Comunicación presentada al VI Congreso Smart Grids
Autores
- Gorka Benito Alonso, Responsable de proyectos, IK Ingeniería
- Carlos González Landeta, Ingeniero de proyecto, Boslan
- Jesús Izcara Zurro, Ingeniero de investigación, Ormazabal
- Begoña Lecue Solaun, Investigadora, Arteche
- Arantza López Romo, Investigadora, Tecnalia
- Begoña Molinete Cuezva, Responsable de proyectos, Cluster de Energía del País Vasco
- Sonia Muela Ortiz de Quintana, Investigadora, Ingeteam
- Óscar Salazar Peña, Director de proyectos, General Electric
- Eutimio Sánchez Pérez, Director de proyectos, Tecnalia
- José Ramón Santiago Marcos, Director de tecnología, ZIV
Resumen
El gran reto de NEOSUB consiste en alcanzar y superar los requisitos medioambientales más exigentes de toda la cadena de valor de las subestaciones eléctricas a través de la integración de criterios de ecodiseño, promoviendo la mejora en prestaciones, abaratando costes y considerando tanto la demanda del cliente final como la evolución del sector energético en su conjunto. Con dicho propósito el proyecto, promovido por el Cluster de Energía del País Vasco, liderado por Boslan y coordinado técnicamente por Tecnalia, cuenta con la participación de Arteche, General Electric, IK Ingeniería, Ingeteam, Ormazabal Distribución Primaria, Ormazabal Ólvega Transformadores y ZIV. Este consorcio permite al proyecto poner el foco en la subestación en su conjunto y particularizar el mismo a varios equipos y sistemas de la subestación: transformador de potencia, transformadores de medida, celdas de distribución primaria de media tensión y sistemas de protección y control. Se trata de un proyecto de 2 años y medio de duración que prevé su conclusión en diciembre-2020.
Palabras clave
Ecodiseño, Subestación Eléctrica, Best in Class, Análisis del Ciclo de Vida, Impacto Ambiental, Economía Circular
Contextualización
Considerando que más del 80% de los impactos ambientales de un producto se determinan en la fase de diseño (Comisión Europea, [10 septiembre 2019]), el ecodiseño constituye una herramienta clave para la minimización de los impactos ambientales asociados al ciclo de vida de un producto desde etapas tempranas de su desarrollo. Conscientes del potencial de esta herramienta, y habiéndose establecido retos tan ambiciosos como convertir a la Unión Europea en neutra en carbono en 2050 (28/11/2018 – COM [2018] 773 – Un planeta limpio para todos. La visión estratégica europea a largo plazo de una economía próspera, moderna, competitiva y climáticamente neutra), la Comisión Europea lleva años impulsando el despliegue e integración de aspectos de ecodiseño en diferentes sectores como el energético, prueba de ello es la aprobación en 2009 de la Directiva 2009/125/CE por la que se instaura un marco para el establecimiento de requisitos de diseño ecológico aplicables a los productos relacionados con la energía (Directiva 2009/125/CE por la que se instaura un marco para el establecimiento de requisitos de diseño ecológico aplicables a los productos relacionados con la energía).
El ecodiseño, por tanto, puede favorecer y dar soporte en la transición energética y contribuir al cumplimiento de objetivos globales como el de mejorar la eficiencia energética impulsado, entre otros, por el Acuerdo alcanzado en París en 2015. La Unión Europea no solo se ha sumado a implementar este objetivo, sino que ha reforzado su compromiso de mejorar en eficiencia energética para el periodo 2021-2030, pasando de un 27% inicialmente establecido, a un 32,5% comprometido en la actualidad (European Union, 2030 climate & energy framework).
