Elecnor, a través de su Cátedra Fundación Elecnor de Energías Renovables y Eficiencia Energética, y el Consejo Social de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), han celebrado una nueva “Jornada de Ahorro y Eficiencia Energética”, en esta ocasión, centrada en el binomio agua-energía.
A lo largo de la Jornada de Eficiencia Energética en el Sector del Agua, desarrollada el 20 noviembre 2014 en la Universidad Politécnica de Madrid, se planteó el escenario en el que se encuentra en estos momentos el binomio agua-energía. Se puso de manifiesto cómo ambos recursos están estrechamente vinculados ya que la gestión del agua conlleva consumo de energía y, por su parte, la generación de energía se encuentra íntimamente relacionada con el uso y consumo de agua, tanto en generación de energía de manera directa como en refrigeración de centrales o sistemas de abastecimiento y regadío. Por tanto, se hace necesario el estudio y análisis de ambos elementos de manera conjunta.
Se puso también de manifiesto cómo España es país de referencia en Europa, pues a pesar de ser más seco que la media europea es capaz de realizar una mejor gestión del agua.
Los conferenciantes, representantes de compañías claves en el sector, expusieron cómo sus empresas llevan a cabo su actividad preservando al máximo el binomio agua-energía.
La dualidad agua-energía es un concepto fundamental. Es necesario y vital reducir tanto el consumo de agua, gestionando de la mejor forma evitando así las pérdidas, como el de la energía empleada para esta gestión. Se prevé que para el 2035 aumente el consumo de agua aproximadamente en un 85% y el de energía en un 50% a nivel mundial. Por esta razón, es crítico el desarrollo de sistemas eficientes en el sector del agua.
ACUAMED es una empresa de carácter público cuyo campo de actuación principal son las infraestructuras de desalación y transvases, participando principalmente en la cuenca mediterránea.
Su plan de eficiencia energética consiste en reducir los costes mediante el ahorro y la eficiencia energética para obtener beneficios medioambientales, “Plan estratégico de ahorro y eficiencia energética, 2014-2017”.
Algunas de las líneas de acción que realizan para poder cumplir sus objetivos son las siguientes; monitorización y registro continuo de datos, revisiones energéticas, planes de modelización y optimización de las desaladoras, mejora de los rendimientos de bombeo de distribución, gestión más eficiente en los edificios y mejora de los procesos y mecanismos de compra de energía.Se hizo especial hincapié en este último punto, la adquisición de la energía en el mercado eléctrico. El sistema utilizado actualmente es un mix entre el precio fijo con gestión del cliente y el precio variable indexado al mercado diario. Se deja atrás el sistema tradicional de adquisición de la energía a precio fijo pactado con la compañía. De esta forma se consiguen precios más baratos y, paliar, de la mejor forma, las posibles fluctuaciones del mercado, mediante los porcentajes contratados a productos futuros (trimestrales, anuales). En su proceso de contratación de energía se rigen eligiendo a la compañía que tenga menores precios por servicios complementarios, menor margen del comercializador, y mejor información en el mercado. En relación a las estrategias de I+D+i, la compañía está aprovechando el “Programa Horizonte Europa” para mejorar la gestión del ciclo integral de agua y ahorro de costes. Está haciendo grandes esfuerzos en mejorar las tecnologías y los procesos de desalación, en concreto, mediante el uso de membranas novedosas que permitan ahorros de hasta del 10%.
Como conclusión final, se plasmó la idea de que el ahorro y la eficiencia energética son objetivos prioritarios de la empresa y que están integrados tanto en su plan estratégico como de I+D+i.
