.000
inversión inicial correspondiente al motor Klasik MGW 520 para ambos modos de funcionamiento
. Importancia relativa de los costes de adquisición
de equipos para el sistema sin SAC empleando el modo de
mixto con dos días tipo para el motor
Figura 60. Importancia relativa de los costes de adquisición
de equipos correspondiente a la optimización del sistema
con SAC para el motor Klasik MGW 520.
Caldera
Motor
Intercambiadores de calor
RCE
Máquina de absorción
20%
26%
23%
31%
76
Motores de combustión interna alternativos
resultantes de aplicar
. Grado de carga producto de la optimización del
sistema con SAC para el motor Klasik MGW 520.
el tipo de sistema de
SAC, el volumen que
Sistema con SAC aplicando el algoritmo de optimización
Cogeneración
69,4
46
0,01
ambos modos de funcionamiento
para ambos modos de funcionamiento, los valores del
la inversión inicial del
Sistema con SAC aplicando el algoritmo de optimización
138.000
309.000
correspondiente al motor Klasik MGW 520 para ambos modos de funcionamiento.
. Importancia relativa de los costes de adquisición
de equipos correspondiente a la optimización del sistema
con SAC para el motor Klasik MGW 520.
Caldera
Motor
Intercambiadores de calor
RCE
Máquina de absorción
SAC
77
A continuación, realizamos un análisis general de la inversión mostrando para ambos
modos de funcionamiento, los valores del incremento de flujo de caja anual, del VAN, de la TIR
y del Pay-Back.
Sistema sin SAC empleando el modo de
funcionamiento mixto Sistema con SAC aplicando el algoritmo
de optimización
Opción A Opción B Opción A Opción B
Incremento del flujo de caja anual (€) 72.000 -37.000 83.000 21.000
Incremento del VAN (€) 192.000 -745.000 397.000 -129.000
Incremento de la TIR (%) 11,04 - 23,51 -
Incremento del Pay-Back (años) 7 - 4 -
Tabla 44. Análisis económico de las inversión correspondiente al motor Klasik MGW 520 para ambos modos de funcionamiento y
para un nº años = 10 y un ief = 3%.
En este caso vemos como la mayor rentabilidad económica del sistema se alcanza para la
solución proporcionada por el algoritmo de optimización, que es la del sistema sin SAC con el
motor funcionando a plena carga durante los meses de Invierno y desconectado en los de
Verano, empleando como equipo de refrigeración el RCE.
Las razones por las que mantener funcionando el motor durante los meses de Verano es
menos rentable que mantenerlo desconectado son las siguientes:
- En el caso de que empleemos como equipo de refrigeración el RCE, la razón es que el
incremento de los ingresos por la venta de electricidad no compensa el incremento de
los gastos por la compra de gas natural consumido por el motor, por lo que el
incremento del flujo de caja anual es menor. Esto es debido al escaso margen
existente entre la energía eléctrica producida en cada hora por el motor y la demanda
de electricidad.
- En el caso de que empleemos como equipo de refrigeración la máquina de absorción,
la razón es que el incremento de los ingresos por la venta de electricidad no compensa
el incremento de los gastos por la compra de gas natural consumido por la caldera.
Esto es debido a que, a pesar de que existe un mayor margen entre la energía eléctrica
producida en cada hora por el motor y la demanda de electricidad, el calor procedente
de los gases de escape del motor es mucho menor que la demanda total de calor, por
lo que es necesario el empleo de la caldera para satisfacer la demanda de la máquina
de absorción, lo cual es menos eficiente que satisfacer la demanda de refrigeración
mediante un RCE.
En cuanto al motivo por el que el empleo del SAC no resulta rentable es que el calor
procedente de los gases de escape para todas las horas inferior a la demanda térmica del
hospital.
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Por último, representamos las gráficas correspondientes a los balances de energía eléctrica
y térmica de la solución óptima:
Figura 61. Potencia eléctrica comprada y producida producto de la optimización del sistema con SAC para el motor Klasik MGW
520.