En este contexto y amparado por el marco favorable propiciado por el sector eléctrico de la CAPV, nace el proyecto NEOSUB. La Estrategia de Especialización Inteligente RIS3 de Euskadi (prioridades RIS3 de Energía y Ecosistemas) (RIS3 Euskadi) constituye el eje impulsor principal del proyecto y guiará las decisiones que se adopten en el mismo con el objetivo de asegurar la validez de los trabajos realizados y su permanencia en el tiempo. NEOSUB es, por tanto, una iniciativa estratégica pionera que cuenta con la participación de relevantes empresas del sector eléctrico del País Vasco y que, a través de la introducción de criterios de ecodiseño, contribuirá a la mejora del comportamiento ambiental de toda la cadena de valor del sector eléctrico, asegurando el mantenimiento o mejora de prestaciones técnicas y la reducción de costes. Cabe destacar que el proyecto NEOSUB asegurará el cumplimiento de estos objetivos considerando, además, tanto la demanda del cliente como la evolución del sector energético en su conjunto.
El proyecto
Objetivos
El objetivo general del proyecto NEOSUB es diseñar y desarrollar subestaciones eléctricas con criterios de ecodiseño que permitan dotar a los operadores, ingenierías y fabricantes de bienes de equipo para subestaciones de ventajas competitivas en dos aspectos clave:
- En costes, a través de una mayor eficiencia en los consumos de materiales y energía que permitan reducir los gastos de producción y mantenimiento de las instalaciones.
- En sostenibilidad, al minimizar el impacto ambiental de las infraestructuras a lo largo de su vida útil, reduciendo las emisiones y/o vertidos tanto en la fase de fabricación de los equipos como en las de instalación, uso y mantenimiento, y favoreciendo en su fin de vida la reutilización y reciclaje de los equipos y los materiales que los componen.
Más específicamente, NEOSUB propone definir una metodología para la evaluación económica y ambiental de la subestación bajo criterios de ecodiseño e integrarla en una herramienta de diseño que permita considerar y tener en cuenta estas variables, garantizando el cumplimiento de los estándares internacionales de aplicación. La metodología tiene en cuenta los requisitos de las PCRs (Product Category Rules) relacionadas del sector a la hora de definir sus criterios. En lo que a equipos se refiere, se revisan los criterios de diseño y procesos de cálculo de subestaciones para facilitar el cumplimiento de las EPDs (Environmental Product Declaration) de los equipos críticos de una subestación.
Consorcio
NEOSUB es un proyecto promovido por el Cluster de Energía del País Vasco, liderado por Boslan y técnicamente coordinado por Tecnalia. IK Ingeniería adquiere la responsabilidad de desarrollar el marco metodológico que permita llevar a cabo la evaluación ambiental y económica tanto de la subestación como de los equipos que la integran. Boslan aportará la visión de conjunto de la subestación y, considerando que gran parte del impacto ambiental del ciclo de vida de las subestaciones está directamente vinculado a los equipos que las componen y a su comportamiento en fase de uso, el papel que juegan los fabricantes en cuanto a ecodiseñar de forma efectiva los equipos presentes en la subestación, es de vital relevancia. De esta forma, NEOSUB aspira a ser el mejor en su clase o “best in class” en celdas de distribución primaria, transformadores de potencia, transformadores de medida y sistemas de protección y control gracias a las contribuciones de reconocidos fabricantes de equipos para redes eléctricas: Ormazabal Distribución Primaria, Ormazabal Ólvega Transformadores, Arteche y General Electric, Ingeteam y ZIV respectivamente.
Además de enfocar y participar en todas las tareas técnicas, Tecnalia, como coordinador técnico del proyecto, apoyará a Boslan Ingeniería para asegurar el correcto desarrollo del proyecto.
El conocimiento generado en el proyecto pretende ser transmitido a otras cadenas de valor del sector energético vasco. De esta forma, las lecciones aprendidas serán aplicadas con un carácter más amplio que el del propio proyecto, fomentando la integración de los progresos dados en la materia a otros ámbitos. El Clúster de Energía del País Vasco facilitará la difusión de los resultados y promoverá la transferencia de buenas prácticas a otras cadenas de valor del sector energético.