La sociedad Aguas de Valencia fundada en 1890 gestiona la captación, tratamiento y distribución de agua potable en la ciudad de Valencia. El grupo gestiona instalaciones de baja potencia y de gran infraestructura, con el objetivo de producir agua con el menor coste energético y medioambiental posible. Aguas de Valencia posee más de 1,2 millones de clientes distribuidos en más de 216 municipios, produciendo al año 200 millones de metros cúbicos que se distribuyen por medio de una red de tuberías de 11870 kilómetros y una antigüedad media de 30 años. Con una infraestructura tan grande, el reto de la empresa se centra en el consumo energético producido en la distribución de agua hasta los hogares. Las auditorías energéticas internas realizados por la compañía muestran que cerca del 18% del consumo energético anual se debe a pérdidas por fugas de agua en la red de tuberías. Uno de los principales objetivos es la reducción del consumo energético debido a las pérdidas en la red de distribución de agua. Las principales líneas de trabajo se basan en:
Por tanto las prioridades de Aguas de Valencia se basan en reducir el agua que se pierde en la red de transporte. La principal dificultad de las fugas de agua en la red es que más del 70% de ellas no se manifiestan en la superficie, complicando su detección.
Para evitar las pérdidas en la red de distribución, Aguas de Valencia ha establecido un plan de acción basado en:
Es fundamental por tanto disminuir las fugas en la red de distribución en este sector de actividad consiguiendo un uso más óptimo y racional de los recursos naturales y energéticos, sinónimo de beneficio, sostenibilidad y desarrollo.
La empresa data de mediado del siglo XIX (1851), se caracteriza por abastecer a la ciudad de Madrid que se caracteriza por no tener un rio importante próximamente y que tiene que abastecerse del rio Lozoya a unos 70 km.
Actualmente gestionan todo el ciclo integral del agua, abastecen a 6,29 millones de habitantes, disponen de un gran conjunto de infraestructuras, algunas de ellas son: 14 embalses (950hm3 de capacidad ), 13 ETAPS, 20 instalaciones de bombeo de agua potable, 156 depuradoras, 120 elevadoras de agua residual, 28 instalaciones de regeneración de agua depurada para usos de menor exigencia baldeos/riegos de zonas verdes/gran papelera, entre otras instalaciones…
Trasiegan unos 500 hm3/año de agua potable y otros 500 hm3/año de residuales. Canal tiene un gran consumidor eléctrico (unos 500 GWh/anuales), este dato es muy variable en función de la climatología, debido a que en caso de escasez (años secos) de recursos hídricos usan recursos estratégicos subterráneos estratégicos y trasvases del Rio Alberche, consumiendo electricidad en estaciones de bombeo.
Dentro del plan de mejora y eficiencia energética de la compañía tiene los siguientes programas: Plan Invierte, Plan Revisa y Plan Renova.
Los puntos fuertes de estos planes consiste en la mejora y eficiencia energética, la reducción del gasto de energía eléctrica (debido a que supone un 15% del presupuesto de la compañía).
Las bases de los planes son:
Otras líneas de trabajo que disponen son:
El Presidente de la Federación Nacional de Comunidad de Regantes de España, D. Andrés del Campo, ha ofrecido una interesante visión de la situación del regadío nacional e internacional, ha presentado los principales problemas que se le presentan e incluso ha dado las claves de cómo poder solucionarlo.
El regadío español es el que más agua demanda, ya que representaba casi un 80% de los usos consuntivos. Actualmente el consumo de ha reducido al 63% gracias a una gran inversión en su modernización. El buen uso del regadío es fundamental, ya que, con sólo un 15% del área cultivada proporciona el 60% de la producción agrícola, añadía D. Andrés del Campo.
La evolución del regadío en España desde el año 2000 al 2013 se basa en el cambio del tipo de riego. Mientras que en el año 2000 la mayor parte del riego se hacía por gravedad y el riego localizado solo contaba con el 17% del riego total, el año pasado el riego por gravedad suponía el 28% del total y el riego por goteo casi la mitad de la totalidad. Según el presidente el Presidente de la Federación Nacional de Comunidad de Regantes de España, es una buena noticia porque el riego localizado, o de goteo, es el más eficiente en términos de consumo de agua.
