La cogeneración se refiere a la producción simultánea de electricidad y calor, nuestras dos grandes necesidades energéticas básicas. Los beneficios de estas tecnologías son múltiples:
Es un 40% más eficiente que producir electricidad y calor por separado.
Unido a este ahorro energético, las emisiones de CO2 y los costes de generación son menores.
Puede aprovechar recursos renovables como la biomasa y el biogás.
Mejora la seguridad del sistema, ya que permite generar la cantidad necesaria de electricidad y calor y absorber la variabilidad implícita de la generación renovable procedente de eólica y solar.
Los costes de transporte y distribución son reducidos, ya que generalmente la energía se consume en el mismo sitio en el que se produce.
Además de que la cogeneración tiene como objetivo cubrir las necesidades energéticas propias, podemos observar que, según el Informe del Sistema El´éctrico Español elaborado por Red Eléctrica de España correspondiente a 2019, es capaz de cubrir casi un 12% de la demanda española con solo un 5% de participación en la potencia instalada nacional. A nivel europeo, la cogeneración proporciona un 11% de la electricidad consumida y un 15% del calor.
También la Comisión Europea reconoce la necesidad de la presencia de la cogeneración en el sistema energético, citando en la Directiva de Eficiencia Energética que «la cogeneración de alta eficiencia tienen un potencial significativo para ahorrar energía primaria en la Unión» y la necesidad de que «los estados miembros fomenten la introducción de medidas y procedimientos para promover las instalaciones de cogeneración con una potencia térmica nominal total inferior a 5MW con el fin de fomentar la generación de energía distribuida».
Aun teniendo en cuenta todos los beneficios indicados, prácticamente solo se pueden encontrar este tipo de tecnologías en ámbitos industriales o grandes edificios del sector terciario. Por ello, un ámbito con gran potencial es el desarrollo de la micro-generación, es decir, sistemas de cogeneración de baja potencia (menor de 50 kW) que generen el calor y la electricidad necesaria para cubrir las necesidades energéticas de edificios residenciales. Este aspecto es clave tanto para el desarrollo de las Comunidades energéticas locales en las que la figura del consumidor pasivo se difumina como para la consecución de uno de los grandes objetivos medioambientales, la neutralidad climática.
Dentro de los sistemas de cogeneración actuales, podemos encontrar dos grandes grupos:
Motores de combustión interna convencionales acoplados a un generador eléctrico y del cual se recupera el calor de los gases de escape y de los sistemas de refrigeración. Suelen funcionar empleando gas natural o gasóleo como combustible, llegando a alcanzar rendimientos globales del 80-90%.
Sistemas de microturbinas compuestos por una turbina de gas en ciclo abierto en las que el aire es aspirado de la atmósfera, se comprime mediante un compresor rotativo para conducirlo a la cámara de combustión y posteriormente aprovechar la expansión en una turbina. La energía eléctrica se obtiene a partir de un alternador, mientras que el calor se recupera de los gases de escape. Llegan a tener rendimientos globales en torno al 90%. La diferencia fundamental respecto a los anteriores es que las turbinas están diseñadas para funcionar en régimen estacionario mientras que los motores permiten una regulación más amplia. Además, la temperatura de los gases de escape de las turbinas es más alta, estando habitualmente en torno a los 300-400ºC. El combustible empleado mayoritariamente es gas natural, pero en este caso es posible emplear otros más sostenibles como puede ser el biogás.
Como hemos visto, la gran mayoría de los sistemas actuales emplean combustibles fósiles en su funcionamiento, lo que no es adecuado de acuerdo a los compromisos ambientales adquiridos. En 2018 solo el 4% de la energía generada mediante cogeneración procedía de fuentes renovables como biocombustibles y residuos (La energía en España 208, MITECO)
Afortunadamente, existen tecnologías tanto en el mercado como en fase de desarrollo enfocadas a cubrir estas necesidades. En primer lugar, podemos nombrar la tecnología de generación fotovoltaica híbrida, capaz de generar tanto electricidad como agua caliente de baja temperatura (60-70ºC) aprovechable en los sistemas de climatización de los edificios. La infraestructura necesaria para la instalación de estos colectores no dista mucho de la empleada en la instalación habitual de paneles fotovoltaicos, incluyendo las tuberías necesarias para la conducción del agua de entrada y salida.
Otra de las tecnologías que está experimentando un gran crecimiento debido a su naturaleza estratégica es la pila de hidrógeno o pila de combustible. Este sistema aprovecha procesos electroquímicos para convertir un combustible, el hidrógeno, y un comburente, el oxígeno presente en el aire, en una corriente eléctrica y calor. La particularidad del hidrógeno como combustible es que presenta una gran densidad energética, puede transportarse a través de canalizaciones similares al gas natural (aunque bajo condiciones especiales) y puede ser generado a partir de la electrólisis del agua empleando para ello fuentes de energía renovables.
Fuente: https://www.cnh2.es/pilas-de-combustible/
Por supuesto, las tecnologías citadas pueden ser combinadas con otras para multiplicar sus posibilidades: bombas de calor tanto alimentadas con la energía eléctrica generada como empleando el calor generado para elevar su rendimiento, hibridación junto a sistemas de almacenamiento que permitan una gestión inteligente, etc.