Figura 62. Potencia eléctrica demandada y vendida producto de la optimización del sistema con SAC para el motor Klasik MGW
520.
79
Figura 63. Calor demandado, perdido en los intercambiadores y expulsado por la chimenea producto de la optimización del
sistema con SAC para el motor Klasik MGW 520.
Figura 64. Calor producido por el generador de energía y por la caldera producto de la optimización del sistema con SAC para el
motor Klasik MGW 520.
80
11.2.1.2. Klasik APG 1000
En primer lugar, representamos gráficamente los grados de carga resultantes de aplicar
ambos modos de funcionamiento:
Figura 65. Grado de carga del sistema sin SAC empleando el
modo de funcionamiento mixto con 2 días tipo para el
motor Klasik APG 1000.
Figura 66. Grado de carga producto de la optimización del
sistema con SAC para el motor Klasik APG 1000.
En segundo lugar, mostramos para ambos modos de funcionamiento, el tipo de sistema de
refrigeración empleado, el valor del REE y, para el caso del sistema con SAC, el volumen que
posee dicho equipo.
Sistema sin SAC empleando el modo de
funcionamiento mixto Sistema con SAC aplicando el algoritmo
de optimización
Tipo de sistema de refrigeración Trigeneración Trigeneración
REE (%) 59,1 59,1
REElímite (%) 46 46
Volumen del SAC (m3) - 0,01
Tabla 45. Tipo de sistema de refrigeración utilizado, REE y volumen del SAC proporcionados por ambos modos de funcionamiento
y empleando el motor Klasik APG 1000.
Como podemos observar las soluciones proporcionadas por ambos modos de
funcionamiento es idéntica. A continuación, mostramos los valores del incremento de los
costes de adquisición de equipos y del incremento de la inversión inicial del sistema:
Sistema sin SAC empleando el modo de
funcionamiento mixto Sistema con SAC aplicando el algoritmo
de optimización
Incremento de los costes de adquisición de equipos (€)
303.000 303.000
Incremento de la inversión inicial (€) 678.000 678.000
Tabla 46. Análisis de la inversión inicial correspondiente al motor Klasik APG 1000 para ambos modos de funcionamiento.
Figura 67. Importancia relativa de los costes de adquisición de equipos para ambos modos de funcionamiento con dos días tipo
para el motor Klasik APG 1000.
13%
33%
23%
31%Caldera
Motor
Intercambiadores de calor
RCE
Máquina de absorción
SAC
81
A continuación, realizamos un análisis general de la inversión mostrando los valores del
incremento de flujo de caja anual, del VAN, de la TIR y del Pay-Back.
Sistema sin SAC empleando el modo de funcionamiento mixto
Sistema con SAC aplicando el algoritmo de optimización
Opción A Opción B Opción A Opción B
Incremento del flujo de caja anual (€) 240.000 -45.000 240.000 -45.000
Incremento del VAN (€) 1.365.000 -1.058.000 1.365.000 -1.058.000
Incremento de la TIR (%) 33,36 - 33,36 -
Incremento del Pay-Back (años) 3 - 3 -
Tabla 47. Análisis económico de las inversión correspondiente al motor Klasik APG 1000 para ambos modos de funcionamiento y
para un nº años = 10 y un ief = 3%.
En este caso vemos como la mayor rentabilidad económica se alcanza para el sistema sin
SAC con el motor funcionando a plena carga durante los meses de Invierno y Verano,
empleando como equipo de refrigeración la máquina de absorción.
A diferencia de lo que ocurre con el motor Klasik MGW 520, las razones por las que la
solución óptima incluye al motor funcionando a plena carga durante los meses de Verano son:
- En primer lugar, que los ingresos por la venta de electricidad son mucho mayores,
dado que el margen entre la energía eléctrica producida y demanda de electricidad es
también mucho mayor.
- En segundo lugar, que el calor procedente de los gases de escape del motor es mucho
mayor, por lo que la energía aportada por la caldera y, por lo tanto, los gastos por la
compra de gas natural consumido por la misma son mucho menores.
