Smart and flexible 100% renewable district heatingand cooling systems for European cities
XARXA DE CALOR AMB 100 % ENERGIA RENOVABLE AL BARRI DE L’ESTRELLA DE
BADALONAEnergy Efficiency: Systems, Buildings and Communities Research Group
IREC
Laura SisóBadalona, 6 de juny de 2016
XARXA CALOR 100 % RENOVABLE
Font: Presentació “Instal·lacions de biomassa. Tipus, rendibilitat i ajuts” per Toni Campanyà, cap de la Unitat de Biomassa de l’ICAEN
Índex
1. Demanda energètica2. Solucions tècniques3. Anàlisi energètica4. Anàlisi econòmica5. Anàlisi ambiental6. Exemples d’instal�lacions7. Conclusions
1. Demanda Energètica.Estimació demanda calefacció i ACS
* Calculat en base estadística assumint 28 l/dia�persona & 2.7 persones/habitatge (Código Técnico de Edificación 2013; IDAE 2011)
Ratis Demanda Anual
(kWh/m2) Calefacció ACS Categoria edifici Font
Residencial 11.89 13.52*Categoria B.
C1=0,2
“Documento reconocido
escala de certificación
energética” IDAE 2011
Oficines, comercial 25.00 0.85Categoria B.
C=0,5
Rati per oficines > 500 m2
(PEMB 2002)
Edifici terciari 25.00 0.85Hipòtesi: mateix perfil de demanda que el
d’oficines/comercial
Demanda anual d’energia 1 112 MWh/any
Demanda pic de l’any 800 kW
1. Demanda Energètica.Estimació demanda calefacció i ACS
Demanda anual d’energia 1 112 MWh/any
Demanda pic de l’any 800 kW
Capacitat sistemes Opció 1BIOMASSA
OPCIÓ 2BIOMASSA i SOLAR TÈRMICA
Demanda màxima 800 kW 800 kW
Biomassa 2 calderes de biomassa estella:
•300 kW
•200 kW
1 caldera de biomassa estella:
•350 kW
Solar tèrmica - Camp captadors plans:
•350 kW - 500 m2
Acumulació tèrmica Tanc d’aigua calenta
•25 m3
Tanc d’aigua calenta
•40 m3
2. Solucions tècniques.Biomassa i Solar Tèrmica
2. Solucions tècniques.Disseny xarxa canonades i sala màquines
Canonades d’acer
Diàmetre màxim DN65
Diàmetre mínim DN32
Longitud total de la xarxa (anada i tornada)
945 m
Temperatura de
subministramentTemperatura de
retorn
85 ºC 60ºC
Pèrdues de calor a les canonades
6 % de la càrrega total del sistema
Espai necessari sala màquines
Aprox 100 m2
2. Solucions tècniques.Inversió de Capital
Opció 1 - Biomassa Opció 2 – Solar tèrmica & Biomassa
Inversió central 264 600 € 396 500 €
Inversió xarxa DH 45 570 € 45 570 €
Subtotal central + DH 310 170 € 442 070 €
Costos d’estructura 77 540 € 110 510 €
Inversió total 387 700 € 552 600 €
3. Anàlisi energètica
HipòtesisPoder calorífic / Paràmetres de rendiment dels
captadorsCost energia
Biomassa –Estella (30% humitat)
3.25 kWh/kg 0.031 €/kWh
Solar tèrmica –Captadors solars plans
η0 = 0.806; a1 = 2.58 W/m²K; a2 = 0.009 W/m²K² 0 €/kWh
Opció 1 - BiomassaOpció 2 - Solar tèrmica
& Biomassa
Producció de calorBiomassa (MWh/any) 1 176 820
Solar tèrmica (MWh/any) - 356
Consum de combustible Biomassa (t/any) 401 281
Hores d’operacióBiomassa (hores/any) 5 031 2 950
Solar tèrmica (hores/any) - 2 320
Fracció solar en base anual per Opció 2 30%
Fracció solar a l’estiu per Opció 2 90%
5. Anàlisi ambiental.Estalvi d’emissions
Estalvi combustibles fòssils 1 170 MWh/any
Estalvi de tones de CO2 230 tones CO2/any
Barri convencional ECO Barri
Sistema calefacció individual Gas Natural Xarxa de calor amb Biomassa i Solar tèrmica
7. Conclusions� Una xarxa de calor amb 100% energies renovables al barri de
l’Estrella és una solució econòmicament competitiva enfront
altres tecnologies convencionals basades en combustibles
fòssils.
