Comunicación presentada al II Congreso Smart Grids:
Autor
- Carlos de Palacio Rodríguez, Market Manager Power Generation, Asea Brown Boveri S.A.
Resumen
Esta comunicación presenta las medidas de gestión energética, integración de renovables y vehículo eléctrico que pueden tomarse en edificios existentes, para aumentar la eficiencia y evolucionar hacia edificios inteligentes (Smart Buildings) que se interrelacionan con las Smart Grids. Las tecnologías que desarrolla esta comunicación se focalizan, dentro del ámbito de la rehabilitación de edificios, en el punto de vista de tecnología eléctrica, electrónica y de control. Se trata de la integración de autoconsumo fotovoltaico, los puestos de carga rápida de vehículo eléctrico y los sistemas de control de edificio (BMS). El caso del edificio de oficinas de ABB en Madrid sirve como ejemplo de demostración de estas tecnologías y se presentarán los resultados reales.
Introducción
Los edificios consumen en aproximadamente un tercio de la energía primaria (United Nations, 2007) y en el caso de Europa, representan la parte más importante del consumo energético primario (European Commission, 2006). De hecho, la Directiva europea de reducción de emisiones y tendencia a los edificios de consumo de energía nulo, establece objetivos muy ambiciosos para la reducción de emisiones y la eficiencia energética. A partir del 31 de diciembre de 2020, todos los edificios nuevos deben tener un consumo de energía casi nulo. Los nuevos edificios que estén ocupados y que sean propiedad de las autoridades públicas deben cumplir los mismos criterios después del 31 de diciembre de 2018. La Ley 8/2013 de rehabilitación, regeneración y renovación urbanas se basa en la eficiencia energética de edificios y el autoconsumo. Es por tanto muy relevante en proyectos de rehabilitación y mejora de edificios existentes, como el que se presenta, introducir medidas de eficiencia energética y autoconsumo.
La gestión inteligente de los edificios, representa una parte importante de potencial de eficiencia (Colmenar-Santos et al. 2013) y el uso de sistemas avanzados de automatización (BMS) se prevé que pase del 26% de edificios al 40% en 2028, consiguiendo unos valores de ahorro energético entre el 13 y el 22% (European Copper Institute, 2013).
Reducir el consumo energético, realizar el consumo en los momentos más interesantes para la red e integrar la movilidad eléctrica, aporta beneficios económicos, por menor coste energético y coste de movilidad, medioambientales, al reducir las emisiones del edificio y por la movilidad, y en parte sociales, al reducir la contaminación, mediante la eliminación de emisiones y ruido de los vehículos se mejora el bienestar social en la ciudad. Otro beneficio social que permite la carga de vehículo eléctrico en un edificio de oficinas es la comodidad y el ahorro de tiempo, que facilita la movilidad de los empleados al poder cargar en el puesto de trabajo.
Un edificio inteligente (o Smart Building) tiene que realizar un control optimizado de la energía que consume. En el caso del edificio que se presenta en esta comunicación, el consumo está monitorizado y gestionado desde un sistema de control de edificio (BMS), lo que permite automatizar el encendido y apagado de la iluminación según la necesidad real, la automatización de la climatización del edificio y el manejo de manera optimizada de las labores de mantenimiento. Este sistema de autoconsumo con tres tecnologías de paneles solares y seguimiento e integración de carga rápida de vehículo eléctrico en el control de un edificio es único en España.
El Proyecto
El proyecto consiste en complementar el edificio en servicio con un sistema de autoconsumo fotovoltaico y un cargador rápido de carga de vehículo eléctrico, integrados en el sistema de control del edificio.
El edificio se inauguró en 2007 y desde entonces lleva un sistema de control del edificio, con el que se automatizan las funciones de iluminación, aire acondicionado y se monitorizan los consumos del edificio.
El consumo eléctrico mensual del edificio son entre 80000 y 10000 kWh, con una potencia contratada de 451 kW, lo que supone un coste importante en los gastos generales. Teniendo en cuenta el espacio disponible en el techo, se consideró, por facilidad de tramitación siguiendo el RD1699/2011, la potencia de 9,9 kW en instalación de autoconsumo, aunque la estimación de ahorro en energía no es mayor al 2% total anual.
Con la intención de comprobar diferentes tecnologías, se utilizaron paneles thin-film, monocristalinos y policristalinos, montados sobre seguidor solar a un eje, para maximizar la producción. Cada uno de los grupos de 3,3 kW, está conectado a un inversor trifásico y los inversores a la red de baja tensión del edificio. La figura 1 muestra la ubicación de la instalación en la cubierta del edificio, donde se puede apreciar que la estructura está montada sobre losas de hormigón, lo cual evita la necesidad de perforar la cubierta, facilitando su instalación al no requerir impermeabilización.
La instalación de un puesto de carga rápida de vehículo eléctrico, permite la carga con 20 kW de potencia en corriente continua y también carga en corriente alterna. Utilizando el conector tipo Chademo, el tiempo de recarga hasta el 80% de la capacidad de la batería se realiza en poco más de media hora. Esto permite la utilización del vehículo que está a disposición de los empleados durante toda la jornada. La figura 2 muestra el vehículo junto al puesto de recarga instalado en el parking exterior del edificio.