En cuanto al motivo por el que el empleo del SAC no es rentable es que la reducción de los
gastos por la compra de gas natural consumido en la caldera en las horas punta de demanda
térmica no compensa el aumento de la inversión inicial asociado al empleo de dicho equipo.
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Por último, representamos las gráficas correspondientes a los balances de energía eléctrica
y térmica de la solución óptima:
Figura 68. Potencia eléctrica comprada y producida para el motor Klasik APG 1000 empleando el modo de funcionamiento mixto
con dos días tipo para el sistema sin SAC.
Figura 69. Potencia eléctrica demandada y vendida para el motor Klasik APG 1000 empleando el modo de funcionamiento mixto
con dos días tipo para el sistema sin SAC.
83
Figura 70. Calor demandado, perdido en los intercambiadores y expulsado por la chimenea para el motor Klasik APG 1000
empleando el modo de funcionamiento mixto con dos días tipo para el sistema sin SAC.
Figura 71. Calor producido por el generador de energía y por la caldera para el motor Klasik APG 1000 empleando el modo de
funcionamiento mixto con dos días tipo para el sistema sin SAC.
84
11.2.2. Turbinas de gas (grupo I)
11.2.2.1. Vericor Allied
En primer lugar, representamos gráficamente los grados de carga resultantes de aplicar
ambos modos de funcionamiento:
Figura 72. Grado de carga del sistema sin SAC empleando el
modo de funcionamiento mixto con 2 días tipo para la
turbina Vericor Allied.
Figura 73. Grado de carga producto de la optimización del
sistema con SAC para la turbina Vericor Allied.
En segundo lugar, mostramos para ambos modos de funcionamiento, el tipo de sistema de
refrigeración empleado, el valor del REE y, para el caso del sistema con SAC, el volumen que
posee dicho equipo:
Sistema sin SAC empleando el modo de
funcionamiento mixto Sistema con SAC aplicando el algoritmo
de optimización
Tipo de sistema de refrigeración Cogeneración Cogeneración
REE (%) 0 28,8
REElímite (%) 49 49
Volumen del SAC (m3) - 0,01
Tabla 48. Tipo de sistema de refrigeración utilizado, REE y volumen del SAC proporcionados por ambos modos de funcionamiento
y empleando la turbina Vericor Allied.
En tercer lugar, mostramos para ambos modos de funcionamiento, los valores del
incremento de los costes de adquisición de equipos y del incremento de la inversión inicial del
sistema:
Sistema sin SAC empleando el modo de
funcionamiento mixto Sistema con SAC aplicando el algoritmo
de optimización
Incremento de los costes de adquisición de equipos (€)
727.000 623.000
Incremento de la inversión inicial (€) 1.629.000 1.404.000
Tabla 49. Análisis de la inversión inicial correspondiente a la turbina Vericor Allied para ambos modos de funcionamiento.
Figura 74. Importancia relativa de los costes de adquisición
de equipos para el sistema sin SAC empleando el modo de
funcionamiento mixto con dos días tipo para la turbina
Vericor Allied.
Figura 75. Importancia relativa de los costes de adquisición
de equipos correspondiente a la optimización del sistema
con SAC para la turbina Vericor Allied.
16%
62%
8%
14%
Caldera
Turbina de gas
Intercambiadores de calor
RCE
Máquina de absorción
8%
68%
8%
16%Caldera
Turbina de gas
Intercambiadores de calor
RCE
Máquina de absorción
SAC
85
A continuación, realizamos un análisis general de la inversión mostrando para ambos
modos de funcionamiento, los valores del incremento de flujo de caja anual, del VAN, de la TIR
y del Pay-Back:
Sistema sin SAC empleando el modo de
funcionamiento mixto Sistema con SAC aplicando el algoritmo
de optimización
Incremento del flujo de caja anual (€) 0 -19.000
Incremento del VAN (€) -1.629.000 -1.562.000
Incremento de la TIR (%) - -
Incremento del Pay-Back (años) - -
Tabla 50. Análisis económico de las inversión correspondiente a la turbina Vericor Allied para ambos modos de funcionamiento y
para un nº años = 10 y un ief = 3%.