Para poder enmarcar a España en un ámbito internacional se han presentado los datos de los porcentajes del riego localizado de diversos países, entre los cuales, España estaba en segundo lugar con el 48% superando con creces la media mundial que no alcanza el 6%.
El consumo de electricidad en el regadío, al igual que sucedía con las plantas desaladoras en ACUAMED, supone un importante coste de producción. Además, en el regadío una reducción en el consumo de agua utilizada supone un aumento de consumo energético debido al esfuerzo de modernización de los sistemas. Este incremento de precio se debe a dos factores fundamentales: el excesivo coste de las tarifas eléctricas y el mayor consumo eléctrico.
El factor que más afecta a los costes energéticos del regadío se basa en el término de potencia contratada para el regadío. Este término se ha incrementado en más de un 1000% desde el año 2006 tanto en 3 como en 6 periodos, apuntaba D. Andrés del Campo.
A la vista del aumento de la tarifa desde FENACORE se reivindicaba que se facture por la potencia real registrada y no por la potencia teórica contratada, que los consumidores puedan hacer dos modificaciones de la potencia contratada en el plazo de 12 meses, aplicar contratos de temporada, fomentar la producción de energía distribuida para autoconsumo y la aplicación de un IVA reducido para las Comunidades de Regantes.
FENACORE también presentó sus logros conseguidos recientemente entre los que destacan la exención del impuesto especial eléctrico (I.E.E.) o la reducción de los módulos del ERPF.
En las comunidades de regantes se puede conseguir una mayor eficiencia y para ello la prioridad debe ser el control, la gestión y la optimización, con medidas como la creación de instalaciones ajustadas a las necesidades, la adecuación de las bombas a la curva de trabajo con el mejor rendimiento o el seguimiento de evolución de niveles de agua, entre otras.
Desde la Federación Nacional de Comunidad de Regantes de España, se han dado algunos consejos de cómo ahorrar energía, como el análisis de la curva de carga real del suministro, ver como se producen los consumos, cuantificar y eliminar los consumos residuales, etc.
D. Andrés del Campo, en su ponencia, presentó unos datos de la FAU en los que se indicaba que para el año 2030 se necesitarán un 40% más de alimentos para abastecer a la población.
Este dato impone una serie de desafío al regadío, tales como, producir más con menos agua y menos tierra per capita, el uso de tecnólogas para una sostenibilidad medioambiental, la contribución de la agricultura a la economía, entre otros muchos desafíos.
Por lo tanto, con la ponencia del Presidente de la Federación Nacional de Comunidad de Regantes de España, se concluye que se necesita flexibilizar los contratos eléctricos para el regadío y posibilitar contratos de temporada, realizar auditorías energéticas en los bombeos y la modernización del regadío con el objetivo de eficiencia en el binomio agua-energía.
Walter Blümm, Responsable de Medio Ambiente Explotación de Elecnor, subrayó también la importancia de buscar la eficiencia energética desde el momento inicial en el que se planifica el desarrollo de una infraestructura de gestión y tratamiento de aguas contando con la colaboración y experiencia de los agentes implicados en la ingeniería y construcción así como de los actores encargados de la explotación de las plantas de tratamiento de aguas, como Elecnor, que conocen cómo se puede optimizar el uso y la energía a largo plazo.
En estos momentos en que la energía es tan preciada y con las previsiones de consumo de agua para los próximos años, se busca mejorar el conjunto energía-agua en todos los campos posibles, ciencia, tecnología, logística, gestión, etc.
El objetivo de la empresa es:
Dentro de todas las tecnologías que engloban procesos biológicos, el de fango activo es el más extendido. No se sabe bien qué es lo que hacen las bacterias, por lo que se le llama «Black Box», sabemos lo que hacen, pero no cómo lo hacen. A las bacterias que realizan el proceso biológico de depuración se las denomina biomasa activa y nos referimos a ellos como sólidos en suspensión volátil. El 90-95% de la biomasa son bacterias, el 5-10% restante está formado por protozoos (flagelados, rizópodos y ciliados), metazoos (rotíferos, rematodos, gastroides,…) y hongos. Hasta la fecha se han descubierto unas 300 especies distintas de fango activo.
