Comunicación presentada al I Congreso Edificios Inteligentes:
Autores
- Teodoro García-Egea, Universidad Católica San Antonio de Murcia
- Ángel Molina García, Universidad Politécnica de Cartagena
- José Miguel Paredes Parra, Centro Tecnológico de la Energía y el Medio Ambiente de la Región de Murcia
Resumen
El principal objetivo de esta ponencia es la presentación de un caso práctico de integración eficiente de energías renovables dentro de un entorno industrial. Con ello se pretende ofrecer una solución basada en recursos naturales con la finalidad de reducir las emisiones de CO2 y atenuar las necesidades de demanda eléctrica en uno de los sectores que ha experimentado un mayor crecimiento en estos últimos 50 años, como es el sector industrial. Con este escenario, el caso práctico aquí presentado se basa en la integración de una planta fotovoltaica en edificios industriales situados en el Polígono de Los Camachos (Cartagena). Aprovechando el abundante recurso solar que ofrece la zona, también se ha incorporado una máquina de absorción para refrigeración de cámaras frigoríficas, con el fin de aliviar las necesidades energéticas de climatización que posee el proceso industrial motivo de estudio. Este caso práctico se encuentra financiado por la Unión Europea dentro del programa LIFE+, con referencia LIFE-11-ENV-ES-542.
Introducción
Todo el sector industrial, y especialmente las empresas relacionadas con procesos de fabricación y almacenamiento, están exigiendo cada vez más la implantación de sistemas eficientes con los que aportar frio/calor, ventilación, iluminación y condiciones ambientales particulares de cada caso. Así pues, es relativamente habitual encontrarnos con grandes edificios industriales que presentan una más que considerable demanda energética, en ocasiones con severas restricciones de temperatura y humedad, que han de cumplir incluso en horas pico de consumo eléctrico. Además, en los polígonos industriales se combinan a estas necesidades las propias y especiales de cada entorno, lo que conlleva una evidente necesidad de aliviar las demandas energéticas globales y un mayor aprovechamiento de los recursos propios de cada zona. Bajo este escenario, las nuevas tecnologías emergentes de aprovechamiento de recursos renovables y aumento de eficiencia energética pueden ofrecer un notable impacto en el corto plazo, y jugar un papel importante hacia un sistema energético sostenible en este siglo XXI.
Ha de tenerse en cuenta que el sector industrial es el que más ha crecido en los últimos cincuenta años. A modo de ejemplo, en España hay más de 4.800 polígonos industriales, con una superficie terrestre de unos 1.200 km2 y englobando más de 200.000 edificios industriales y de oficinas, siendo la superficie terrestre del parque industrial de alrededor de 11.000 km2. En cuanto a la demanda energética, el sector industrial representa alrededor del 27% de la demanda mundial de energía, con un montante equivalente de emisiones de alrededor de 160 MTon CO2/año. Antes estas cifras, resulta evidente y necesario la búsqueda de nuevas formas con las que cubrir la incesante demanda energética y al mismo tiempo reducir en la medida de lo posible las emisiones generadas por este sector. En este sentido, y como ejemplos de la integración de las energías renovables, [Valentini2008] propone plantas de energía fotovoltaica como una nueva fuente crucial, mientras que [Wan2005] analiza los efectos útiles de los parques eólicos en los operadores del sistema eléctrico, mostrando que las fluctuaciones de demanda eléctrica incluso pueden provocar mayores oscilaciones en el sistema eléctrico que las debidas propiamente a fluctuaciones de viento. Otros autores sugieren que los consumidores deben ser también considerados como parte activa del sistema eléctrico, dándole a éstos la capacidad de tomar decisiones y modificaciones en sus curvas de consumo que favorezcan no sólo la disminución de su demanda, sino también la gestión integral y eficiente del propio sistema eléctrico [Kirschen2008].
Sin embargo, la mayoría de los edificios industriales y los propios polígonos industriales no suelen estar diseñados teniendo como premisas las relacionadas con el medio ambiente, sino más bien se rigen por criterios de tipo fundamentalmente económico. Otro de los hándicap que suele aparecer es que en muchos casos los edificios industriales se encuentran en régimen de alquiler, y los propietarios lógicamente tratan de reducir los costos y aumentar la rentabilidad, lo que suele ir en sentido contrario de las inversiones relacionadas con nuevas soluciones de eficiencia energética. Todos estos aspectos, junto con otros de tipo histórico y tradicional, hacen que la participación activa en los mercados de la electricidad por el lado de la demanda sea mínima, tal y como se describe en [Kueck2001]. No obstante, hay una gran necesidad de aumentar la participación de estos clientes en los mercados para mejorar la fiabilidad del sistema y reducir la volatilidad de los precios. Al mismo tiempo, las soluciones que se propongan deben ser bien acogidas por el sector industrial, con el fin de reducir la demanda de electricidad y las emisiones de CO2. A este respecto, existen también compromisos de la Unión Europea (20-20-20) que van en esta misma línea, presentando una clara preocupación por la situación actual de los polígonos industriales, la cual puede verse agravada por los efectos del cambio climático. Teniendo en cuenta esta situación y las necesidades futuras de los parques industriales, la presente ponencia presenta una experiencia global de integración de energías renovables en entornos industriales. En concreto, se presentarán resultados acerca de la integración de una planta fotovoltaica de 100 k en un proceso industrial real, junto con un sistema de refrigeración por ciclo de absorción, compaginando ambos recursos cuya fuente es común: la energía solar. Igualmente, la presente ponencia también recoge las reducciones estimadas de CO2 con la integración de esta fuente renovable.