En este caso vemos como la mayor rentabilidad económica del sistema se alcanza para la
solución proporcionada el algoritmo de optimización, que es la del sistema sin SAC con la
turbina funcionando al 55,50% durante los meses de Invierno y desconectada en los de
Verano, empleando como equipo de refrigeración el RCE.
El motivo por el que, a pesar de tener un incremento de flujo de caja anual negativo, esta
solución es mejor que la proporcionada por el modo de funcionamiento mixto es que lleva
asociada una inversión inicial algo menor, debido a que emplea una caldera de menor potencia
y, por lo tanto, de menor coste inicial.
No obstante, para esta turbina la implantación del sistema de cogeneración no es
económicamente rentable.
86
11.2.2.2. Solar Saturn 20T1600
La solución proporcionada por ambos modos de funcionamiento es la del sistema sin SAC
con la turbina desconectada durante todas las horas del año, empleando como equipo de
refrigeración el RCE.
A continuación, mostramos para ambos modos de funcionamiento, los valores del
incremento de los costes de adquisición de equipos y del incremento de la inversión inicial del
sistema:
Sistema sin SAC empleando el modo de
funcionamiento mixto Sistema con SAC aplicando el algoritmo
de optimización
Incremento de los costes de adquisición de equipos (€)
1.012.000 1.012.000
Incremento de la inversión inicial (€) 2.627.000 2.627.000
Tabla 51. Análisis de la inversión inicial correspondiente a la turbina Solar Saturn 20T1600 para ambos modos de
funcionamiento.
Figura 76. Importancia relativa de los costes de adquisición de equipos para el sistema sin SAC empleando el modo de
funcionamiento mixto con dos días tipo para la turbina Solar Saturn 20T1600.
A continuación, realizamos un análisis general de la inversión mostrando para ambos
modos de funcionamiento, los valores del incremento de flujo de caja anual, del VAN, de la TIR
y del Pay-Back:
Sistema sin SAC empleando el modo de
funcionamiento mixto Sistema con SAC aplicando el algoritmo
de optimización
Incremento del flujo de caja anual (€) 0 0
Incremento del VAN (€) -2.627.000 -2.627.000
Incremento de la TIR (%) - -
Incremento del Pay-Back (años) - -
Tabla 52. Análisis económico de las inversión correspondiente a la turbina Solar Saturn 20T1600 para ambos modos de
funcionamiento y para un nº años = 10 y un ief = 3%.
Como era de esperar, el incremento de flujo de caja anual es nulo, por lo que no existe
retorno de la inversión inicial del sistema. Por lo tanto, para esta turbina la implantación de un
sistema de cogeneración no es económicamente rentable.
11%
70%
8%
11%
Caldera
Turbina de gas
Intercambiadores de calor
RCE
Máquina de absorción
SAC
87
11.2.2.3. Kawasaki
La solución proporcionada por ambos modos de funcionamiento es la del sistema sin SAC
con la turbina desconectada durante todas las horas del año, empleando como equipo de
refrigeración el RCE.
A continuación, mostramos para ambos modos de funcionamiento, los valores del
incremento de los costes de adquisición de equipos y del incremento de la inversión inicial del
sistema:
Sistema sin SAC empleando el modo de
funcionamiento mixto Sistema con SAC aplicando el algoritmo
de optimización
Incremento de los costes de adquisición de equipos (€)
2.708.000 2.708.000
Incremento de la inversión inicial (€) 6.067.000 6.067.000
Tabla 53. Análisis de la inversión inicial correspondiente a la turbina Kawasaki para ambos modos de funcionamiento.
Figura 77. Importancia relativa de los costes de adquisición de equipos para el sistema sin SAC empleando el modo de
funcionamiento mixto con dos días tipo para la turbina Kawasaki.