CARTIF participa en diversos proyectos que integran sistemas de cogeneración en entornos residenciales:
SUNHORIZON: tiene como objetivo demostrar que la combinación apropiada de tecnologías como paneles solares (Fotovoltaico, híbridos, térmicos) y bombas de calor (compresor térmico, adsorción, reversible) gestionadas con un controlador con capacidades predictivas permite ahorrar energía, maximizar el uso de renovables, incrementar el autoconsumo, reducir la factura energética y reducir las emisiones de CO2.
REGENBy2: contribuimos al desarrollo de una nueva planta de energía integrada, capaz de convertir cualquier tipo de fuente térmica de energía renovable, de baja a alta temperatura, en electricidad, calefacción y/o refrigeración simultáneamente.
HysGRID+: cuyo objetivo es fomentar la cooperación de centros tecnológicos españoles con un elevado nivel de complementariedad con el fin último de investigar y desarrollar soluciones tecnológicas novedosas que faciliten la creación de comunidades energéticas locales (CEL) con balance neto positivo de alta eficiencia y basadas en sistemas híbridos de generación renovable y almacenamiento. En el contexto de este proyecto, CARTIF ha sido capaz de instalar dos bancos de ensayos: uno para testar bombas de calor de hasta 100 kW térmicos, y otro para caracterizar el comportamiento de paneles solares híbridos PVT.
H24NewAge: desarrollamos tecnologías avanzadas a lo largo de toda la cadena de valor del hidrógeno para finalmente crear una red de infraestructuras para dar servicio a las empresas y como demostración de las tecnologías del hidrógeno desarrolladas. El objetivo final es que el proyecto sea un referente para el tejido empresarial español facilitando una transferencia de conocimiento bidireccional y adaptable. Otra de las acciones es la investigación de la aplicación de pilas de combustible en microgeneración residencial.
El transporte por carretera es la principal fuente de emisión de partículas en los entornos urbanos y una de las más importantes a nivel global. Consciente de la gravedad del problema, la Unión Europea viene estableciendo límites, cada vez más restrictivos, para las emisiones de escape de los motores de combustión interna en vehículos nuevos, a través de la normativa europea sobre emisiones (Normas EURO), que tanto temen los fabricantes de vehículos. Esta normativa centrada en los vehículos, y otras destinadas al control de las emisiones producidas en la industria y en las centrales térmicas de generación eléctrica, han hecho posible que la concentración de partículas en entornos urbanos se haya reducido de manera notable en los últimos 15 años. Es justo decir, que parte de esa reducción ha sido también debida al uso creciente de las energías renovables, como por ejemplo la energía eólica, fotovoltaica o solar térmica. Por su parte, la biomasa, a pesar de ser una fuente de energía renovable con una huella de carbono casi nula, contribuye a la emisión de partículas debido al proceso de combustión que permite su aprovechamiento energético. Por último, la energía nuclear, que en las próximas semanas pasará a ser considerada «energía verde» por la Comisión Europea, podría contribuir de manera eficaz no solo a la reducción de las emisiones de CO2, sino también a las emisiones de partículas.
A pesar de que, como se ha dicho, la situación actual es mejor que la de hace 15 años, no es menos cierto que con relativa frecuencia se superan los límites de concentración de partículas establecidos por la Organización Mundial de la Salud (10 μg/m3 para partículas <2,5 μm) en muchos núcleos urbanos europeos.
¿Cómo se clasifican las nanopartículas y cuáles son sus riesgos asociados?
Las partículas atmosféricas, independientemente de su origen natural o antropogénico, se clasifican en partículas gruesas PM10 (2,5 -10 μm), finas PM2,5 (0,1 – 2,5 μm) y ultrafinas PM0,1 (<0,1 μm). Según la OMS las partículas gruesas PM10 pueden penetrar y alojarse profundamente dentro de los pulmones, mientras que las partículas finas PM2,5 suponen un mayor riesgo, pues pueden atravesar la barrera pulmonar y entrar en el sistema sanguíneo. Las partículas ultrafinas PM0,1 son capaces de penetrar en órganos vitales como el hígado o el cerebro, causando procesos inflamatorios y oxidativos, con efectos aún poco conocidos.
Numerosos estudios científicos llevados a cabo en las últimas dos décadas relacionan los efectos a corto plazo del incremento de la concentración de partículas con incrementos en la mortalidad diaria e ingresos hospitalarios. Otros estudios alertan sobre el alto contenido de hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs) que se encuentran adheridos a la fracción de partículas PM2,5 provenientes de los procesos de combustión. Al menos 13 de los compuestos que forman la familia de los PAHs han sido reconocidos como carcinogénicos por la OMS. Esta misma organización afirma que, además de cáncer, la fracción de partículas PM2,5 causa enfermedades cardiovasculares y respiratorias siendo la causa de 400.000 muertes prematuras solo en Europa.
Fuente: https://www.elnorte.com
¿Qué son las partículas no provenientes de gases de escape (NEE- Non-Exhaust Emissions) y cuál es su contribución a las emisiones del transporte por carretera?
Una vez introducida la problemática producida por las emisiones de partículas, así como sus fuentes, nos centraremos en las partículas NEE, es decir, aquellas emitidas por vehículos pero que no provienen de los gases de escape. Estas partículas son originadas a través del desgaste producido por el rozamiento entre pastillas y discos de freno, y entre los neumáticos y la superficie de la carretera.