Las bacterias requieren aireación, y esto requiere una gran cantidad de energía en un proceso de tratamiento biológico. Analizamos a continuación el «proceso de nitritación-desnitritación». Queremos eliminar el NH4+ del esquema, para lo cual le sometemos, primeramente, a la acción de las bacterias oxidadoras del amonio AOB (Óxido de amonio oxidante) consiguiendo así el ión nitrito. Dicho compuesto lo sometemos a la acción de las bacterias NOB para conseguir nitrato. Hasta aquí se ha descrito el proceso de nitritación que es aerobio estricto, es decir, debe estar en unas condiciones de exceso de oxígeno para que pueda tener lugar. A continuación tomamos el nitrato obtenido y lo reducimos de nuevo a nitrito para continuar con el proceso de desnitritación hasta obtener nitrógeno. Esta segunda parte del proceso es anaerobio facultativo, es decir, requiere aireación pero no necesariamente debe ser en exceso, por lo que se utiliza el sobrante de aireación en la nitrificación para aportar la aireación necesaria en la desnitritación.
Este proceso es totalmente necesario para la depuración, lo que obliga a estudiarlo para optimizar el coste energético del mismo. Por lo tanto se propone una notable mejora al utilizar el nitrito obtenido en la nitrificación para, directamente, seguir con la cadena de desnitrificación, lo que nos ahorra un paso en el proceso global .Según los estudios y análisis tendremos un ahorro de, aproximadamente, un 40% en el aporte de materia orgánica en procesos que requieren fuentes adicionales de carbono y, lo más importante dado el caso que nos ocupa, podemos conseguir ahorrar un 25% de la energía requerida para la aireación.
Por lo tanto, como conclusión del sistema, ahorramos energía en el proceso utilizando teoría bacteriana, que es otra materia, quizá una de las más desconocidas, en la que la eficiencia energética se hace patente. Por otro lado, el tratamiento de las bacterias es complicado, delicado y está sujeto a muchas variables. De hecho, en muchos casos no se sabe bien qué es lo que hacen ni cómo responden a estímulos externos, solo sabemos cuál es su resultado final (Black Box).
Entre las características de las bacterias sabemos que son importantes algunos factores:
Elector Deimos desarrolla su actividad como parte del área tecnológica del Grupo Elecnor con una plantilla de entorno a 500 personas. A lo largo de su trayectoria profesional han implementado soluciones en los mercados de:
Cabe destacar sus 30 años de experiencia en el sector espacial. Dicha empresa ha lanzado al espacio dos satélites de desarrollo propio, Deimos1 y Deimos2, capaces de proveer imágenes de la tierra en pocas horas, gracias también a dos instalaciones terrestres de seguimientos (segmento de tierra situado en Boecillo, Valladolid) y a una unidad de proceso de datos.
Actualmente existen tres órbitas alrededor de la tierra explotadas por el sector aeronáutico. La órbita geoestacionaria está ocupada por satélites de comunicaciones mientras que la órbita GNSS a unos 20.000 km se utiliza para lanzar satélites de navegación. En el caso de los satélites Deimos se trabaja en la órbita baja o LEO, a menos de 10.000 km de altura. El satélite Deimos 1 permite obtener imágenes de gran angular (más de 600km), de hasta 5 millones de kilómetros cuadrados por día. Deimos 2 fue lanzado en el mes de junio y en el mes de noviembre entró en la fase inicial de Operaciones.Este sistema de obtención de imágenes permite dar al cliente información tenaz y actualizada sobre catástrofes, cartografía, defensa e inteligencia, o contaminación.
Entre las aplicaciones más impresionantes de la teledetección se pueden destacar el control de inundaciones o el cálculo del volumen en embalses por medición directa sobre imagen.Ejemplo. Inundaciones en el Ebro en Enero 2013.
