Calor residual de la cogeneración en planta de biogás: balance, estacionalidad y formas de aprovechamiento

Un grupo de cogeneración con una potencia eléctrica de aproximadamente 500 kW genera simultáneamente entre 500 y 600 kW de potencia térmica, parte de la cual consume la propia planta de biogás para calentar las cámaras, la higienización y los edificios. El excedente presenta una fuerte estacionalidad —en verano queda la mayor parte, mientras que en invierno solo un pequeño porcentaje— y es la adaptación del consumidor a este perfil lo que determina su rentabilidad. El aprovechamiento del calor eleva la eficiencia global de la instalación desde aproximadamente el 40 % hasta cerca del 85–90 %.

Origen del calor

El calor se recupera de varios circuitos: el refrigeración de la camisa y el aceite (temperatura del agua de 80–90 °C), el intercambiador de gases de escape (hasta varios cientos de °C a la entrada, enfriados hasta aproximadamente 120–150 °C) y, en algunos sistemas, de la refrigeración de la mezcla. El sistema hidráulico suele integrar estas fuentes en un único circuito de agua caliente con un depósito de acumulación.

Consumo propio de calor

El calentamiento de los sustratos y el mantenimiento de la temperatura en las cámaras dependen de la temperatura ambiente, el aislamiento, el tamaño de la dosis y su temperatura.

Ejemplo simplificado: una dosis de 65 m³/d a una temperatura de entrada de 10 °C, calentada hasta 40 °C, requiere aproximadamente 65 000 kg × 4,18 kJ/(kg·K) × 30 K ≈ 8,15 GJ/d, es decir, unos 2 260 kWh/d (unos 94 kW de media). A esto se suman las pérdidas a través de las paredes y el techo de las cámaras —por ejemplo, entre 30 y 100 kW, dependiendo del aislamiento y la época del año—. En total, entre 120 y 200 kW en invierno y unos 80–120 kW en verano. En sistemas con higienización (70 °C durante 1 hora) se añade una demanda adicional, que puede reducirse mediante recuperación de calor.

Balance estacional

Supuestos: grupo de 500 kW eléctricos, potencia térmica de 560 kW, disponibilidad de 8 000 h/año.

El excedente anual ronda los 3,3 GWh de calor (una media de unos 410 kW × 8 000 h; el rango estacional de 360–460 kW da entre 2,9 y 3,7 GWh). Por tanto, el consumidor debe absorber varios cientos de kW durante todo el año para aprovechar el potencial.

Opciones de aprovechamiento

Criterios para evaluar el proyecto

1. Perfil de consumo de calor del cliente a lo largo del año (horario, si es posible).
2. Distancia y coste de transporte: fórmula orientativa —las pérdidas de la red dependen del aislamiento, el diámetro y la temperatura.
3. Temperatura requerida por el consumidor: una temperatura más alta dificulta el aprovechamiento del calor procedente de la refrigeración del motor.
4. Disposición del consumidor a firmar un contrato a largo plazo.
5. Aspectos legales y formales (concesiones, tarifas, autorizaciones) —consulte la normativa vigente para su caso.
6. Período simple de retorno: ingresos anuales por el calor frente a la inversión.

Buenas prácticas técnicas

• Un depósito de acumulación de calor (depósito buffer) suaviza los picos de demanda y permite que el motor funcione en régimen estable.
• Los radiadores de emergencia (radiadores secos) protegen contra el sobrecalentamiento cuando el consumidor no demanda calor, pero solo deben considerarse como medida de seguridad, no como solución de aprovechamiento.
• Los contadores de calor a ambos lados permiten documentar la eficiencia.
• Mantenga limpios los intercambiadores de calor de los gases de escape: los depósitos reducen la recuperación de calor y aumentan el riesgo de corrosión a baja temperatura.

Errores típicos

• Diseñar para la potencia máxima en lugar de para la demanda media,
• No tener en cuenta el calor propio en el balance,
• Contratos sin cláusula de consumo mínimo,
• Descuidar el aislamiento de las tuberías,
• Calcular solo los ingresos, sin considerar los costes de mantenimiento de la red.

Los mejores proyectos cuentan con uno o dos consumidores estables anuales (por ejemplo, una planta de procesamiento, una secadora, un invernadero), mientras que el calor invernal de la red local se considera un complemento. El aprovechamiento del calor debe verificarse mediante mediciones reales, no solo con supuestos de diseño.

Ejemplo de evaluación de un proyecto de venta de calor

Supongamos un consumidor (por ejemplo, una planta de procesamiento) que demanda de forma constante 250 kW durante 8 000 horas al año, es decir, 2 000 MWh. Una tubería de 600 m de longitud cuesta (hipotéticamente) varios cientos de miles de euros, y las pérdidas de calor en la red ascienden a un pequeño porcentaje. Si el precio del calor en el contrato es de X €/MWh, el ingreso anual será de 2 000·X. Para X = 150 €/MWh, esto supone 300 000 € al año. El período de retorno resulta de comparar la inversión con los ingresos, una vez deducidos los costes de mantenimiento. Este sencillo cálculo muestra rápidamente si el proyecto tiene sentido. El valor de X y los costes de la tubería deben sustituirse por ofertas reales.

Función de los depósitos de acumulación y el control

Un depósito de acumulación con una capacidad de varias decenas de m³ permite compensar las variaciones en la demanda y evitar el arranque frecuente de los radiadores de emergencia. Un sistema de regulación bien configurado dirige el calor primero a las necesidades del proceso, luego a los consumidores externos y, por último, el excedente a los radiadores.