El AGUA DE MAR COMO FUENTE DE ENERGÍA RENOVABLE EN LA CLIMATIZACIÓN Joaquín Rodríguez Carabias - Dr. Ingeniero Barcelona-12 /06/2015 1 V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015 Introducción Introducción El consumo energético humano es indicativo del grado de evolución de un país V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015 2 Introducción Consumo Y Reservas De Combustibles Fósiles Contexto Energético Actual V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015 3 17 9 47 27 Introducción Distintos Usos De La Energía Contexto Energético Actual Calor Transporte Electricidad Ø La demanda de energía para calor a nivel global constituye el 47% de la energía final. Usos no energéticos 13 Ø Un 43% de esa demanda de calor corresponde a calefacción y ACS de las viviendas y un 44 % a procesos industriales. 43 Industria alta T Viviendas 30 14 Industria baja T Servicios V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015 4 Formas De Reducir El Consumo De Energía Consumo De Energía En El Sector Terciario Con un consumo del orden del 28% del consumo total de energía, es uno de los sectores con más potencial de ahorro, y adecuado para aplicar las energías renovables Retos de la sociedad tecnológica y científica actual: Ø Reducir el consumo de energías fósiles y la contaminación medio ambiental, sin reducir la calidad de vida de los ciudadanos. Líneas básicas de actuación: Ø Aplicación de medidas pasivas en los edificios. Ø Mejorar la eficiencia energética de los sistemas de climatización: • Nuevos equipos y sistemas más eficientes • Equipos terminales de baja temperatura Ø Integración de las energías renovables dentro de los sistemas convencionales. V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015 5 El Barrio El barrio Bloques Viviendas Sup. construida Sup. útil 15 420 120.000 m² 83.000 m² Demanda energe*ca de referencia según diferentes fuentes Calefacción (kWh/ Refrigeración( Total (kWh/ m²·año) kWh/m²·año) m2·año) Fuente 95,47 (28,90) 147,77 Consumos reales 62,80 28,90 104,10 IDEA 20111 41,18 13,73 73,97 ICAEN 20052 CTE Demanda de referencia Ed.San Joan 26,49 15,54 65,43 CTE Demanda nuevos edificios Demanda prevista tras rehabilitación 15,00 15,00 53,4 31,4 7,7 48,4 2606200 639100 3245300 Demanda anual tras rehabilitación (kWh/m2.a) P_max Cal [kW] 3,500 25,000 3,000 20,000 2,500 2,000 15,000 1,500 10,000 1,000 5,000 500 0 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 14,000 Energía kWh/día Calef. kWh P_max [kW] 30,000 Demanda de frio para 83.000 m2 P_max Frio [kW] 4,000 12,000 3,500 10,000 3,000 2,500 8,000 2,000 6,000 1,500 4,000 1,000 2,000 Dia 1IDAE: Frio kWh 0 500 0 30 60 90 120150180210240270300330360 P_max [kW] Demanda de Calefacción para 83.000 m2 Energía kWh/día Rehabilitación De Edificios Consumo De Energía En Los Edificios Del Bario De Referencia 0 Dia Escala de calificación energética para edificios existentes. IDEA, Madrid, mayo 2011 “Estudi del potencial de microcogeneració a Catalunya”. ICAEN, Badalona, abril 2005 2ICAEN: V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015 7 Qcon=10 KWt Qcon 10 COP = = = 10 E.ele 1 T.con Condenser Evolución del COP en funcion T.evaporador, manteniendo T.condensador a 35ºC Eele =1KWe 9 8 7 6 COP Red Baja T. Para Climatización de Viviendas Utilización Del Agua de Mar Como Sumidero/Foco De Calor 5 4 3 Evaporator 2 5 15 25 35 45 ∆ T= T. condensador -T. evaporador T.eva Qeva=9KWt COP—Coefficient Of Performance V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015 8 El Sistema pensado para aplicar en ciudades cerca del mar, y trabajar con radiadores de baja temperatura (tipo Jaga) y/o suelos radiantes. I1 Bomba de Calor Bomba de Calor D. calor 1500 KW 1500 kW D. frío D. calor 150 KW P1 Centro de consumo de agua fría/aliente 1500 KW 350KW 200 KW 350-­‐0KW 1500 kW 350-­‐ 0KW 150 KW Red eléctrica 2000KW P. Solar fotovoltaica D. frío D. calor Centro de consumo de agua fría/aliente MAR MEDITERANEO Red Baja T. Para Climatización de Viviendas Utilización Del Agua de Mar Como Sumidero/Foco De Calor Bomba de Calor P2 Temperatura impulsión Suelo radiante Radiadores baja T. Calefacción Refrigeración 35 38 14 12 V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015 9 40 T. Agua del mar en Tarragona, T.Calección, T. refrigeración 35 T .agua Mar 30 Temperatura ºC Introducción Red Baja T. Para Climatización de Viviendas Utilización Del Agua de Mar Como Sumidero/Foco De Calor T.calefacción T.refrigeración 25 20 15 10 5 0 15/01/10 15/02/10 15/03/10 15/04/10 15/05/10 15/06/10 15/07/10 15/08/10 15/09/10 15/10/10 15/11/10 Dias del año Suelo Radiante ………… T. Impulsión 35ºC; ∆T 20ªC Suelo Refrescante ……….T. Impulsión 14ªC; ∆T 10ªC V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015 10 Introducción Prestaciones Bombas De Calor Agua/Agua Utilización Del Agua de Mar Como Sumidero/Foco De Calor COP=7.8 V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015 