Estructura de desarrollo
El proyecto se articula, además de las tareas de coordinación y difusión y explotación de resultados, en seis paquetes de trabajo técnico, con los siguientes objetivos específicos:
- PT1. Marco Metodológico. Establecimiento de las bases metodológicas para el análisis económico y ambiental efectivo de subestaciones y los equipos que las integran, a fin de posibilitar un óptimo ecodiseño de todos los elementos.
- PT2. Subestación Ecodiseñada. Definición de procesos de ingeniería de una subestación eléctrica en base a criterios de ecodiseño y desarrollo de una aplicación que permita evaluar el cumplimiento de los requisitos de ecodiseño y estimar costes.
- PT3. Desarrollo de celdas de distribución primaria con un impacto ambiental reducido. Sustitución de SF6, selección de materiales compatibles y mejora de corrosión en accionamientos.
- PT4. Transformadores de potencia. Mejora de eficiencia y comportamiento ambiental, mediante nuevos materiales para reducción de pérdidas y empleo de dieléctricos biodegradables en sustitución de aceite mineral.
- PT5. Transformadores de medida de alta tensión. Desarrollo de bloques de bornes metálicos, en sustitución de los actuales de resina.
- PT6. Sistemas de Protección y Control. Desarrollo de nuevos equipos y armarios de protección y control, minimizando el uso de materiales menos sostenibles, mejorando su eficiencia y la de su proceso de fabricación.
NEOSUB se completa con un PT7 centrado en la difusión y explotación de resultados. En la Figura se recoge la estructura en paquetes de trabajo del proyecto y las principales contribuciones de los socios.
Comité asesor
Los socios del proyecto NEOSUB cuentan con el apoyo de un Comité Asesor compuesto por expertos representantes de los principales operadores de transporte y distribución eléctrica, en calidad de posibles usuarios de la futura subestación ecodiseñada: Iberdrola Distribución Eléctrica (i-DE), EDP Distribución (E-Redes), Viesgo Distribución Eléctrica y Red Eléctrica Española (REE).
Los socios y el Comité Asesor mantienen reuniones de contraste periódicas en las que se comparte información sobre los avances y resultados del proyecto, así como sobre los planes y actuaciones de los operadores en relación con el fomento de la sostenibilidad en sus infraestructuras. De este modo, se facilita un intercambio productivo que permite incorporar las necesidades identificadas por los operadores en las actividades del proyecto y alinear los desarrollos abordados con las demandas del mercado.
Primeros resultados
Durante la primera anualidad del proyecto se han producido ya algunos resultados de interés. IK Ingeniería ha liderado la definición de la metodología de análisis ambiental y de costes de aplicación al proyecto. Boslan ha avanzado en el planteamiento del concepto de subestación ecodiseñada, sentando las bases para el desarrollo de una herramienta de diseño de subestaciones que incorpore criterios de ecodiseño. Los fabricantes de equipos, Ormazabal Distribución Primaria, Ormazabal Ólvega Transformadores, Arteche, General Electric, Ingeteam y ZIV, han avanzado de forma heterogénea y acorde con su propio cronograma, en la evaluación de los equipos a ecodiseñar y en la definición de las estrategias de ecodiseño a adoptar. Por su parte Tecnalia ha elaborado el método de trabajo, aportado enfoque y validado los desarrollos, jugando un papel clave en cuanto a la coordinación técnica de los socios participantes. A continuación, se desarrollan los principales resultados obtenidos en la primera anualidad de NEOSUB.
Marco metodológico
Con objeto de analizar el impacto ambiental y económico de las subestaciones eléctricas y de los equipos presentes en las mismas y posibilitar la identificación de puntos críticos ambientales en los que centrar las estrategias de ecodiseño, la metodología acordada en NEOSUB se ha asentado en los principios del análisis del ciclo de vida según establece la norma ISO 14040 ([1] ISO 14040:2006. Gestión ambiental – Análisis del ciclo de vida – Principios), para la parte ambiental, y de la UNE-EN 60300-3-3:2017 (UNE-EN 60300-3-3:2017 – Gestión de la confiabilidad. Parte3-3 Guía de aplicación. Cálculo del coste del ciclo de vida), para la parte de costes. Asimismo, la metodología sigue las pautas establecidas en mecanismos de certificación alineados con la norma ISO 14044 (ISO 14044:2006. Gestión ambiental – Análisis del ciclo de vida – Requisitos y directrices) y que son reconocidos en el segmento de mercado de aplicación, como son el PEP Ecopassport y The International EPD system (Figura 8).