A diferencia de lo que sucede con las emisiones de partículas en los gases de escape, en la actualidad no existe ninguna norma que limite la emisión de partículas NEE, de hecho, la mayor parte de la sociedad ni siquiera es consciente de su existencia.
Pero, ¿la contribución de las partículas NEE es representativa si la comparamos con la de los gases de escape?
Por sorprendente que pueda parecer, la contribución de las partículas NEE no solo es representativa, sino que desde hace algunos años es claramente superior. Datos publicados por el Inventario de Emisiones Atmosféricas Nacionales del Reino Unido (NAEI) revelan que mientras que las partículas de escape se han reducido de manera notable en los últimos años, las partículas NEE han aumentado y se espera que sigan haciéndolo en el futuro. La fuente citada anteriormente afirma que, de las partículas primarias emitidas por el transporte por carretera, el 60% de la PM 2,5 y el 73% de la PM 10 fueron debidas a partículas NEE (medidas llevadas a cabo en el Reino Unido durante el año 2016). Dichos porcentajes continúan creciendo a medida que las emisiones de escape descienden, tal y como presenta el gráfico elaborado por el NAEI.
Fuente: https://uk-air.defra.gov.uk
¿Y qué pasa con los vehículos cero emisiones?
La contaminación por partículas es especialmente problemática en los entornos urbanos, por ello se considera que la electromovilidad puede ayudar decisivamente a combatir este problema. Sin embargo, debido al peso de las baterías, estos vehículos tienen una masa notablemente superior a la de un coche equivalente con motor de combustión interna, lo que implica mayores emisiones de partículas NEE debido al desgaste de los neumáticos y de la superficie de la carretera. Estas mayores emisiones son de algún modo compensadas por las menores emisiones producidas por el doble sistema de frenado regenerativo/mecánico de los vehículos eléctricos e híbridos. En la actualidad el balance neto entre la reducción de partículas de frenado y el incremento de partículas producidas por la carretera y los neumáticos de los vehículos eléctricos no está cuantificado, pero lo que es evidente, es que estos vehículos producen un nivel de emisiones de partículas NEE, al menos del mismo orden de magnitud al de los coches convencionales.
Por tanto, la etiqueta de «cero emisiones» es en cierto modo, sino en su totalidad, engañosa para el consumidor. Más aún si se tiene en cuenta que el 40% de la energía eléctrica generada en España en el año 2019,provino de centrales térmicas.
CARTIF investiga para reducir las emisiones de partículas NEE
CARTIF, consciente de la problemática de estas emisiones de partículas, ha participado en una propuesta de proyecto del programa europeo Horizon Europe enfocado a estudiar la magnitud, causas, efectos de las emisiones de partículas NEE, así como en desarrollar soluciones que eviten, o al menos reduzcan, la emisión de las mismas. Dicha propuesta se centra en flotas de vehículos de reparto y en vehículos de transporte público como los autobuses y los metros, llevándose a cabo parte de las pruebas de campo en la ciudad de Valladolid. Si dicho proyecto es finalmente financiado por la Comisión Europea, CARTIF dedicará su mejor empeño a la búsqueda de soluciones que permitan reducir las emisiones de partículas NEE, un problema cuyos efectos perjudiciales son bien conocidos, a pesar de ser ignorado por la mayor parte de la sociedad.
¿Qué significan las lágrimas de Alok Sharma durante la clausura de la COP26 de Glasgow?
Tan solo nos separa una semana desde la celebración de la última Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (COP26), y en mi mente ha quedado grabada la imagen abatida de Alok Sharma, presidente de la COP26, durante el cierre de la cumbre. ¿Por qué? Después de muchas idas y venidas, los representantes mundiales no han sido capaces de llegar a un acuerdo sobre las emisiones que la actividad del mundo debe generar para no destruir nuestro planeta y llegar a ser sostenibles.
De nuestra mano está la solución, y para ello debemos continuar trabajando hacia una transición energética neutra en carbono si realmente pretendemos alcanzar los objetivos del Pacto Climático en el año 2050. Muchos sectores se ven afectados por este proceso de descarbonización, en los que la definición de nuevas estrategias de producción y uso de tecnologías digitales habilitadoras se posicionan como elementos clave hacia una reducción de emisiones de carbono a la atmósfera, fomentando así el tránsito hacia un modelo más eficiente y menos contaminante.
El sector de la construcción no se encuentra ajeno a esta problemática. Los informes de la Unión Europea evidencian que el sector de la edificación es el responsable de aproximadamente el 40% del consumo energético y del 36% de las emisiones de CO2 en su fase de operación, esto es, durante la fase de uso de la vivienda ya construida. Por otro lado, casi el 70% de las viviendas existentes en Europa no son energéticamente eficientes al presentar deficientes o escasas medidas de conservación energética orientadas a ese fin. De este 70%, el 30% son viviendas con más de 50 años de antigüedad que requerirán de diversas intervenciones de rehabilitación y mejoras en su estructura o gestión para poder alcanzar valores de consumo energético acordes a lo dispuesto en la directiva Europea de Eficiencia Energética en la Edificación (EPBD-Energy Performance of Buildings Directive-2010/31/UE, y su rectificación 2018/844/EU).