El Proyecto Enering LIFE+
Antecedentes: Eficiencia energética en polígonos industriales
En la actualidad, dentro del entorno industrial y más concretamente de los polígonos industriales, está surgiendo el concepto de polígonos eco-industriales, con la consecuente aparición de requisitos relacionados con este tipo de nuevas instalaciones. A esta iniciativa se encuentra ligada la incorporación de plantas de energía fotovoltaica en los procesos industriales, con el fin de aliviar la demanda energética de este sector.
Es necesario señalar que aproximadamente 75 polígonos eco-industriales, ya han surgido en Europa, América del Norte, China, el sudeste de Asia y Australia. En este sentido, existen numerosas contribuciones sobre el porqué y el cómo de los polígonos eco-industriales. Sin embargo, la gran mayoría de estas iniciativas están vinculadas a un determinado proyecto, sin que estén interrelacionadas en su conjunto. A modo de ejemplo, en España las administraciones públicas están promoviendo ideas para facilitar la introducción de nuevos materiales sostenibles para reducir de las emisiones nocivas.
Sin embargo, esta iniciativa ha sido poco desarrollada y extendida a nivel global, debido a una falta de conocimiento por gran parte del sector. Además, muchos de los polígonos ya existentes fueron construidos antes de los años 80, y necesitarían de una reforma integral enorme, ya que presentan en general muy baja eficiencia energética. En otros países de Europa se pueden encontrar ejemplos recientes de interés y preocupación por la sostenibilidad y la dependencia energética. Así, en Austria han sido promovidas por la administración pública una serie de actividades destinadas a aumentar la eficiencia energética en los edificios industriales: asesoramiento energético para los edificios industriales y también estrictos requisitos legales para los nuevos edificios. Sin embargo, su cuota de penetración en el sector sigue siendo muy pequeña, a pesar de que presentan un alto potencial para la adaptación y el aumento de la eficiencia energética.
Francia también ha dado ya un primer paso hacia la eficiencia energética en polígonos industriales, con la creación en 2007 del Bâtiment Basse Consummation: construcciones de bajo consumo con menos de 50 kWEp/m2 y año , que está destinado a convertirse en un rendimiento mínimo obligatorio en 2013 , bajo el nombre de ‘BBC 2012’. Por su parte, el gobierno del Reino Unido se ha comprometido a reducir las emisiones de CO2 en un 80 % en 2050, y ha presentado el Plan de Transición de bajas emisiones de carbono para reducir las emisiones en un 34% en 2020 respecto a 1990.
Al margen de las nuevas necesidades energéticas emergentes en los polígonos industriales, la certificación de los procesos de edificios está emergiendo de forma considerable. Sin embargo, parece estar lejos de alcanzar todo su potencial. Sería necesario adoptar medidas complementarias así como acompañarlas de incentivos financieros. Otro catalizador destacable de estas acciones son los edificios inteligentes desde el punto de vista de la eficiencia energética, al tiempo que sirven de bastión para estrategias de marketing y comunicación de las empresas. Por todo ello, la elaboración de directrices y métodos generales para impulsar la eficiencia energética avanzada en el sector terciario en general y en los polígonos industriales en particular estamos convencidos que tendría un impacto muy relevante en el contexto actual de la industria.
Descripción General del Proyecto
El objetivo general de este proyecto se basa en la integración eficiente y coordinada de soluciones ambientales racionales y económicamente viables para reducir las emisiones de CO2 en los polígonos industriales. En concreto, el proyecto se desarrolla en el polígono industrial de Los Camachos (37.635781,-0.90384), en Cartagena, donde la empresa Diego Zamora SL ha establecido sus nuevas instalaciones dedicadas a la producción y almacenamiento de licores. En esta zona situada en la parte sureste de la Región de Murcia, los valores de radiación solar ofrecen estimaciones relevantes como fuente alternativa de generación de energía. La Figura 1 muestra una visión general de las nuevas instalaciones de Diego Zamora SL, así como el rótulo identificativo del proyecto Enering.