11 Prestaciones Bombas De Calor Agua/Agua Utilización Del Agua de Mar Como Sumidero/Foco De Calor COP=6.3 COP=6.3 V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015 12 Prestaciones Bombas De Calor Agua/Agua Utilización Del Agua de Mar Como Sumidero/Foco De Calor SEER- Razón de eficiencia energética estacional (Seasonal Energy Efficiency Ratio) V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015 13 Prestaciones Bombas De Calor Agua/Agua Utilización Del Agua de Mar Como Sumidero/Foco De Calor COP=9.1 COP=8.1 V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015 14 Rendimientos Y Emisiones Especificas De CO2 Consumos De Energías Fósiles Y Emisiones De CO2 Para determinar el ahorro de consumo de gas y de emisiones de CO2, partimos de los siguientes valores: • COP estacional de las B. de calor refrigeradas por aire………………… 4 • COP estacional de las B. de calor refrigeradas por agua de mar .......... 10 • Rendimiento estacional de las calderas de gas …………………………80% Rendimiento eléctrico de las Centrales C.C. ………………………… 50% • Emisiones de CO2 por kWh de gas consumido……… 0.215 kgCO2/kWh.GN • Emisiones de CO2 por kWh eléctrico producido …… 0.181kgCO2/kWhele V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015 15 Determinación Del Consumo De Energía Y Emisiones De CO2 Introducción Resultados Para El Barrio De Referencia Consumo de gas natural y emisiones de CO2, en función del sistema de producción de agua fría y agua caliente Sistema u*lizado Gastos E.T para E.T para Consumo de Consumo de Consumo de Consumo gas Consumo total Emisiones de energé*cos calefaccón refrigeración gas Caldera E.E de la red E.E de la PVS Central C.C* de gas (kWh/ CO2 (Kg/año) de operación (kWh/año) (kWh/año) (kWh/año) (kWh/año) (kWh/año) (kWh/año) año) (€/año) Consumos actuales (Caldera de gas y bombas de calor individuales, refrigeradas por aire ) 7918200 Una vez rehabilitado 2606200 individuales, refrigeradas por aire ) (Caldera de gas y bombas de calor Una vez rehabilitado 2606200 (Sistema centralizado con bombas de calor refrigeradas por agua de mar) 11,097,100 2,236,557 533,835 2398700 9897750 599675 0 1199350 639100 3257750 159775 0 319550 3,577,300 (32%) 729,336 (32%) 167,058 (31%) 58,740 (2.6) 74,642 (14%) 0 0 639100 0 324530 0 649060 649,060 (5.8%) (Sistema centralizado con bombas de 639100 calor refrigeradas por agua de mar) 2606200 + 0 0 324530 0 0 Una vez rehabilitado (Planta Solar Fotovoltaica) *Asumimos que la energía eléctrica de la red, es producida con una central de ciclo combinado ( C.C.C) V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015 16 Determinación Del Consumo De Energía Y Emisiones De CO2 Consumo GN (kWh/año) 1.2E+07 1.0E+07 8.0E+06 6.0E+06 4.0E+06 2.0E+06 0.0E+00 1.1E+07 3.6E+06 6.5E+05 Sistema actual Una vez rehabilitado Rea. + Red baja T. 0.0E+00 Rea. + Red baja T. +SFV Emisiones de CO2 (kg/año) Emisiones de CO2 (kg/año) Introducción Resultados Para El Barrio De Referencia Consumo GN. (kWh/año) 2.5E+06 2.0E+06 1.5E+06 1.0E+06 5.0E+05 0.0E+00 2.2E+06 7.3E+05 5.9E+04 Sistema actual Una vez rehabilitado Rea. + Red baja T. 0.0E+00 Rea. + Red baja T. +SFV V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015 17 Introducción Ejemplo Para Una Ciudad A 5km Del Mar Capacidad Calorífica De Las Redes De Baja Temperatura Dado que la distancia es importante (10 km de tubería) utilizamos como conducto de circulación de agua una tubería con baja pérdida de carga [PVC orientado DN-­‐800; PN-­‐20; DI-­‐750 mm] Potencia calorífica de la red y consumo de E. Eléctrica para circular el agua, en función del caudal de agua V(m/s) del Caudal Coste Coste zanja agua por la de agua tuberia (€) tuberia (m3/s) (€) 0.5 0.226 1 0.451 1.5 0.676 Coste de una P. E. Bombas Nº viviendas que Potencia E. Aportada por el E. Eléctrica planta solar para circulacion se pueden calorífica de la agua del mar consumida producir la E.E de agua clima*zar red (kW) (kWh/año) (kWh/año) requerida en la (KW) (100m2-­‐CTE) instación (€) 600,000 1,200,000 6.78 6613 57,134,246 5,713,425 15,871 3,174,125 49.61 13196 114,015,686 11,401,569 31,671 6,334,205 157.17 19780 170,897,126 17,089,713 47,471 9,494,285 V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015 18 Capacidad Calorífica De Las Redes De Baja Temperatura 157.17 200 KWe 150 49.63 100 6.78 50 0 0.1 1 Velocidad del agua por la tubería (m/s) Introducción Nª de Viviendas 47,471 50,000 40,000 30,000 20,000 10,000 0 31,671 15,877 0.1 1 1.5 Velocidad del agua por la tuberia (m/s) 1.5 E. Aportada por el agua de mar (kWh/año) Nº de viviendas que se pueden climatizar (100 m2-CTE) Energia apotada por el mar (kWht/año) Ejemplo Para Una Ciudad A 5km Del Mar P.Eléctrica Bombas circulación del agua (kWe) 1.7E+08 2.E+08 1.1E+08 2.E+08 1.E+08 5.7E+07 5.E+07 0.E+00 0.1 1 1.5 Velocidad del agua por la tuberia (m/s) V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015 19