También realizan estudios de seguimiento de yacimientos o incendios, así como evaluación de deforestaciones o vertidos. Dentro de las aplicaciones en el sector del agua, las imágenes captadas por el satélite permiten estudiar la turbidez y la presencia de partículas en ríos o lagos mediante sistemas de calibración en tierra. Por otra parte , los mapas captados en IR nos dan información de la actividad clorofílica en una determinada región así como de la evapotranspiración en zonas de cultivo, lo que permite elaborar recomendaciones de riego, abonado o secuencia de cosechado con alta precisión. Esta información, unida a la colaboración del agricultor como cliente potencial, aumentaría el ahorro de agua y optimizaría la producción. A mayores, se podrían realizar estudios durante épocas de sequía o evaluar el efecto de la deforestación.
El objetivo de Perga Ingenieros SL es crear una nueva forma de generación de energía eléctrica renovable y sin nuevos impactos ambientales, para el autoconsumo o venta a la red con potencias instaladas entre 0.2 y 650 kW.
Estas microturbinas pueden instalarse en varias zonas:
Los tubos Perga están formados por una turbina y un generador asíncrono trifásico totalmente inundable. Ambos están introducidos en un tubo de diferentes diámetros y longitudes, con bridas normalizadas de entrada y salida.
Las características generales de estos tubos son:
Las principales ventajas de las microturbinas frente a las turbinas convencionales son las siguientes:
Es un producto patentado en España y Europa. El turbogenerador se ha probado en condiciones reales en 2011 en una de las principales operadoras de agua de España (canal Isabel II) con unos resultados técnicos y económicos satisfactorios, lo que impulsaron a ampliar la potencia total contratada en el año 2013.
Mejoras en la eficiencia energética de las bombas hidráulicas. GRUNDFOS.
El consumo eléctrico a nivel mundial está creciendo rápidamente sobre todo en países menos industrializados. El crecimiento actual es de 1,7 anual, acumulado en los próximos 20 años se puede llegar a un consumo de un 40% superior al presente. Por tanto se pone al descubierto un problema de eficiencia energética que se debe estudiar y buscar vías de mejoras.
Las bombas hidráulicas están en un sin número de instalaciones: en las universidades, en edificios, en regadíos, etc. En el momento que se requiere mover un fluido hay una bomba escondida gastando energía, de allí viene la importancia de mejorar su tecnología para logar un mayor ahorro de consumo y su relación con la eficiencia energética. El 10% de toda la energía mundial es consumida por bombas hidráulicas y 9 de cada bombas no son eficientes desde el punto de vista tecnológico. Utilizando tecnologías eficientes en bombas hidráulicas se podría reducir el consumo de energía mundial en un 4%, que es equivalente al consumo doméstico eléctrico de 1000 millones de personas.
El servicio brindado por Grundfos es realizar chequeos energéticos de diversos tipos de instalaciones tales como hoteles, edificios, regadíos, entre otros. Se toman datos teóricos de las instalaciones e inmediatamente se realiza un estudio del ahorro energético que podrían obtener en este tipo de aplicaciones y el ahorro que se conseguirían con las nuevas tecnología de las bombas propuestas. El objetivo de la compañía no es vender bombas sino eficiencia energética.
La presentación fue realizada por Carlos Gómez Caicoya y Jacinto Bravo Romo de Elecnor, en ella
explicaron las aplicaciones desarrolladas y algunos ejemplos.
En primer lugar justificaron la experiencia de Elecnor en energía solar fotovoltaica, donde por ejemplo destacaron que llevan más de 32 años dedicándose a ello, tienen instalados más de 200 MW y están presentes en los cinco continentes. También hablaron de su experiencia con el agua, donde pusieron, entre otros ejemplos, la instalación de más de 40 plantas potabilizadoras. A parte de la experiencia, destacaron lo que ellos llaman impulso, donde la Fundación Elecnor y el programa FOCUS I+D+I, ayudan a llevar a cabo estos proyectos. Entre las aplicaciones desarrolladas destacan dos: H2OME y EasySun pump.
