Estado del arte de microrredes basadas en energías renovables y motores Stirling

Abstract

El aumento de la población producido en las últimas décadas, así como el creciente desarrollo económico de la mayoría de países, han llevado ligado un aumento de las emisiones contaminantes, principalmente causadas por la quema de combustibles fósiles. Mejorar la eficiencia energética de los sistemas de generación que alimentan los edificios residenciales surge como una solución ante esta situación, ya que una mayor eficiencia energética se traduce en un mejor aprovechamiento de los recursos, reduciendo las emisiones producidas para la misma energía producida. Teniendo esto en cuenta, se propone el uso de la cogeneración en microrredes residenciales, puesto que aprovecha lo que en la generación convencional de electricidad serían pérdidas para aportar calor a la vivienda, y evita las pérdidas producidas en el transporte al generar la energía en el punto de consumo. Además, se hace interesante el uso de fuentes renovables para eliminar las emisiones contaminantes. De entre todas las tecnologías disponibles, el motor Stirling ha sido históricamente elegido como la mejor opción para la cogeneración a pequeña escala por sus diferentes ventajas, entre las cuales destaca la posibilidad de emplear fuentes de energía renovable. La historia de los motores Stirling hacen ver la gran variedad de configuraciones existentes hoy en día. Además, la correcta elección de una configuración concreta en según qué aplicaciones se hace relevante, pues las ventajas de cada configuración son más aprovechables en función de diferentes parámetros. También, existe una gran variedad de posibilidades para configurar las microrredes teniendo en cuenta los elementos a emplear y las demandas energéticas a cubrir, aunque principalmente se pueden diferenciar los sistemas convencionales, los de micro-cogeneración, los sistemas híbridos y los de micro-trigeneración. Por otro lado, a pesar de no existir un registro de las instalaciones de microrredes basadas en motores Stirling, los datos conocidos dejan ver que la elección de este tipo de instalaciones depende de numerosos factores como la localización geográfica. Los diferentes estudios sobre microrredes basadas en motores Stirling que se han realizado a lo largo de la historia han comprendido análisis del desempeño, estudios comparativos, experimentos de campo, etcétera. Gracias a todos ellos, se hace visible la posibilidad de alcanzar el objetivo de disminuir las emisiones contaminantes en el abastecimiento de energía eléctrica y térmica de la vivienda. No obstante, para que este tipo de tecnología sea viable económicamente, es necesario reducir su alta inversión inicial a base de mejorar los diseños para adaptarlos a la fabricación en serie y/o dotarlos de ayudas gubernamentales que fomenten el uso de sistemas de alta eficiencia energética. Esta última reflexión se observa también al analizar la historia de los fabricantes de sistemas de microcogeneración basados en motores Stirling, ya que la mayoría de ellos han cesado sus actividades o han modificado su objetivo de mercado. Por tanto, hoy en día tan solo se pueden encontrar algunos modelos disponibles de esta tecnología, además no todos pueden ser alimentados por energías renovables.

The incrising population and improving economics of most countries have been accompanied by an arising pollutant emission levels, mainly caused by burning fossil fuels. In that way, improving energy efficiency of residential supply systems could be a solution against this situation, as the energy effiency means a better use of primary resources, reducing emissions for a same amount of energy produced. Taking this into account, the use of Combined Heat and Power (CHP) in microgrids is proposed, because it uses thermal losses of conventional production of electricity in order to provide heat to a load, and it avoids transport losses by producing energy in the consumption point. Furthermore, the use of renewable sources is interesting so that the pollutant emissions could be eliminated. Among all available technologies, Stirling engine has been chosen in history as the best option for small scale CHP because of its different advantages, where the posibility of renewable sources usage highlights. History of Stirling engines shows the great assortment of existing configuration nowadays. Moreover, the right election of a particular sort of engine for determinated applications makes relevant, as the advantages of each configuration are more suitable for some parameters or anothers. There is a great amount of possibilities in microgrids configuration depending on their elements and the energy demands to cover, altough they can be mainly classified as conventional, micro-CHP, hybrid and micro-Combined Cooled Heat and Power (CCHP). On the other hand, despite a record of microgrids based on Stirling engines is non-existent, the available data shows that the choice of this kind of facilities depends on many factors as the geographic location. The different studies about microgrids based on Stirling engines carried on troughout history have included performance analysis, comparative studies, field experiments and so on. Due all of them, the possibility of reaching the objective of decreasing pollutant emissions in electric and thermal supply of the dwelling is noticeable. Nevertheless, in order to make this technology economically viable, reducing its initial investment is necessary, by improving their designs to make them suitable for mass production and/or providing them with government aid that encourages the use of high energy efficiency systems. This last though is also noticeable when the history of micro-CHP based on Stirling engine systems manufacturers is analyzed, because most of them have ceased their activities or have modified their market target. Therefore, nowadays it can be found only some available models of this technology, and not all of them can be fed by renewable sources.