En consecuencia, y con la finalidad de contribuir eficazmente al objetivo climático global, el parque edificatorio existente debe experimentar una profunda transformación y volverse más inteligente y más eficiente. Por otro lado, mientras que la aplicación de nuevos conocimientos y tecnologías son «relativamente» fáciles de integrar en los nuevos edificios y procesos constructivos, empujados por la creciente necesidad de la digitalización del sector hacia la Construcción 4.0, todavía es necesario mejorar en la investigación de soluciones que permitan reducir el consumo energético e incrementar la eficiencia de los edificios e infraestructuras ya existentes en la ciudad.
Bajo este contexto, la aplicación de tecnologías habilitadoras que permitan favorecer e incrementar el uso eficiente de la energía en la edificación es fundamental, entendiendo estas tecnologías como soluciones que permiten reducir la cantidad de energía que es requerida por un edificio para ser construido o rehabilitado, habitado, mantenido y demolido. Centrando el foco en la fase que ocupa el mayor número de años dentro del ciclo de vida del edificio, esto es, la fase de uso, ocupación y mantenimiento del mismo, conseguiremos un edificio eficiente energéticamente hablando, si somos capaces de proporcionar confort térmico, lumínico, de calidad de aire, etc. a sus habitantes con el menor uso energético posible, y en consecuencia con menores emisiones de gases de efecto invernadero y un mayor ahorro económico.
Estas tecnologías habilitadoras se pueden clasificar en cuatro categorías en función del elemento del edificio sobre el que queremos actuar para mejorar su eficiencia o rendimiento energético, incluido el usuario del propio edificio:
1. Medidas de conservación energética
Dentro de este grupo se engloban todas aquellas medidas que mejoran la estructura física del edificio, ya sea por:
La aplicación de medidas pasivas, como el aislamiento de la fachada o el cambio de ventanas
La aplicación de medidas activas, como la instalación de una nueva caldera más eficiente o que use un combustible menos contaminante
La instalación de soluciones renovables, como paneles solares fotovoltaicos
La instalación de instrumentación convencional (sensores, actuadores y controladores) e instrumentación inteligente (como termostatos o contadores inteligentes)
Aunque las primeras ya están ampliamente extendidas entre la comunidad de propietarios, en muchas ocasiones no son elegidas con un criterio avalado por los cálculos de ahorro energético y económico. Tampoco suelen aplicarse de forma combinada, permitiendo obtener una mayor flexibilidad en la generación y consumo energético (llegando incluso al autoconsumo), principalmente si ponemos en juego soluciones de generación energética basada en fuentes renovables. Desde CARTIF llevamos varios años investigando y dando solución a esta problemática, mediante la digitalización (basada en BIM), automatización y optimización del proceso de diseño de soluciones de rehabilitación en edificios y distritos. Estas temáticas se cubren en proyectos como OptEEmAl o BIM-SPEED.
2. Sistemas y dispositivosconectados
No es suficiente con disponer de dispositivos de instrumentación o redes de automatización en nuestros edificios (incluidos sistemas heredados o ya existentes en el hogar, como electrodomésticos u otros sistemas informáticos), sino que dichos dispositivos deben estar conectados a una red como Internet para que sean accesibles de forma remota y ofrezcan la posibilidad de intercambiar información y ser controlados. En este dominio opera la famosa Internet de las cosas o Internet of Things (IoT) en su nombre en inglés. Su finalidad es ofrecer la capacidad de acceder a todos los dispositivos de la vivienda para poder recopilar información sobre sus señales y estado, y al mismo tiempo poder almacenar dicha información en medios persistentes y seguros. La información es poder, y mediante las soluciones de conectividad y la monitorización IoT tendremos a nuestra disposición los datos sobre el estado actual de nuestro edificio y con ello la capacidad de tomar decisiones fundamentales. Esta es la base hacia la consecución del denominado «Edificio Inteligente». CARTIF, a través de sus proyectos BaaS, BRESAER, E2VENT o INSITER implementa diversas soluciones de monitorización de señales como base a la generación de sistemas de gestión y control de edificios o BEMS (Building Energy Management Systems).
3. Estrategias avanzadas para la gestión, operación, flexibilidad y mantenimiento del edificio
Una vez que la información sobre el comportamiento y estado de la vivienda está en nuestro poder, se pueden plantear y desarrollar estrategias de control del edificio capaces de reaccionar ante las necesidades del usuario (edificio reactivo) o incluso de anticiparse a las necesidades del mismo (edificio proactivo e inteligente). En este segundo caso, la aplicación de técnicas y algoritmos de Inteligencia Artificial, alimentados por los datos previamente monitorizados, son esenciales para poder aprender y capturar el conocimiento tanto del comportamiento del edificio como de sus ocupantes. De esta manera se dispondrá de servicios que cuenten con conocimiento experto para poder controlar y optimizar el comportamiento del edificio, prediciendo su posible demanda térmica y eléctrica y ofreciendo soluciones de flexibilidad y almacenamiento, o anticipándose a posibles fallos de sus sistemas energéticos, entre otras posibilidades. Esta pieza del puzle es fundamental para la consecución del «Edificio Autónomo e Inteligente«, al convertir al edificio en un ente capaz de tomar decisiones sin la intervención de sus habitantes, aunque aprendiendo del comportamiento de estos. Los sistemas de ayuda a la toma de decisión y de auto-gestión del edificio se basan en estas estrategias avanzadas e inteligentes, como se trata de cubrir en proyectos como MATRYCS, Auto-DAN o frESCO en los que CARTIF participa actualmente.