A continuación, realizamos un análisis general de la inversión mostrando para ambos
modos de funcionamiento, los valores del incremento de flujo de caja anual, del VAN, de la TIR
y del Pay-Back:
Sistema sin SAC empleando el modo de
funcionamiento mixto Sistema con SAC aplicando el algoritmo
de optimización
Incremento del flujo de caja anual (€) 0 0
Incremento del VAN (€) -6.067.000 -6.067.000
Incremento de la TIR (%) - -
Incremento del Pay-Back (años) - -
Tabla 54. Análisis económico de las inversión correspondiente a la turbina Kawasaki para ambos modos de funcionamiento y para
un nº años = 10 y un ief = 3%.
Como era de esperar, el incremento de flujo de caja anual es nulo, por lo que no existe
retorno de la inversión inicial del sistema. Por lo tanto, para esta turbina la implantación de un
sistema de cogeneración no es económicamente rentable.
6%
80%
9%5%
Caldera
Turbina de gas
Intercambiadores de calor
RCE
Máquina de absorción
SAC
88
11.2.3. Turbinas de gas (grupo II)
11.2.3.1. Capstone C600
En primer lugar, representamos gráficamente los grados de carga resultantes de aplicar
ambos modos de funcionamiento:
Figura 78. Grado de carga del sistema sin SAC empleando el
modo de funcionamiento mixto con 2 días tipo para la
turbina Capstone C600.
Figura 79. Grado de carga producto de la optimización del
sistema con SAC para la turbina Capstone C600.
En segundo lugar, mostramos para ambos modos de funcionamiento, el tipo de sistema de
refrigeración empleado, el valor del REE y, para el caso del sistema con SAC, el volumen que
posee dicho equipo.
Sistema sin SAC empleando el modo de
funcionamiento mixto Sistema con SAC aplicando el algoritmo
de optimización
Tipo de sistema de refrigeración Cogeneración Cogeneración
REE (%) 49,3 50,6
REElímite (%) 49 49
Volumen del SAC (m3) - 0,01
Tabla 55. Tipo de sistema de refrigeración utilizado, REE y volumen del SAC proporcionados por ambos modos de funcionamiento
y empleando la turbina Capstone C600.
En tercer lugar, mostramos para ambos modos de funcionamiento, los valores del
incremento de los costes de adquisición de equipos y del incremento de la inversión inicial del
sistema:
Sistema sin SAC empleando el modo de
funcionamiento mixto Sistema con SAC aplicando el algoritmo
de optimización
Incremento de los costes de adquisición de equipos (€)
486.000 486.000
Incremento de la inversión inicial (€) 1.088.000 1.088.000
Tabla 56. Análisis de la inversión inicial correspondiente a la turbina Capstone C600 para ambos modos de funcionamiento.
Figura 80. Importancia relativa de los costes de adquisición
de equipos para el sistema sin SAC empleando el modo de
funcionamiento mixto con dos días tipo para la turbina
Capstone C600.
Figura 81. Importancia relativa de los costes de adquisición
de equipos correspondiente a la optimización del sistema
con SAC para la turbina Capstone C600.
14%
60%
7%
19%
Caldera
Turbina de gas
Intercambiadores de calor
RCE
Máquina de absorción
14%
60%
7%
19%Caldera
Turbina de gas
Intercambiadores de calor
RCE
Máquina de absorción
SAC
89
A continuación, realizamos un análisis general de la inversión mostrando para ambos
modos de funcionamiento, los valores del incremento de flujo de caja anual, del VAN, de la TIR
y del Pay-Back.
Sistema sin SAC empleando el modo de
funcionamiento mixto Sistema con SAC aplicando el algoritmo
de optimización
Opción A Opción B Opción A Opción B
Incremento del flujo de caja anual (€) 67.000 -14.000 72.000 -6.000
Incremento del VAN (€) -516.000 -1.204.000 -476.000 -1.143.000
Incremento de la TIR (%) - - - -
Incremento del Pay-Back (años) - - - -
Tabla 57. Análisis económico de las inversión correspondiente a la turbina Capstone C600 para ambos modos de funcionamiento y
para un nº años = 10 y un ief = 3%.
