La decisión para definir si los proyectos de cogeneración son aplicables o económicamente viables depende de condiciones internas y externas. Los procesos de toma de decisiones no son lineales ni dependen únicamente de un solo proyecto o situación. Se presentan a continuación algunos de los factores determinantes más comunes entre los proyectos de cogeneración.

Evaluación de Proyectos de Cogeneración

Infraestructura

 La disponibilidad de una infraestructura energética (red de electricidad y de gas, por ejemplo) es un factor determinante en lo que respecta al diseño apropiado de proyectos de cogeneración. Las redes de gas y electricidad son mayormente utilizadas por las industrias y definen la línea base así como también la oportunidad del negocio. Los costos de la infraestructura energética y sus costos relacionados varían entre países y regiones, así como también lo hace el marco legal y los costos hacia los consumidores y operadores de red.  En resumen:

Agentes Externos

  • Acceso a la red de electricidad y gas
  • Factibilidad de expansión/conexión a la red
    • Costos
    • Coordinación de tiempo
  • Disponibilidad de biomasa o fuente de biomasa
    • Disponibilidad de madera de diseño o industria forestal dentro de 50 km
    • Planta de biogás cercana para comprar (vía cañerías o camiones). Procesos o tratamiento para la calidad del gas natural.
  • Disponibilidad de GN o GLP
    • Mercado de GN y/o GLP
    • Restricciones por limitación de transporte

Agentes Internos

  • Disponibilidad de espacio para
    • Instalación de CHP
    • Manejo de combustibles
    • Tratamiento posterior para los combustibles (como biomasa)
  • Consideraciones y restricciones Logísticas

Disponibilidad de combustible y tecnología

La infraestructura y la disponibilidad de combustible incorporan otras fuentes de energía que no son transportadas por redes, como es el carbón, los residuos de producción agrícola, residuos municipales, entre otros. Especialmente en los países emergentes donde las redes de combustibles raramente cubren un área significativa, estos combustibles alternativos se presentan como una opción prometedora que debe ser analizada. Estos tipos de combustible tienden a asociarse a riesgos de suministro. Estos riesgos incluyen la volatilidad entre suministro y escases debido a:

  • Descenso de los niveles de producción, que implica descenso en los niveles de residuo
  • Falla en las plantaciones o en la cosecha
  • Demanda incrementada por escases de recursos de biomasa
  • Incremento de precio por escases

Dependiendo del marco del proyecto de cada país, puede haber restricciones en el acceso a las tecnologías de cogeneración. La disponibilidad de tecnologías de cogeneración, incluyendo técnicos especialistas, puede ser diferente dependiendo tanto de los equipos como del estado de avance de los servicios en la cadena de valor:

  • Planificación
  • Ingeniería, adquisiciones y construcción (EPC)
  • Operación y Mantenimiento (O&M)

Uso propio y exportación de energía

Debido a las características de la tecnología, los proyectos de cogeneración requieren de gran cantidad de horas de operación anuales para generar beneficios sustanciales de la instalación de cogeneración. Es por lo anterior que la demanda interna y la capacidad de exportar energía son factores determinantes para el éxito de estas instalaciones. Es posible considerar las siguientes opciones

  • Alimentar a la red (con o sin remuneración)
  • Medición de Red (Net Metering)
  • Suministro a compradores a través de la red

El suministro a terceros mediante la red instalada puede contribuir al beneficio económico de los proyectos de cogeneración, pues el incremento de los ingresos permite la utilización de economías de escala para equipos de cogeneración de mayor tamaño. Algunas restricciones que operan en desmedro de los beneficios de la cogeneración son:

  • Cargo por transporte a través de la red (prohibitivo)
  • Cuellos de botella en la red
  • Obligación de Licencia

Filosofías de Diseño

El diseño de sistemas de cogeneración es muchas veces complejo y requiere de una planificación cuidadosa y de experiencia para ser implementado exitosamente como solución costo-efectiva.

Dependiendo de las condiciones específicas, en términos de precio de compra y otros factores determinantes, surgen dos filosofías principales de diseño: Por calor o por potencia. Ambos conceptos consideran la incorporación de instalaciones de acumulación de electricidad o calor.

El punto de partida de cada diseño de cogeneración es realizar un análisis detallado de las demandas individuales de energía y un perfil de carga además de un desarrollo prospectivo esperado.

Las filosofías de diseño para cogeneración típicamente están orientadas en la línea base de carga, de manera de aprovechar las horas en carga máxima durante su periodo de vida, de manera de minimizar el costo específico por kWh de energía producida.