4. Entrenamiento y concienciación de los usuarios/habitantes del edificio
Por último, y no por ello menos importante, el usuario del edificio (ya sea habitante, gestor, propietario u operador) presenta un rol fundamental en la lucha hacia el incremento de la eficiencia energética. Los edificios se crean por y para los habitantes, y garantizar su confort tanto térmico como lumínico y medioambiental (ventilación, calidad del aire) es fundamental. Pero no vale cualquier procedimiento para alcanzar ese bienestar. Aquí es donde el usuario del edificio juega un papel esencial, no solo mostrando sus necesidades y preferencias, sino también aprendiendo buenas prácticas y mejorando su comportamiento a la hora de utilizar los sistemas energéticos, electrodomésticos y otros dispositivos de su vivienda. La información que ahora recogemos de los edificios, valorizada con las técnicas de Big Data e Inteligencia Artificial, y puesta a disposición del usuario, le permitirán conocer cómo se comporta su edificio, cuanto Co2 emite y qué coste supone alcanzar el bienestar. Puesto en pleno contexto, el usuario podrá mejorar la forma de operar y vivir en su vivienda, fomentando el uso eficiente de los sistemas energéticos que están bajo su control. Proyectos de CARTIF como SocialRES y LocalRES tratan de involucrar a los ciudadanos hacia esa transición energética.
La combinación de todas estas tecnologías, capaces de transformar nuestros edificios en entes más inteligentes y proactivos, y a nuestros usuarios en interventores formados e informados, permitirán que nuestro parque edificatorio sea más eficiente y sostenible.
Todo lo anteriormente presentado está enfocado a conseguir que nuestros edificios, principalmente los ya existentes, puedan comportarse de una manera más eficiente, y que con ello puedan contribuir a reducir el uso de la energía.
Pero, ¿qué ocurriría si a pesar de nuestros esfuerzos no somos capaces de reducir nuestras emisiones de Co2 y otros gases de efecto invernadero?
La realidad a día de hoy es que la temperatura global del planeta sigue incrementándose y el esperado pacto climático aún parece lejos de verse conseguido. Como consecuencia, no solo tendremos que centrar nuestros esfuerzos de investigación, como ya venimos realizando en CARTIF, en que nuestros edificios consuman menos energía, y que con ello se emita menos CO2 y otros gases contaminantes para su producción, sino en nuevos diseños arquitectónicos capaces de hacer frente a situaciones climáticas más extremas, esto es, veranos más calurosos, inviernos más fríos, precipitaciones más abundantes…Las casas del futuro deberán por tanto estar bien aisladas, ser autosuficientes en generación-consumo de energía, ser capaces de gestionar y drenar una mayor cantidad de agua, e incorporar soluciones verdes. No podemos ser ajenos a este reto que nos presenta un futuro no muy lejano.
Como Centro Tecnológico dedicado a la I+D y al frente de proyectos cuyo pilar fundamental es la innovación, desde CARTIF, hemos observado, incluso siendo partícipes, la clara evolución de los requisitos, objetivos o retos que la Comisión Europea establecía para nuestras ciudades o entornos urbanos.
En los últimos años, nuestras ciudades han transitado entre diferentes conceptos y objetivos de los que se pueden resaltar los siguientes: ser eficiente, ser inteligente, ser verde, desarrollar distritos con balance energético positivo y más recientemente, ser neutras climáticamente.
En el presente blog, pretendemos poner en orden toda esta evolución y aclarar el porqué de todos estos objetivos.
El comienzo: los distritos de energía Casi Nula
Nuestro recorrido comienza en las últimas convocatorias del Séptimo Programa Marco de innovación-conocido como FP7. Durante este periodo, la Comisión reconoció en sus políticas como la Directiva 20/20/20, la EPBD o mediante el impulso decidido a iniciativas como el exitoso pacto de alcaldes, que las ciudades europeas, siendo grandes consumidoras de energía, podían ayudar a paliar e incluso compensar en gran medida, la creciente necesidad energética que los estados miembros estaban sufriendo.
Esta alta necesidad de suministro energético, en gran parte debida a actividades cotidianas y empresariales directa o indirectamente desarrolladas en la ciudad, comenzaba a plantear un claro problema de estabilidad del sistema energético europeo, altamente dependiente de una generación basada en combustibles fósiles, cada vez más agotados y costosos, además de muy contaminantes. Los programas de financiación de la innovación no son ajenos a esta problemática, y entre los objetivos principales de aquellas, en su momento, incipientes convocatorias de proyectos de transformación urbana, la comisión nos planteó como reto que nuestras ciudades fueran más eficientes, utilizasen fuentes de energía limpia y, además, trabajasen los sistemas energéticos a escala de distrito, siendo un distrito o vecindario el perfecto representante de unidad urbana plenamente funcional y el entorno perfecto para implementar soluciones con gran impacto y en un periodo de tiempo razonable.