� La solució proposada és tècnicament viable i ofereix un estalvi
de 1170 MWh/any de combustible fòssil i 230 tones de CO2 /any
� El sistema DH 100% Renovable completa el disseny d’un barri
sostenible, on els edificis hauran de ser dissenyats amb una
demanda mínima, contribuint a aconseguir una Certificació A.
� Al consumir biomassa en un entorn urbà, el projecte d’enginyeria
haurà de contemplar les normatives al respecte en el disseny de
filtres necessaris. [Pla d’actuació per a la millora de la qualitat de
l’aire horitzó 2015 (PAMQA) i altres]
ECO-BARRI DE L’ESTRELLA
BENESTAR CIUTADANSMENOR IMPACTE AMBIENTAL
Factors
Socials
Factors
Socials
Factors
Econòmics
Factors
Econòmics
PlanejamentPlanejament
Factors
Tècnics
Factors
Tècnics
Factors
Ambientals
Factors
Ambientals
VISIÓ HOLÍSTICA
BADALONA, Barri de l’Estrella
Urban Planning Area
Urban Information
Residential
Public building - services
Green Area
Road network
1. Demanda Energètica5 edificis
residencials i comercials
1 edifici residencial i d’equipaments
públic
336 habitatges:
30 645 m2
Oficines i comercial:
5 535 m2
44 habitatges
protecció oficial:
2 782 m2
Equipament:
4 629 m2
5. Anàlisi ambiental.Impacte de l’emissió de partícules
Reduccions de les partícules emeses en processos de combustió amb sistemes de control (BERC biomass energy research center- USA, 2011)
Comparativa d’emissions de diferents combustibles (IDAE, 2002)
� Disseny acurat de filtres
� Mesures compensatories �
Vehicle Elèctric
6. Exemples instal�lacions.Bellver de cerdanya
Consumidors:Calefacció i ACS l’escola, la guarderia, el poliesportiu, el centre cívic i escalfa
l’aigua de la piscina municipal a l’estiu
Posada en marxa: Gener 2009
Potència: Dues calderes de 500 kW y 200 kW instal·lades en paral·lel
Acumulació: Dos dipòsits d’inèrcia de 8.000 litres cadascun
Combustible:Estella de pi amb humitat màxima de 30% provinent d’activitats forestals
locals
Sitja: 112 m3
Consum anual: 686 tones de biomassa
Temperatures DH:Temperatura de l’aigua d’impulsió � 90ºC
Temperatura de l’aigua de retorn � 60ºC
Longitud de canonada: 297 m
Inversió: 531 000 €
Estalvi: Substitució de per biomassa � estalvi de de 45.000 €/any
Amortització: 5 anys
6. Exemples instal�lacions.Büsingen (Alemanya)
Consumidors:Calefacció i ACS per 1400 habitants
Demanda energètica: 3 524 MWh/any
Posada en marxa: 2012
Equip:Caldera de biomassa
Captadors solars 1000 m2
Acumulació: Dipòsit d’inèrcia de 100 m3
Combustible: Estella llenyosa
Temperatures DH:Temperatura de l’aigua d’impulsió � 75 - 80ºC
Temperatura de l’aigua de retorn � 50ºC
Longitud de canonada: > 5 km
Inversió: 3 750 000 €
IMPLANTACIÓ DE LA BIOMASSA A LA PROVÍNCIA DE BARCELONA
Instal·lacions de biomassa en equipaments públics de la província de Barcelona que s'alimenten amb biomassa. Font: Diba
Hi ha calderes de biomassa en funcionament a molts municipis de l’àrea metropolitana (Barcelona, L’Hospitalet, Sant Cugat, Tiana...).