El alineamiento con estos mecanismos posibilitará que las evaluaciones ambientales de los equipos se lleven a cabo bajo un criterio y alcance común. Además, favorecerá el reconocimiento a nivel internacional de los trabajos desarrollados y permitirá realizar contrastes con otros estudios del mismo sector una vez se haya llevado a cabo la evaluación. Como parte de los resultados de la primera anualidad, cabe destacar que la intensa búsqueda bibliográfica realizada en el proceso de definición metodológico ha puesto de manifiesto la falta de trabajos realizados en materia de ecodiseño de subestaciones y equipos, demostrando el carácter innovador del proyecto y la necesidad del mismo. Esta oportunidad se verá reforzada gracias al establecimiento de qué se entiende por un “best in class” en el ámbito de aplicación de NEOSUB. Siendo este aspecto crucial, tendrán que ser definidos los criterios ambientales más exigentes a los que aspirar con el ecodiseño de la subestación y sus equipos con la idea de posicionarse como los “best in class” en el mercado, sentando las bases para la implantación de los procesos de mejora contínua deseados.
Bases para el desarrollo de la herramienta de Ecodiseño de subestaciones
En paralelo a la definición del marco metodológico, Boslan ha establecido las bases para el desarrollo de una herramienta que facilite la consideración del diseño ecológico a la hora de llevar a cabo los proyectos de ingeniería conceptual y de detalle de una subestación eléctrica.
Por una parte, y basándose tanto en la representatividad para la CAPV como en la factibilidad de extrapolar los resultados a otras subestaciones de la red eléctrica, se ha hecho una selección de subestaciones para que puedan ser analizadas gracias a la herramienta. Con diferentes tensiones en alta y media tensión, las subestaciones preseleccionadas son de maniobra o reparto con transformación, con alta tensión en intemperie y aislamiento en aire, y con media tensión en interior.
Por otra parte, los criterios en la ingeniería de detalle de una subestación ecodiseñada, los parámetros de funcionamiento y los procedimientos de instalación, mantenimiento y fin de vida, han sido revisados con objeto de establecer tanto los límites a considerar por la herramienta, como las especificaciones y requisitos a exigir a los equipos principales. Con todo ello se ha comenzado con la creación de un repositorio de información que será el que dé sustento a la evaluación en la herramienta. Alternativas de entrada de datos, comparaciones a realizar en el marco de la evaluación y otro tipo de funcionalidades que se desea que la herramienta cubra, también han sido definidas durante la primera anualidad.
Planteamiento de las estrategias de ecodiseño a adoptar por los fabricantes de equipos
A la hora de abordar la implementación de estrategias de ecodiseño, los fabricantes de equipos han seguido dos enfoques diferentes. Por una parte, Ormazabal y Arteche identificaron con carácter preliminar una serie de estrategias de ecodiseño sobre las que se están realizando pruebas de laboratorio y diferentes ensayos para ayudar a determinar su viabilidad.
- Ormazabal Distribución Primaria se marca como objetivo el diseño de celdas de distribución primaria con nuevos materiales dieléctricos, medioambientalmente más sostenibles y la mejora de la resistencia a la corrosión en accionamientos en celdas de distribución primaria de media tensión (hasta 36kV) y para ello está probando las prestaciones de gases alternativos que están arrojando resultados prometedores.