Además, estas medidas se complementaron con normativa complementaria, como el contaje individual de consumos energéticos para fomentar el ahorro energético en sistemas comunitarios, la necesidad de implantar sistemas digitales (tecnología BIM) con el objetivo de conseguir un sector constructivo más eficiente (en primer lugar, en edificios públicos y posteriormente en el resto). Estas medidas concretas intentaban acompañar, como habilitadoras, a la necesaria transformación del sector constructivo, el sector energético y de nuestros distritos y ciudades. Respecto a la movilidad inteligente, incipientes proyectos promoviendo la electro-movilidad en entornos urbanos completaban estas primeras (y ciertamente ya lejanas) iniciativas.
El siguiente paso: la regeneración y renaturalización urbanas
Con el comienzo del recientemente terminado programa marco de innovación conocido como Horizonte 2020 o H2020, vigente desde 2013 hasta 2020-aunque multitud de proyectos están todavía en plena ejecución, ya no habrá más convocatorias de proyectos bajo este programa-, la Comisión continúo este camino, profundizando en la necesidad de desplegar proyectos piloto más sistémicos e integrales de transformación o regeneración urbana. Estos proyectos significaron una verdadera revolución debido a la necesidad de integrar diferentes actores de los ecosistemas locales de innovación alrededor de las ciudades, liderados por la propias municipalidades, para promover la integración de soluciones pertenecientes a diferentes sectores económicos, como la rehabilitación del parque edificatorio, la construcción eficiente, las energías limpias, las soluciones TIC (incluyendo plataformas urbanas de ayuda a la toma de decisión), la electro-movilidad y la planificación urbana. Para afrontar tan ambicioso objetivo, el liderazgo municipal en este proceso de co-creación es indispensable.
Evidentemente, este claro salto en el concepto de regeneración urbana y de proyecto vertebrador dio lugar a proyectos más integrales, potencialmente escalables y replicables y cuyo centro siempre es el beneficio del ciudadano, cuidando el ecosistema empresarial local, siempre que sea posible. Además, la Comisión Europea también nos planteó la necesidad de devolver la naturaleza a los entornos urbanos, como pilar fundamental de esa regeneración urbana para los ciudadanos, mejorando su calidad de vida tanto directa como indirectamente además de la propia percepción de su entorno urbano.
El penúltimo paso en el camino: los distritos de energía positiva
Una nueva vuelta de tuerca a este concepto de transformación urbana surgió dentro de las últimas convocatorias del H2020: el diseño y despliegue de los denominados distritos de energía positiva (PED, por sus siglas en inglés). Estas iniciativas, más concretas, proponen transformar distritos o vecindarios completos en unidades urbanas que generan un excedente energético en su cómputo anual. Es decir, tras realizar el balance energético entre energía exportada e importada desde y hacia el distrito en un año completo, nuestro distrito debe consumir menos energía de la que genera. El objetivo subyacente bajo este incipiente, ambicioso y rompedor concepto es implementar este concepto PED en los barrios que tengan un mayor potencial de implementación de energías limpias y, por tanto, reducir drásticamente las necesidades energéticas globales de la ciudad, de manera que esta producción de excedente energético puede compensar a otros barrios en los que, por sus características, una reducción notable no es factible.
Este concepto requiere, indudablemente, del despliegue de modelos de negocio innovadores, como las comunidades de energía, que aseguren la compartición y gestión de la energía como bien común y entre diferentes tipos de usuarios (edificios residenciales y no-residenciales). Este modelo no está exento de dificultades, tanto técnicas como normativas o de regulación.
Indudablemente estos proyectos han conseguido realizar un primer paso en la transformación de nuestras ciudades, generando una cantidad ingente de experiencias (positivas y lecciones aprendidas) que son la base del futuro de nuestros entornos urbanos.
Particularmente centrados en este entorno más cercano desde CARTIF podemos mencionar Valladolid, al que CARTIF ha acompañado exitosamente en esta transición mediante el despliegue de un número muy relevante de proyectos de innovación ya implantados en nuestra ciudad. Proyectos como R2CITIES, CITyFiED, REMOURBAN y Urban GreenUP han transformado nuestra ciudad y provincia. Varios edificios del barrio del Cuatro de Marzo de Valladolid han sido rehabilitados energéticamente, el distrito de FASA surgió una completa regeneración acompañada del despliegue de multitud de acciones de movilidad en toda la ciudad (45 vehículos eléctricos, 22 puntos de recarga, 5 autobuses eléctricos), acompañando a la renaturalización de diversos espacios urbanos que todavía está en marcha. Además, en su alfoz, el barrio de Torrelago en Laguna de Duero se transformó en más eficiente y sostenible, siendo además en su momento, la obra de rehabilitación energética más grande de toda Europa.
El último y definitivo reto: la neutralidad climática
Sin embargo, pese a aportar unos excelentes resultados individuales, toda esta (r)evolución no ha sido suficiente para afrontar el reto más importante al que nos hemos enfrentado en nuestra existencia como seres humanos, siendo necesario una segunda vuelta de tuerca para afrontarlo con decisión y optimismo. En línea del recientemente aprobado Pacto Verde en el que la Comisión Europea establece como objetivo que Europa sea el primer continente climáticamente neutro en 2050, nuestras ciudades tienen que realizar el mismo camino y ser climáticamente neutras, pero, además, con su poder ejemplarizante, lo tienen que ser cuanto antes.