Un 22% de la potència total de les instal·lacions de biomassa de la província de Barcelona es troba en equipaments públics.
IMPLANTACIÓ DE LA BIOMASSA A LA PROVÍNCIA DE BARCELONA
AGS: dependències d'Administració-Gestió-ServeisLECS: dependències amb ús Lúdic-Educatiu-Cultural-Social
Font: Diba
LIMITACIONS DE L’ESTUDI
• L’estimació de la demanda de calor del barri es podria
refinar abans de la implementació del projecte. La demanda
de calor es pot calcular d’una manera més acurada
utilitzant eines de simulació dinàmica.
• El consum de l’edifici terciari serà diferent a l’estimat en
aquest estudi. Manca d’informació sobre el seu ús final.
• L’estudi és molt sensible als paràmetres econòmics:
• Influència de la tassa d’inflació, tassa d’interès del mercat.
• El cost d’inversió total dependrà de l’oferta real.
LA BIOMASSA COM A COMBUSTIBLE-DIMENSIONAMENT SALA DE MÀQUINES
• Norma UNE-60.601• En edificis de nova construcció, l’alçada
mínima de la sala de màquines ha de ser 2.50 m.
• ~100 m2 superfície sala de màquines• Caldera 300 kW � 7.5 m3 (4 m2 base caldera)• Sala Calderes Centre Comercial La Malla Osona (810 kW –
950MWh/any) � ( 9,80 x 7,30 x 4,00)m (72m2 a La Malla)• SITJA LA MALLA: Capacitat autonomia: 21 dies (demanda màxima)
LA BIOMASSA COM A COMBUSTIBLE -EMMAGATZEMATGE
• Viabilitat tècnica de la ubicació de la sitja de biomassa
i de la seva càrrega.
Per una instal·lació de biomassa de 500 kW
Sitja soterrada de ~ 110 m3 per autonomia de 3 setmanes
Segons RITE:•Per potència instal·lada > 70 kW, l’emmagatzematge de biomassa ha d’estar separat de la caldera
•Capacitat mínima d’emmagatzematge ha de ser suficient per cobrir el consum de 2 setmanes
LA BIOMASSA COM A COMBUSTIBLE -EVACUACIÓ DE FUMS
• El sistema de evacuación de humos consiste en una chimenea. La única diferencia con una chimenea de un sistema de combustible líquido o gaseoso es el diámetro necesario. En el caso de biomasa hay que prever un volumen de gases ligeramente superior, debido a que la humedad que contiene la biomasa se evapora en la caldera y da lugar a vapor de agua que sale mezclado con los productos de la combustión, aumentando así el volumen de los gases.
SOROLL• En lo que respecta a la calidad del ambiente acústico, el RITE remite al Documento
Básico DB-HR Protección frente al ruido del Código Técnico de la Edificación (CTE). No obstante, las calderas de biomasa suelen incluir sistemas internos de reducción de ruidos, por lo que resultan más silenciosas que las de gasóleo y, en general, no presentan inconvenientes relacionados con el nivel de ruido.
LA BIOMASSA COM A COMBUSTIBLE –NORMATIVA IMMISSIONS
• Europa:– Directiva 2008/50 relativa a la qualitat de l’aire ambient i a una atmosfera més
neta a Europa. PM, O3, NO2, SO2, CO, Pb, C6H6.
– Directiva 2004/107 relativa a l’As, Cd, Hg, Ni, HAP (BaP) en l’aire ambient
• Espanya:– Reial decret 102/2011 (incorpora al dret nacional la Directiva 2008/50 I
deroga el Reial decret 812/2007 que incorporava la Directiva 2004/107)
– Resolució 30.04.2013 Pla Nacional de Qualitat de l’Aire 2013-2016.
