VI Jornadas de Ingeniería Termodinámica, Córdoba, Junio 2009

ANÁLISIS AMBIENTAL DE UN SISTEMA SIMPLE DE TRIGENERACIÓN M. Carvalho*, L. M. Serra, M. A. Lozano * GITSE-I3A, Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad de Zaragoza CPS Ingenieros (Ed. Betancourt), María de Luna 3, 50018 Zaragoza, España [email protected] Resumen: La necesidad de reducir los impactos ambientales crecientes asociados a las actividades de la sociedad moderna, requiere que el diseño de plantas considere aspectos medioambientales, como son el consumo de recursos naturales, la emisión de gases de efecto invernadero (GEI) o, en general, impactos ambientales globales. Se ha incorporado información ambiental en un modelo de programación lineal entera que incluye emisiones e impactos ambientales globales asociados a la producción de los equipos y a los recursos consumidos durante la operación del sistema. La información ambiental se ha obtenido al aplicar técnicas de Análisis de Ciclo de Vida (ACV). La resolución del modelo presenta la configuración y operación óptimas del sistema que va a ser instalado, considerando demandas específicas de un centro consumidor (un hospital ubicado en Zaragoza) a partir de una superestructura inicial que contiene un conjunto variado de alternativas razonables posibles. La función objetivo a minimizar que ha permitido obtener la configuración óptima desde un punto de vista ambiental ha considerado la Puntuación Única del Eco indicador-99 y los kilogramos de CO2 emitidos. Se ha considerado también en el análisis el precio de los recursos energéticos, el precio y amortización de los equipos, las opciones de venta de la electricidad autogenerada a la red, y la posibilidad que el sistema ayude a mitigar el cambio climático (a través de emisiones evitadas). Se han analizado diferentes escenarios de producción de electricidad variando el origen de la electricidad producida. Se ha observado que la instalación de trigeneración depende fuertemente del impacto ambiental asociado al abastecimiento local de electricidad, resultando interesante la instalación de módulos de cogeneración y enfriadoras de absorción sólo cuando la electricidad local depende en gran medida del carbón. Palabras clave: Trigeneración en edificios, Impacto Ambiental, CO2, Eco indicador-99, optimización, Análisis de Ciclo de Vida (ACV), programación lineal entera.

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1.

INTRODUCCIÓN

La consideración del medio ambiente como un factor de diseño adicional es una demanda creciente debido al aumento de la conciencia medioambiental y a la exigencia de reducir el impacto ambiental. Para ello es necesario que se establezcan herramientas de diseño adecuadas. En este sentido, el Análisis de Ciclo de Vida (ACV) es una técnica que proporciona una perspectiva global de las cargas ambientales (Guineé, 2002). El ACV es un proceso objetivo para evaluar las cargas ambientales asociadas con un producto, proceso o actividad, identificando y cuantificando los flujos de materia y energía así como las emisiones al medio ambiente. El ACV también determina el impacto asociado al uso de recursos y generación de emisiones, permitiendo evaluar y diseñar estrategias de mejora ambiental. Otras aplicaciones son la identificación de etapas de procesos industriales que provocan mayor impacto ambiental y necesitan perfeccionamiento o la comparación de sistemas, procesos, servicios, y productos alternativos (Jacobo, 2004). El ACV puede entonces ser utilizado como una herramienta de diseño ambiental, y es una metodología adecuada para evaluar diferentes alternativas para el mismo problema, seleccionando la más favorable desde un punto de vista medioambiental. De acuerdo con el Panel Intergubernamental para el Cambio Climático (IPCC, 2007), desde la época preindustrial, las emisiones crecientes de gases de efecto invernadero (GEI) debidas a la actividad humana han llevado a un aumento considerable (en proporciones diferentes) en las concentraciones atmosféricas de los GEI dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), óxido nitroso (N2O), perfluorocarbonos (PFC), hidrofluorocarbonos (HFC), hexafluoruro de azufre (SF6), hidroclorofluorocarbonos (HCFC), y sustancias que reducen la capa de ozono. Las actividades humanas que contribuyen al cambio climático incluyen la combustión de combustibles fósiles, carbón, petróleo, o gas natural, para la producción de energía utilizada en transporte, industria, calefacción, climatización, generación de electricidad, y otras aplicaciones. Desde 1993, la Directiva 93/76/EEC (relativa a la limitación de las emisiones de dióxido de carbono mediante la mejora de la eficiencia energética) ha reconocido explícitamente la importancia de los edificios como emisores de CO2. El cambio gradual hacia una economía de servicios y las nuevas instalaciones para confort térmico están aumentando considerablemente los consumos de energía en los edificios y sus emisiones. Según la Directiva 2002/91/CE, relativa a la eficiencia energética de los edificios, más del 40% de la demanda de energía final en la UE tiene lugar en el sector residencial-comercial. Esta directiva establece que “En los edificios nuevos con una superficie útil total de más de 1000 m2, los Estados miembros velarán por que la viabilidad técnica, medioambiental y económica de sistemas alternativos como […] la cogeneración [...] se consideren y se tengan en cuenta antes de que se inicie la construcción.” La Directiva 2004/8/CE, relativa al fomento de la cogeneración discrimina positivamente a los sistemas de microcogeneración ( PreConsultants, 2009, “Life Cycle Inventory Databases”. 18 Mar. 2009. . Rogner, H.-H. et al., 2007, “Introduction”. In Climate Change 2007: Mitigation. Contribution of Working Group III to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [B. Metz, O.R. Davidson, P.R. Bosch, R. Dave, L.A. Meyer (eds)], Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA. RD 616/2007 sobre el fomento de la cogeneración, 2007. Boletín Oficial del Estado, 12.05.2007, p. 20605-20609. RD 1634/2006, por el que se establece la tarifa eléctrica a partir de 1 de enero de 2007. 29.12.2006, pp. 46656-46672. RD 661/2007, por el que se regula la actividad de producción de energía eléctrica en régimen especial. 25.05.2007, pp. 22846-22886.

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