Una de las principales novedades del nuevo programa de innovación HEurope son las misiones. Las misiones se plantean como acciones específicas y multi-disciplinares y que se plantean con el objetivo de lograr una meta muy ambiciosa y a su vez cuantificable. Además, se deben desplegar en un plazo determinado y con el objetivo final de generar un gran impacto en la sociedad.
Dentro de las 5 misiones recientemente lanzadas por la Comisión Europea, aparece la misión de ciudades climáticamente neutras e inteligentes, totalmente alineada con los objetivos planteados por la Agenda 2030, los SDG y el Pacto Verde.
Esta misión ha planteado como objetivo alcanzar una meta de complejidad extrema: acelerar el necesario proceso transformador y alcanzar, al menos, 100 ciudades climáticamente neutras en 2030, por y para la ciudadanía. Estas 100 ciudades serán tractoras del resto, actuando como ejemplarizantes en el necesario proceso de transformación sistemática. El elemento vertebrador de este proceso es el contrato climático de ciudades (CCC-Climate City Contract) que regulará los objetivos, actores y procesos que permitirán alcanzar esa neutralidad climática y que requiere un trabajo profundo de planificación y aseguramiento de la financiación necesaria, que no tiene porqué, provenir únicamente de fondos públicos.
CARTIF forma parte del consorcio del proyectoNetZeroCities (financiado por el tópico 1.2 de la convocatoria Green Deal), que apoyará a la misión europea de ciudades en todo este proceso de co-creación, diseño, implementación y evaluación del contrato climático en ciudades. Dentro de las actividades de NetZeroCities, CARTIF pondrá a disposición de las ciudades que participen en la iniciativa toda su experiencia adquirida a través de la participación en Proyectos de transformación de ciudad. CARTIF colaborará en la definición concreta del contenido del Contrato Climático de Ciudades, definirá las soluciones tecnológicas necesarias para realizar la transformación sistemática y, además, participará en la definición del marco de indicadores que permitirá seguir la evolución de la iniciativa y de los objetivos de cada una de las 100 ciudades pioneras en la consecución de este objetivo global.
Es un hecho que más de un tercio del total de la energía final consumida en la Unión Europea se consume en edificios residenciales y del sector terciario. Por ello en los últimos años se ha intentado fomentar la renovación de edificios bajo criterios de eficiencia energética a través de distintas directivas y convocatorias.
Una de las directivas en este ámbito es la EPBD (2018/844 Energy Performance of Buildings Directive). Esta norma es la principal directiva europea destinada a la ayuda de la reducción del consumo energétio y aumento de la eficiencia energética en edificios. Es esta directiva la que introduce el certificado energético como un documento oficial que incluye información objetiva sobre las características energéticas de un inmueble o edificio (puedes conocer más sobre los certificados en nuestro post «¿Son realmente útiles los certificados de eficiencia energética?«). La información que aportan estos certificados (principalmente demanda y consumo de energía, así como emisiones de CO2 asociadas) es, sin duda, una valiosa fuente de información para conocer el estado de los edificios y poder así proponer medidas adecuadas para la mejora de los edificios en cuestión. Para la generación de esos certificados se utilizan herramientas de certificación validadas por un organismo. Se pueden ver las herramientas validadas en el caso de España y documentos técnicos que han sido reconocidos por el Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico y por el Ministerio de Fomento y que pueden servir de apoyo al proceso de certificación energética de edificios. En estas herramientas se introduce la información del edificio y automáticamente se calcula los valores de certificación.
Además de las herramientas de certificación energética validadas en el mercado existen muchas herramientas para modelar y simular el comportamiento de edificios. Este es el punto de partida para la realización de proyectos de renovación de edificios, ya que previamente a la selección de las medidas que podrían mejorar sus parámetros de consumo y emisiones se hace necesaria la evaluación cuantitativa del parque edificatorio de la forma más realista posible. Sin embargo, la mayoría de herramientas presentes en el mercado funcionan a una escala pequeña (nivel edificio, vivienda, local, etc.) siendo un trabajo colosal la generación y simulación de modelos para conjuntos de edificios (distritos o ciudades). Sin duda, el problema de la escala es uno de los puntos débiles de las herramientas actuales cuando se trata de hacer análisis en distritos o ciudades.
En CARTIF, desde hace años, se está trabajando en la generación automática de modelos para poder caracterizar de forma lo más automática posible los edificios de una cierta localización (distrito, municipio e incluso región) calculando valores de demanda y consumo usando fuentes de información pública (catastro y catálogo de elementos constructivos principalmente) y distintos motores de cálculo. Además, se ha comprobado que sin duda uno de los aspectos fundamentales es la presentación adecuada de los resultados en una visualización atractiva, interactiva y que pueda proporcionar toda la información relevante.
Como resultado de varios proyectos en esta línea, en CARTIF se ha diseñado y desarrollado la herramienta de visualizaciónGIS4ENER que ofrece la visualización de varias aproximaciones:
(1) La estimación de cálculo de demanda basada en la automatización de la herramienta de certificación CE3X para el cálculo de edificios a gran escala (barrio o ciudad)
(2) La generación de valores estimados de demanda, consumo y emisiones de CO2mediante la aplicación de tipologías generadas automáticamente con el estudio de los resultados reflejados en Certificados de Eficiencia Energética reales.
Además permite comparar los resultados de ambas aproximaciones con certificados energéticos reales.