En cuanto a las instalaciones, se ha incorporado una planta fotovoltaica de 100 kWp con el que cubrir parte de la demanda eléctrica. Adicionalmente, y con el objetivo de cubrir las necesidades de refrigeración durante la fermentación y maceración en frío de los licores, se ha añadido un sistema basado en máquina de absorción. Esta enfriadora es responsable de la regulación de la temperatura interior de las cámaras refrigeradoras, las cuales presentan una importante cuota de demanda eléctrica. La máquina seleccionada en una ThermaxLT10 con 352 kW de capacidad de refrigeración y un flujo de agua nominal de 55 m3/ h para el circuito de refrigeración [Thermax]. La Figura 2 muestra el sistema de refrigeración por absorción a su llegada a las instalaciones.
Resultados
Para una integración eficiente de la energía solar como fuente generadora de energía eléctrica, siempre es deseable encontrar una buena correlación entre la demanda pico del consumidor y la producción de energía solar. A este respecto, algunos autores sugieren que esta característica es relativamente baja en la Unión Europea, en gran parte debido a que la energía solar fotovoltaica se ha instalado mayoritariamente en países donde su generación es mínima o nula cuando la demanda de electricidad está en sus horas pico; y sin embargo es mayor en la India y Japón, donde existe una buena correlación entre la demanda pico de electricidad y la producción de energía solar fotovoltaica [IEA2012]. En el presente caso de estudio, sí se ha encontrado una notable correlación entre la generación fotovoltaica y los perfiles pico de demanda de potencia, como se puede ver en la Figura 3, donde se han superpuesto diferentes curvas de radiación con el perfil de demanda tipo de las instalaciones estudiadas. Suponiendo un pico de demanda máxima de potencia cerca de 200 kW, es posible reducir en un 40% las necesidades de energía, disminuyendo considerablemente el pico de demanda de potencia. Más aún, si tenemos en cuenta los dos sistemas basados en el recurso solar, el objetivo principal de este proyecto demostrativo se basa en la reducción del 85% de la energía global actualmente requerida por el proceso de fabricación, incluyendo las etapas de fermentación y maceración refrigeradas. De esta manera, las necesidades de demanda de potencia implicarían mayoritariamente edificios de oficinas, como puede verse en la Figura 3, donde tanto el global de demanda de potencia como el correspondiente a oficinas se comparan para un perfil de demanda tipo. Así pues, si asumimos una demanda promedio de energía diaria en torno a 2,5 MWh, esto supondría más de 750 MWh por año. Además, las reducciones de demanda pueden incluso ser más relevantes en las horas pico y los meses estivales, coincidiendo el período donde el sistema es más productivo con las demandas de energía más altas. En términos de ahorro de CO2, y considerando una producción de CO2 de 0,523 kg/kWh, se estima que la solución propuesta podría ahorrar entre 250 y 300 toneladas de CO2/año. Finalmente, indicar que las iniciativas aquí recogidas están en la línea marcada de edificios de energía cero, promovida y presentada por varios investigadores y servicios públicos tanto canadienses y como europeos.
Conclusiones
Un proyecto demostrativo financiado por la Unión Europea con el objetivo de ofrecer un ejemplo real de integración de fuentes renovables en los parques industriales se ha descrito en la presente ponencia. Este proyecto, denominado Enering, proporciona una solución global que involucra recursos solares para disminuir considerablemente la energía demandada por las instalaciones industriales ubicadas en el sureste de España.
Una planta fotovoltaica de 100 kWp y un sistema de refrigeración por absorción se han integrado eficazmente con el fin de reducir las necesidades energéticas y las emisiones de CO2 de una planta de fabricación y almacenamiento de licores. El sistema de absorción permite cubrir las necesidades de refrigeración de los procesos de fermentación y maceración en frío, siendo responsable de la regulación de la temperatura ambiente interior, con un total de 352 kW de capacidad de refrigeración.
Esta solución podría hacerse extensible a otros sectores económicos e industriales, sobre todo aquéllos que presenten características similares de energía y requerimientos térmicos, incluyendo el acondicionamiento de grandes espacios o edificios y almacenes con altas necesidades de refrigeración/calefacción.
Agradecimientos
Los autores desean mostrar su agradecimiento a Diego Zamora SL, por su apoyo y colaboración en este proyecto, financiado por la Unión Europea dentro del programa LIFE+ con Referencia LIFE-11-ENV-ES-542.
Referencias
- Diego Zamora SL
- Enering: Proyecto Europeo financiado dentro del Programa Life+.
- International Energy Agency (IEA2012), World Energy Outlook 2012, Renewable Energy Outlook, Capítulo 7.
- Kirschen, 2008, Demand-Side View of Electricity Markets, IEEE Trans. on Power Systems, vo. 18(2), pp. 520–527.
- Kueck et. al, 2001, Load as a Reliability Resource in Restructured Electricity Markets, Technical Report Ref. ORNL/TM2001/97.
- Thermax, Sustainable Energy & Environment.
- Valentini, et. al, 2008, A new passive islanding detection method for grid connected PV inverters, International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion, Ischia, Italia.
- Wan & Liao, 2005, Analyses of Wind Energy Impact on WFEC System Operations, Technical Report Ref. NREL/TP-500-37851.