Además de la carga rápida para poder utilizar el vehículo lo antes posible, el sistema permite la carga en otro horario. Es por esto que una carga inteligente es la que se realiza en el momento en el que la energía está en el precio más barato (si es posible). En el caso del contrato existente, en el periodo P6. Si no se va a utilizar más durante la jornada, el coche puede quedar enchufado y la carga realizarse con retraso, comenzando en periodo P6, para estar completo en la jornada siguiente. En el caso futuro de tarifas flexibles según mercado, la carga podría realizarse cuando la señal de precio esté lo más barata, con la condición de estar con suficiente carga para el uso que se le va a dar durante la jornada, para lo que la información de los horarios de uso debe tenerse en cuenta desde el sistema de control.
El sistema de control permite tanto la visualización por un lado del consumo del vehículo eléctrico (en la potencia demandada por el vehículo), como la generación de la planta de autoconsumo (como muestra la figura 3). Se puede indicar tanto el ahorro económico como la reducción de emisiones que suponen.
La gestión inteligente mediante el sistema de control, puede permitir el uso de la carga de vehículo durante las horas más económicas, cuando se vaya a utilizar (previsión de consumo) o podría limitarse su carga si la distribuidora indicara la necesidad de limitar el consumo por restricciones de la red (gestión de la demanda).
Resultados
Los resultados del autoconsumo fotovoltaico han sido muy positivos, excediendo las previsiones de generación en los primeros meses. El ahorro equivalente supone un 2% del consumo de energía del edificio, aunque en momentos de baja demanda y máxima producción puede alcanzarse una penetración solar de superior al 10%. Se estima que la inversión realizada puede tener su retorno en 11 años, con una tasa interna de retorno del 12%. La reducción de emisiones, hasta el momento, durante los 4 meses de operación ha sido sobre 10,5 MWh, con un ratio de 0,255 tCO2/MWh equivalen a 2,7 tCO2 evitadas y se estima que anualmente evitará la emisión de más de 5 toneladas de CO2.
Con el uso de vehículo eléctrico, se han obtenido por ahora resultados en la reducción de costes de desplazamiento en taxi por parte de empleados en labores comerciales, facilitado esto por el aparcamiento en zona hora. Se estima que el coste del renting del vehículo puede amortizarse con 13 visitas comerciales mensuales. Este es un beneficio económico del vehículo, que supone ahorro en el coste de desplazamiento, junto con la reducción de emisiones locales, al ser un vehículo 100% eléctrico. Considerando unas emisiones de 150 g CO2/km, al menos se evitará la emisión de 22 kg de CO2 mensuales mediante el uso del vehículo.
Es relevante el cálculo de potencia necesaria para el puesto de carga, puesto si implicara superar la potencia contratada, aumentaría el coste. Alternativamente puede realizarse la carga sólo cuando hay disponibilidad de potencia entre el consumo del edificio y la potencia contratada, esta gestión inteligente de la carga, evita costes adicionales. El uso de un sistema de autoconsumo fotovoltaico permite utilizar la potencia inyectada en la red interior para el cargador de vehículo. En el caso que nos ocupa no ha habido necesidad de ampliar la potencia contratada ni de controlar los momentos de carga de vehículo, y aunque el autoconsumo no alimenta el cargador de coche eléctrico, podría cubrir el 50% de la potencia de carga en los momentos de máxima producción.
Discusiones y conclusiones
Este proyecto es un ejemplo de rehabilitación enfocado en la integración de energía solar fotovoltaica y carga de vehículo eléctrico, de una manera inteligente, como parte de las Smart Grids. La integración de energía fotovoltaica, permite reducir el consumo neto de la red por parte del edificio, es decir, el coste de suministro. Además, al suministrar parte de la energía libre de emisiones.
Siguientes pasos en la evolución como Smart Building y en relación con las Smart Grids, puede ser:
- Incrementar la cuota de generación renovable e integrar la misma en la red mediante balance neto si se regula correctamente.
- Incrementar los puntos de conexión de vehículo eléctrico a las plazas de parking de empleados según vaya extendiéndose el uso de vehículos.
- El uso del almacenamiento eléctrico del vehículo para el consumo del edificio, de manera bidireccional.
- La gestión del consumo siguiendo la información de precio eléctrico en tiempo real (a partir del contador electrónico) ya que actualmente se basa en los precio por periodos (P1-P6).
- La posibilidad de funcionar como microrred en caso de falta de disponibilidad de la red, mediante el uso del generador de emergencia diésel, la generación fotovoltaica y el almacenamiento en vehículo eléctrico.
El proyecto demuestra que los beneficios económicos, ambientales y sociales de las medidas presentadas compensan los costes y pueden ser replicados en otros edificios similares.
La evolución hacia un Smart Building, como la evolución hacia una red más inteligente o Smart Grid no llega nunca a ser completa, es un proceso de mejora continua, que en el caso del edificio no acaba con el consumo de energía nulo, siempre podrá ser más inteligente la gestión del edificio para mejorar el confort y la accesibilidad, a la vez que se reduce el consumo, produciéndose excedentes de generación destinados a movilidad o a la red eléctrica.
Agradecimientos
Agradecemos la colaboración de las empresas que han participado junto con ABB en el proyecto de autoconsumo y la empresa suministradora del vehículo eléctrico.
Referencias
- United Nations, 2007, Buildings and Climate Change Status, Challenges and opportunities, United Nations Environment Programme, Paris.
- European Commission, 2006, Action Plan for Energy Efficiency: Realising the Potential
- Colmenar-Santos, A., Terán de Lober, L. N., Borge-Diez, D & Castro-Gil, M., 2013, Solutions to reduce energy consumption in the management of large buildings, Energy and Buildings, no. 56, pp. 66-77.
- European Copper Institute, 2013, The scope for energy and CO2 savings in the EU through the use of building automation technology.