Pasos del proceso de diseño de cogeneración en base a calor

Costos

Los costos de la aplicación de cogeneración dependen tanto de la unidad a instalar, el equipamiento necesario, el costo del proyecto y de la región o país en la cual será realizado, por lo que es necesario incorporar diferentes líneas base. En consecuencia, existe aún mayor dificultad en comparar el costo de los proyectos o de los componentes, como son:

  • Costos de Capital (CAPEX).
  • Costos de Financiamiento.
  • Costos de Operación y Mantención.
  • Transacciones de costo de los proyectos.
  • Costos por respaldo en caso de falta de suministro.
  • Costo de almacenamiento.
Costos de Proyectos de Cogeneración

Costos de equipos de Cogeneración

El costo de las unidades de cogeneración está relacionada con el costo de equipos y servicios, costos de instalación y puesta en marcha. Los costos varían significativamente según las tecnologías de cogeneración. Sin embargo, la lógica de economías de escala es válida para todas las tecnologías de cogeneración en términos de volumen de producción, especialmente para los motores de cogeneración.

Curva de costo de CHP a GN, según potencia (referencia, ASUE 2006)

Distribución de costo de componentes de motores a gas por capacidad

Distribución de los costos de componentes para motores de gas por capacidad

Costo del proyecto de Cogeneración

Adicionalmente al costo de los componentes y equipos, los costos de los proyectos de cogeneración incluyen todas las actividades del proyecto a lo largo de la cadena de valor, y por lo tanto incluye costos de planificación, ingeniería, construcción, operación y mantenimiento así como también los costos de diseño de elementos específicos del sistema, como las instalaciones de almacenamiento, costos de instalación de red (electricidad y calor)

Los costos pueden desglosarse según el tipo de costo.

  • Costos de capital (Planificación y equipamiento)
  • Costos de Consumo (costos de combustible)
  • Gastos de Operación y mantenimiento

A continuación se muestra una estructura de inversión estándar para un proyecto del orden de 300.000 EUR

Estructura de Costos típica para inversión en proyectos de cogeneración

Desglose de costos estándar de un proyecto de cogeneración (del orden de 300.000 EUR)

Costos de combustible y precio de la energía

El costo de los combustibles tiene un inmenso impacto en la costo-efectividad de los proyectos de cogeneración. La disponibilidad de combustible y los costos relacionados varían significativamente entre regiones, países y fuentes de abastecimiento.

Por otro lado, los proyectos más pequeños de cogeneración (pequeña y mediana escala) son determinados según las tarifas locales de las redes de gas y electricidad. Comparar estos dos precios es muchas veces crucial para determinar la costo-efectividad del proyecto.

Para muchos consumidores industriales, por ejemplo, los siguientes precios son relevantes para la evaluación de cogeneración a partir de gas.

Precios de Gas natural y electricidad en Alemania

Precios relevantes para el sector industrial de Alemania

Costos de operación y mantenimiento

Los costos de operación y mantenimiento (O&M) son clave para los proyectos de cogeneración. Los motores a gas en particular están sujetos a altos costos de mantención debido a la frecuencia de su servicio y sus intervalos de mantención.

Los costos de O&M representan gran parte de los costos, y usualmente se definen por hora de operación. Estos costos dependen directamente de la disponibilidad de personal calificado y de la presencia local de los fabricantes y sus servicios. Estos costos varían significativamente según región o país.

Los costos de O&M están dentro del 1,5% y 3% del CAPEX. Esto es considerando un contrato de mantenimiento completo, incluyendo rectificaciones, repuestos, personal, viajes, etc.

Costos de respaldo y cortes de suministro

La cogeneración provee generación eléctrica en faena, resiliente a los cortes de energía. En casos donde la los cortes de suministro eléctrico son frecuentes y restringen significativamente la confiabilidad del proceso productivo, la cogeneración mejora la seguridad del suministro y reduce el riesgo de interrupción de la producción, despreciando la necesidad de invertir adicionalmente en equipos de respaldo de energía.

Sin embargo, muchos sistemas de cogeneración mantienen su conexión a la red para abastecerse de energía suplementaria por sobre su capacidad de autogeneración y/o como sistema de respaldo durante rutinas de mantenimiento o cortes no planeados. Las tarifas de servicio (en stand-by) puede reducir significativamente el potencial de reducción de costos de la cogeneración.

Costos de transacción e implementación de proyecto

Para asegurar el éxito de los proyectos de cogeneración es necesario tener experiencia y pericia en ingeniería con un profundo entendimiento del diseño técnico. Es igual de importante tener conocimiento específico en temas legales y de requerimientos normativos.