- Ormazabal Ólvega Transformadores busca mejorar la eficiencia energética de sus transformadores y su comportamiento ambiental. Para ello se están realizando pruebas con chapas de mejores características y de espesores reducidos y se están probando nuevos líquidos dieléctricos basados en ésteres vegetales. Las pruebas han supuesto el descarte de algunas de las alternativas consideradas, la realización de nuevas variaciones en el diseño y la consideración de nuevos materiales.
- Arteche está explorando alternativas metálicas a la tradicional resina para los bloques de bornes secundarios en los transformadores de medida de alta tensión. La solución propuesta presenta múltiples ventajas como materiales más amigables con mayor reciclabilidad, mejora de las prestaciones mecánicas y de estanqueidad, menor consumo de energía en el proceso productivo, mayor versatilidad para adaptarse a los requisitos de mercado, reducción de costes unitarios y menor impacto ambiental. Tras la validación de prototipos y órdenes de fabricación controladas se continuará con la implantación en toda la gama de producto paulatinamente.
Por otra parte, General Electric, Ingeteam y ZIV han seguido un enfoque diferente y partirán del análisis ambiental de sus sistemas de protección y control para orientar en el marco del propio proyecto las estrategias de ecodiseño a adoptar. Algunos de los aspectos que han salido como resultado de las primeras evaluaciones están relacionados con la utilización de materiales alternativos con mayor reciclabilidad y reusabilidad, alargamiento de la vida útil de los equipos, optimización del proceso productivo, facilitación del mantenimiento y del desmontaje, y la mejora de los embalajes y espumas protectoras, etc.
El hecho de abordar la reducción de impactos ambientales desde dos enfoques diferentes ha propiciado flexibilidad a los socios del proyecto en cuanto a la forma de abordar la implementación del ecodiseño en sus centros. En este sentido, la conexión entre los desarrollos de los equipos NEOSUB viene dada por la utilización de la metodología de análisis común, desarrollada por IK Ingeniería, para la evaluación del impacto ambiental y económico. Dicha metodología se utiliza para analizar el éxito de las estrategias de ecodiseño adoptadas a través de la comparación de los impactos del equipo antes y después de la introducción de las modificaciones. Asimismo, los resultados de impacto obtenidos en la evaluación individual de los equipos serán vitales para llevar a cabo el análisis del impacto ambiental y económico de la subestación en su conjunto.
Próximos pasos
Como próximos retos a abordar en el proyecto se incluye el continuar trabajando en el análisis y selección de las estrategias de ecodiseño de aplicación a los equipos y a la subestación, el definir qué se entiende como “best in class” en el marco del proyecto NEOSUB, el elaborar una herramienta de ecodiseño de subestaciones eléctricas robusta y que incluya la evolución tecnológica, el transmitir a la cadena de valor los éxitos de los trabajos realizados y el ganar en reconocimiento en el mercado.
Conclusiones
NEOSUB pretende consolidar un mecanismo de evaluación económica y ambiental que sea implementado y reconocido en el ámbito de las subestaciones eléctricas y los equipos que la componen. Asimismo, dicho mecanismo permitirá validar la distintividad ambiental de aquellos equipos y subestaciones que hayan realizado más progresos en materia de ecodiseño. El mecanismo en desarrollo impulsará la implantación de procesos de mejora continua, traccionará la cadena de valor de las redes eléctricas y distinguirá aquellos desarrollos que presenten un carácter ambiental diferenciador.
Gracias al carácter innovador del proyecto y del enfoque adoptado, al marco de ejecución favorable propiciado desde Gobierno Vasco y al potente consorcio encargado de su ejecución, en NEOSUB se esperan obtener resultados de impacto que fomenten el posicionamiento de la CAPV como polo de competitividad e innovación y contribuyan a la consecución de los retos ambientales planteados.
La página web del proyecto proporciona información sobre la motivación del mismo, sus objetivos y el consorcio, así como noticias relacionadas con la temática del proyecto.
Agradecimientos
El proyecto NEOSUB está financiado por el Departamento de Desarrollo Económico e Infraestructuras del Gobierno Vasco (Programa HAZITEK) y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER), con expediente ZE-2018/00033.