• Catalunya:– Decret 226/2006 i Acord de GOV/82/2012 de la Generalitat pels quals es
declara zona de protecció especial de l’ambient atmosfèric diversos municipis
de les comarques del Barcelonès, el Vallès Oriental, el Vallès Occidental i el
Baix Llobregat per al contaminant diòxid de nitrogen i per a les partícules.
LA BIOMASSA COM A COMBUSTIBLE –NORMATIVA EMISSIONS
• Europa:– Directiva 2010/75 relativa a les emissions industrials
– Dues propostes de regulació (una per “solid fuel boilers” i l’altre per “local space
heaters”) d’acord amb la Directiva 2009/125 d’ecodisseny.
– Per les calderes de biomassa es proposa que a partir de l’01.01.2018 no puguin emetre
més de 20 mg/m3 de partícules.
• Espanya:– Reial decret 815/2013 pel qual s’aprova el Reglament d’emissions industrials.
Desenvolupa la Llei 16/2002 de prevenció i control integrats de la contaminació i
incorpora parcialment al dret nacional la Directiva 2010/75.
– Norma UNE-EN 303-5:2013 Calderes de calefacció per combustibles sòlids fins 500 kW
de potència útil nominal. Terminologia, requisits, assaigs i marcatge. Aquesta norma
determina els valors d’emissió.
• Reial decret 100/2011 – Pel qual s’actualitza el catàleg d’activitats potencialment contaminadores de l’atmosfera
(CAPCA – 2010). Actualitza l’annex IV de la Llei 34/2007, de qualitat de l’aire i protecció
de l’atmosfera.
PLA D’ACTUACIÓ PER A LA MILLORA DE LA QUALITAT DE L’AIRE. HORITZÓ 2015
(PAMQA)
Recomanacions Document Biomassa DIBA :
LA BIOMASSA COM A COMBUSTIBLE –SISTEMES DE NETEJA DE GASOS DE COMBUSTIÓGUÍA DE LA NORMATIVA ESTATAL SOBRE EMISIONES A LA ATMÓSFERA (CAPCA–2010, o Catàleg d’Activitats Potencialment Contaminants de l’Atmosfera): Calderes per a la generació de calor per a districtes urbans s’hi troben incloses
– Detalla els requisits que s’han de complir per minimitzar i controlar les emissions
– Detalla obligacions generals dels titulars de les instal·lacions, com ara la realització de controls de les
emissions, el manteniment de registres de les mesures de contaminants desenvolupades, i la comunicació de
la informació relativa a les emissions i controls a l'òrgan competent de la seva comunitat autònoma.
Opcions tecnologies per a reducció d’emissions : �Precipitadors electrostàtics�Multicicló�Conversors catalítics�Filtres de mànigues�Condensadors de gasos de xemeneia
ENERGIA SOLAR TÈRMICA
• Captador solar pla amb coberta no vidriada
• Model: Gluatmugl HT
• Nivell Temperatures d’operació: 80 – 120 ºC
2. Solucions tècniques.Inversió de Capital
Comparativa amb altres DH amb biomassa existents a Espanya
4. Anàlisi econòmica
Opció 1 - BiomassaOpció 2 - Solar tèrmica
& Biomassa
Costos anuals
Costos de manteniment & operació 6 200 €/any 8 840 €/any
Costos de combustible 40 100 €/any 28 000 €/any
Ingressos anuals
Ingressos per venda de calor 101 800 €/any 115 910 €/any
Preu de venda de calor
Preu resultant 9.15 c€/kWh 10.43 c€/kWh
Anys d’explotació 20
Inflació 2 %
Inflació biomassa 2 %
TIR objectiu 15 %
DISTRICT COOLING
Preu de l’energia
Solució proposada 158.32 €/MWh
Sistema convencional 125.00 €/MWh
Anys d’explotació 20
Inflació 2 %
Inflació biomassa 2 %
TIR objectiu 2.39 %
Top Related