Accede a unademo de la herramienta GIS4ENER. En esta demo se presentan las funcionalidades de la herramienta sobre resultados obtenidos para el municipio de Tordesillas en la provincia de Valladolid.
De momento la herramienta ha sido testeada en varios municipios pero tiene potencial para poder ser aplicada en cualquier municipio de España, salvo aquellos localizados en Navarra y País Vasco.
Hay muchos grupos de usuarios que podrían beneficiarse directamente de esta herramienta. Entre ellos: organismos reguladores; administraciones públicas; consultorías y empresas energéticas; Ingenieros, arquitectos y planificadores urbanos; y empresas constructoras. Nuestra herramienta permitirá obtener un mapeado de la demanda y consumo de energía (así como de emisiones de CO2) asociado a los edificios de un distrito o región, en tiempo de mucho más cortos respecto a la obtención del mismos con métodos convencionales. Sin duda la simplificación de este paso podría traer un gran beneficio para todos estos usuarios en sus procesos de planificación energética a diversas escalas, de desarrollo de planes estratégicos y de negocio en ciertos distritos o ciudades.
Desde CARTIF, seguiremos trabajando en la investigación y desarrollo de herramientas que puedan seguir ayudando en la reducción del impacto del ser humano en el medio ambiente.
Hay dos cosas que no tienen nada que ver pero que en realidad sí que tienen que ver: la perplejidad de un corzo que en la fala de los Montes Torozos se encuentra con la valla que rodea un parque fotovoltaico y que el 64%1 de los españoles no sepamos si nuestro contrato de suministro eléctrico pertenece al mercado regulado o al libre.
El corzo ignora que el lugar por el que campa casi a sus anchas se va a ver sometido a cambios radicales. Decenas de miles de hectáreas van a ser cubiertas con paneles fotovoltaicos y encerrados por vallados. Habrá que ver cómo afecta a la biodiversidad, qué será de las avutardas y de los zorrillos que pululan por esos lugares y si los corzos aprenderán a ver los vallados antes de chocar con ellos.
Pero también hay que tener en cuenta que la actividad humana se verá afectada. Todas esas hectáreas quedarán excluidas de la agricultura, la ganadería se verá limitada y el paisaje será transformado radicalmente, lo que podría afectar a pequeños negocios de turismo rural. A cambio de esta destrucción se generará energía sin emitir gases de efecto invernadero, energía que además será barata y que ayudará a disminuir el recio que resulte de la casación del mercado diario. Pero el sol no acostumbra a brillar por la noche, al menos en nuestra latitud, y lo que podría pasar con el precio de la electricidad y con la regulación del sistema eléctrico a partir de la hora del ocaso o los días sin sol es algo que habrá que contar en otra ocasión.
Puede que igual de ignorantes que el corzo seamos los consumidores españoles, pues parece que muchos no estamos al tanto de que podemos elegir entre una tarifa regulada y otra que no lo está y seguramente somos mucho menos conscientes de los cambios que trae la descarbonización del sistema eléctrico.
Esta situación de desconocimiento hace temer que va a ser difícil hacernos ver que tenemos en nuestras manos un arma poderosa para combatir los problemas que podrían aparecer como consecuencia de la introducción masiva de energía renovable.
Se trata de la flexibilidad o capacidad para consumir electricidad en momentos diferentes al inicialmente deseado sin que haya una pérdida de confort o utilidad. Para complicarlo más, los consumidores domésticos podríamos aprovecharnos mejor de nuestra propia flexibilidad si nos uniéramos para ofrecerla de manera conjunta. Y ese ofrecimiento habría que hacerlo en mercados locales de energía, todavía inexistentes, pero ya en desarrollo.
Imaginar que un consumidor que desconoce si tiene la tarifa libre o la regulada pueda llegar a participar en un mercado local de energía parece más difícil que imaginar a un rebaño de corzos saltando por encima de las vallas de un parque fotovoltaico.
Para que la flexibilidad de la demanda pueda ser útil hacen falta varias cosas. Por un lado, es necesario que lo que consume electricidad y que, además, es flexible, como la climatización, admita señales externas que permitan regular su funcionamiento de manera automática. También es necesario que se hayan desarrollado sistemas de control que generen esas señales y que actúen de manera agregada sobre un número significativo de sistemas de climatización, por mencionar una carga flexible. Además, es necesario que se definan los modelos de negocio que permitirán remunerar a los usuarios por su flexibilidad. Y, por último, se han de desarrollar las normas y reglamentos que definan nuevos agentes de mercado, como los recientemente creados agregadores independientes, y que regulen la participación de los consumidores en los nuevos mercados locales de electricidad.
Pero todo esto no será posible sin un cambio de mentalidad en el consumidor medio. Éste ha de darse cuenta de que existen caminos para la participación activa en el sistema eléctrico que van más allá de cambiar de compañía cuando la tarifa parece demasiado alta. Uno de estos caminos pudiera ser las comunidades energéticas, que ya abren la puerta al autoconsumo colectivo y es de esperar que pronto lo hagan también a una gestión de la demanda flexible centrada en el consumidor.
Quizá estas comunidades permitan al consumidor adaptarse al nuevo sistema eléctrico de la misma manera que los corzos de los Montes Torozos se tendrán que adaptar a un nuevo entrono lleno de cosas desconocidas.