En este caso vemos como la mayor rentabilidad económica del sistema se alcanza para la
solución proporcionada por el algoritmo de optimización, que es la del sistema sin SAC con la
turbina funcionando a plena carga durante los meses de Invierno y desconectada en los de
Verano, empleando como equipo de refrigeración el RCE.
El motivo por el cual la solución proporcionada por el modo de funcionamiento mixto (en
el que la turbina funciona durante algunas horas de los meses de Verano) es menos rentable
que la solución proporcionada por el algoritmo de optimización es el siguiente: el incremento
de los ingresos por la venta de electricidad no compensa el incremento de los gastos por la
compra de gas natural consumido por la turbina, por lo que el incremento del flujo de caja
anual es menor. Esto es debido al escaso margen existente entre la energía eléctrica producida
en cada hora por la turbina y la demanda de electricidad.
Cabe destacar que, tanto empleando el modo de funcionamiento mixto como aplicando el
algoritmo de optimización para el sistema con SAC, el tipo de sistema de refrigeración de uso
exclusivo de la máquina de absorción (trigeneración) proporciona unos incrementos de flujos
de caja anuales algo mayores que el de uso exclusivo del RCE. Sin embargo, dicho aumento de
los incrementos de flujos de caja anuales no compensa el aumento de la inversión inicial que
lleva asociado el empleo de la máquina de absorción y del SAC, por lo que los incrementos del
VAN proporcionados son algo menores.
A pesar de que el empleo de esta turbina proporciona incrementos de flujos de caja
anuales positivos, podemos ver como la implantación de un sistema de cogeneración no
resultaría económicamente rentable. Esto es debido al elevado coste de la inversión inicial que
lleva asociado el uso de dicha turbina.
90
Por último, representamos las gráficas correspondientes a los balances de energía eléctrica
y térmica de la solución óptima:
Figura 82. Potencia eléctrica comprada y producida para la turbina Capstone C600 empleando el modo de funcionamiento mixto
con dos días tipo para el sistema sin SAC.
Figura 83. Potencia eléctrica demandada y vendida para la turbina Capstone C600 empleando el modo de funcionamiento mixto
con dos días tipo para el sistema sin SAC.
91
Figura 84. Calor demandado, perdido en los intercambiadores y expulsado por la chimenea para la turbina Capstone C600
empleando el modo de funcionamiento mixto con dos días tipo para el sistema sin SAC.
Figura 85. Calor producido por el generador de energía y por la caldera para la turbina Capstone C600 empleando el modo de
funcionamiento mixto con dos días tipo para el sistema sin SAC.
92
11.2.3.2. Capstone C1000
En primer lugar, representamos gráficamente los grados de carga resultantes de aplicar
ambos modos de funcionamiento:
Figura 86. Grado de carga del sistema sin SAC empleando el
modo de funcionamiento mixto con 2 días tipo para la
turbina Capstone C1000.
Figura 87. Grado de carga producto de la optimización del
sistema con SAC para la turbina Capstone C1000.
En segundo lugar, mostramos para ambos modos de funcionamiento, el tipo de sistema de
refrigeración empleado, el valor del REE y, para el caso del sistema con SAC, el volumen que
posee dicho equipo.
Sistema sin SAC empleando el modo de
funcionamiento mixto Sistema con SAC aplicando el algoritmo
de optimización
Tipo de sistema de refrigeración Cogeneración Cogeneración
REE (%) 49,1 0
REElímite (%) 49 49
Volumen del SAC (m3) - 0,01
Tabla 58. Tipo de sistema de refrigeración utilizado, REE y volumen del SAC proporcionados por ambos modos de funcionamiento
y empleando la turbina Capstone C1000.
En tercer lugar, mostramos para ambos modos de funcionamiento, los valores del
incremento de los costes de adquisición de equipos y del incremento de la inversión inicial del
sistema:
Sistema sin SAC empleando el modo de
funcionamiento mixto Sistema con SAC aplicando el algoritmo
de optimización
Incremento de los costes de adquisición de equipos (€)
685.000 736.000
Incremento de la inversión inicial (€) 1.535.000 1.649.000
Tabla 59. Análisis de la inversión inicial correspondiente a la turbina Capstone C1000 para ambos modos de funcionamiento.