El diseño y la implementación técnica de tecnologías de cogeneración dentro de una infraestructura de energía dada es una materia compleja. Esto causa costos significativos de transacción puesto que la planificación e ingeniería requieren de soporte externo, ingenieros capaces y compañías especializadas en estos temas. La planificación y las transacciones relacionadas pueden ser tan altas como el 10-20% del CAPEX.

Los costos de transacción varían sustancialmente dependiendo de la complejidad de la operación, y es determinado por varios factores, entre ellos:

  • Financiamiento: Los costos de transacción asociados al financiamiento son determinados por:
    • Auto-financiamiento o por deuda
    • Disponibilidad de subsidios
    • Aplicabilidad de modelos ESCO/PPP
  • Licencias: Los costos de transacción relacionados con licencias dependen principalmente del combustible, tamaño, ubicación y tecnología. Las licencias (permisos) para generación de electricidad deben ser estudiadas tempranamente, ya que de esto puede depender el tamaño de los equipos.

Esquemas de financiamiento y promoción

La promoción de cogeneración durante la fase de proyecto puede resultar en un incremento del apoyo institucional como de agencias de energía e instituciones públicas. La promoción de cogeneración puede llevarse a cabo mediante:

  • Apoyo relacionado a Investigación y Desarrollo (I+D) y colaboración internacional
  • Promoción de los proyectos piloto
  • Integración de las lecciones aprendidas en los proyectos piloto en los planes de desarrollo de infraestructura.

Estas acciones permiten ampliar las oportunidades de financiamiento y contribuir a mejorar la viabilidad económica de los proyectos, por ejemplo, disminuyendo los periodos de recuperación de la inversión. Dentro del contexto internacional, la construcción de capacidad así como también la creación de mercado y desarrollo de tecnologías de cogeneración y trigeneración, pueden ser apoyadas por agencias de cooperación bilateral y multilateral, como es  la Cooperación Alemana Internacional (GIZ).

ESCOs y contrataciones

ESCO es usado ampliamente como abreviación para las compañías que ofrecen servicios relacionados a la energía. En un sentido más amplio, implica tres tipos de prestadores de servicio:

  • Consultoría: Prestadores de servicio como Auditorías energéticas, ingenierías de planificación, expertos certificados en medición y verificación, contadores, abogados y otros que básicamente prestan servicios de consultoría.
  • Proveedores de Tecnología de eficiencia energética en equipos (iluminación, energía solar, cogeneración) o softwares (contabilidad o gestión energética) y la operación y mantenimiento relacionadas.
  • ESCOs que proveen contratos basados en desempeño energético (Categorizadas como ESCOs o Servicios de Eficiencia energética y venta de energía).

La disponibilidad de servicios ESCO depende los mercados locales de energía y de cogeneración y, por ende, de la presencia de ESCOs especializadas que ofrezcan esos servicios. El modelo de ESCO para implementación de cogeneración es la mejor manera de mitigar riesgos, ya que las inversiones de capital son usualmente realizadas por la empresa que presta los servicios (contratista). Los riesgos de planificación, instalación, operación y mantenimiento, así como también la incertidumbre de la variación del precio de la electricidad y combustible, son responsabilidad del contratista por cierto periodo de tiempo, típicamente entre 10 y 15 años.

Para financiar estas instalaciones, el contratista obtiene fondos de financiamiento, los cuales usualmente son más fáciles de obtener que para una empresa pequeña o mediana. Por otro lado, el cliente es requerido de comprar cierta cantidad de energía a un precio fijo definido en el contrato, durante el periodo del contrato. El contratista usualmente maneja la planta de cogeneración y abastece al cliente con la cantidad de energía definida en el contrato y al costo definido en el contrato. El beneficio para las ESCO es obtenido por el potencial de ahorro de energía durante el periodo de duración del contrato, mientras siga recibiendo el pago completo del costo energético del cliente.

Modelo esquemático de modelo ESCO de suministro de energía

Esquema de un modelo de abastecimiento energético ESCO

Análisis económico de proyectos

A pesar de depender de las condiciones del marco energético, los proyectos de cogeneración generalmente se benefician de tarifas eléctricas altas (y desajustadas), cuando la autogeneración es normalmente menos costosa que la electricidad de la red. Una gran dispersión de precios de electricidad y combustible mejora significativamente el atractivo económico de la cogeneración.

A nivel de proyecto, el potencial de co/trigeneración es caracterizado por:

  • Disponibilidad de combustible
  • Combustibles alternativos
  • Tamaño del proyecto

Sin embargo, las inversiones en co/trigeneración están también enfrentadas a riesgos técnicos y económicos, los cuales necesitan ser evaluados para realizar una evaluación económica y llevar a cabo una apropiada implementación de los proyectos.