Figura 88. Importancia relativa de los costes de adquisición
de equipos para el sistema sin SAC empleando el modo de
funcionamiento mixto con dos días tipo para la turbina
Capstone C1000.
Figura 89. Importancia relativa de los costes de adquisición
de equipos correspondiente a la optimización del sistema
con SAC para la turbina Capstone C1000.
12%
65%
8%
15%
Caldera
Turbina de gas
Intercambiadores de calor
RCE
Máquina de absorción
16%
62%
8%
14%Caldera
Turbina de gas
Intercambiadores de calor
RCE
Máquina de absorción
SAC
93
A continuación, realizamos un análisis general de la inversión mostrando para ambos
modos de funcionamiento, los valores del incremento de flujo de caja anual, del VAN, de la TIR
y del Pay-Back.
Sistema sin SAC empleando el modo de
funcionamiento mixto Sistema con SAC aplicando el algoritmo
de optimización
Opción A Opción B Opción A Opción B
Incremento del flujo de caja anual (€) 72.000 -12.000 0
Incremento del VAN (€) -919.000 -1.639.000 -1.649.000
Incremento de la TIR (%) - - -
Incremento del Pay-Back (años) - - -
Tabla 60. Análisis económico de las inversión correspondiente a la turbina Capstone C1000 para ambos modos de funcionamiento
y para un nº años = 10 y un ief = 3%.
En este caso vemos como la mayor rentabilidad económica del sistema se alcanza para la
solución proporcionada por el modo de funcionamiento mixto, que es la del sistema sin SAC
empleando como equipo de refrigeración el RCE. Además, podemos ver como el resultado de
emplear dicho modo de funcionamiento es que la turbina tan sólo permanece conectada
durante algunas horas de los meses de Invierno.
Cabe destacar que empleando el tipo de sistema de refrigeración de uso exclusivo de la
máquina de absorción (trigeneración) la turbina puede estar funcionando a plena carga
durante un mayor número de horas, lo cual produce un aumento de los ingresos por la venta
de electricidad. Sin embargo, el hecho de que en el resto de horas debamos emplear la caldera
para satisfacer la demanda de la máquina de absorción, provoca que esta solución proporcione
incrementos de flujos de caja anuales menores, lo cual unido a que el empleo de dicho equipo
lleva asociado un aumento de la inversión inicial, conduce a que los incrementos del VAN
proporcionados sean mucho menores.
El motivo por el cual el algoritmo de optimización no proporciona una solución en la que la
turbina funcionase a un determinado grado de carga durante los meses de Invierno, es que
entonces el REE del sistema sería inferior al REElímite, a pesar de que empleásemos un SAC de
gran tamaño.
A pesar de que el empleo de esta turbina proporciona un incremento de flujo de caja anual
positivo, podemos ver como la implantación de un sistema de cogeneración no resultaría
económicamente rentable. Esto es debido al elevado coste de la inversión inicial que lleva
asociado el uso de dicha turbina.
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Por último, representamos las gráficas correspondientes a los balances de energía eléctrica
y térmica de la solución óptima:
Figura 90. Potencia eléctrica comprada y producida para la turbina Capstone C1000 empleando el modo de funcionamiento mixto
con dos días tipo para el sistema sin SAC.
Figura 91. Potencia eléctrica demandada y vendida para la turbina Capstone C1000 empleando el modo de funcionamiento mixto
con dos días tipo para el sistema sin SAC.
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Figura 92. Calor demandado, perdido en los intercambiadores y expulsado por la chimenea para la turbina Capstone C1000
empleando el modo de funcionamiento mixto con dos días tipo para el sistema sin SAC.
Figura 93. Calor producido por el generador de energía y por la caldera para la turbina Capstone C1000 empleando el modo de
funcionamiento mixto con dos días tipo para el sistema sin SAC.