H2OME es un módulo sostenible multifuncional especialmente pensado para zonas aisladas, su instalaciones rápida y además es flexible. Como ejemplo hablaron del instalado en Ayerbe (Huesca). El módulo por un lado tiene la parte relativa a energía solar y agua, es decir, una planta potabilizadora (ETAP) de 4000 l/h y una planta fotovoltaica de 12,18 kWp con un sistema de almacenamiento por baterías, y por otro lado unos aseos públicos y un espacio multifuncional que puede ser usado como centro cultural, biblioteca, vestuarios…
La segunda aplicación de la que hablaron fue de EasySun pump, un sistema fotovoltaico de bombeo directo sin baterías. Entre sus ventajas destacaron que se trata de un sistema autónomo (se genera donde se consume), por tanto no está sujeto a actuaciones de precio de la energía, es compatible con otros sistemas y disminuye el CO2 emitido. Estas aplicaciones están disponibles en diversos tamaños dependiendo del uso al que vayan a estar destinadas, por ejemplo, las pequeñas para ámbito doméstico, las medianas para riegos localizados y las grandes para comunidades de regantes, piscifactorías o tratamiento de aguas.
A continuación se detalló más en profundidad el sistema EasySun pump. Hablaron de los tipos de instalación: autónomo con extracción de agua cuando haya sol, asistido donde las horas con sol se utiliza el sistema solar fotovoltaico y cuando no hay sol se toma la energía de red o de grupos electrógenos, e híbrido, para sitios con poco espacio para un huerto solar de tamaño suficiente como para dar el total de la energía, por lo que se utiliza simultáneamente la instalación fotovoltaica y la red o generadores. La aplicación EasySun pump utiliza variadores de frecuencia para controlar el sistema de bombeo y, por tanto, todo el sistema de forma que con un único control se pueden usar todas las bombas existentes.
Aclararon que el sistema fotovoltaico utiliza un seguimiento de Pmax junto con los algoritmos de regulación y estabilización del sistema donde se encuentra el variador de frecuencia. En este sistema se puede controlar la presión, puede establecer comunicación con sistemas externos, realizar la monitorización de datos y de la instalación fotovoltaica en tiempo real y gestionar el inicio y fin de día por ejemplo. Por último mostraron la curva de radiación con la potencia de la bomba y como se consigue estabilizar el sistema tras una variación en la generación de energía solar producida por ejemplo por el paso de nubes.
Finalmente presentaron ejemplos en los que el sistema EasySun pump ha sido utilizado. Uno de ellos fue en la comunidad de regantes de La Punta en Vall d’Ux_o (Castell_on), donde el sistema funciona únicamente con energía solar (124 kWp) para dos bombas de 50 kW que pueden funcionar o no simultáneamente. El último ejemplo, del que también mostraron un video, fue del sistema aislado de Totoral (Chile) donde también construyeron la red. Consistía en tres plantas de 33 kW de energía solar y un sistema de baterías que proporcionaba tanto energía para bombeo como energía para la población y una planta de potabilización por osmosis.
Esta presentación me resultó especialmente interesante por el uso de la energía solar para solucionar problemas relacionados con el agua, una combinación, en mi opinión, muy acertada. El sistema H2OME me pareció que tenía un enfoque muy concreto pero útil para dar solución a pequeños usos locales convencionales, mientras que el EasySun pump enfoca de una manera practica la generación y uso de energía solar fotovoltaica para bombeo aunque, como se vio, también se puede ampliar a otros usos.
Ambos casos promueven la autosuficiencia energética de una manera sostenible, algo a lo que en la actualidad se le está comenzando a dar más importancia.
Alumnos/as del Máster en Ingeniería de la Energía y del Máster en Ingeniería Eléctrica:
Isabel Álvaro Sánchez
Laura de la Viuda Calvo
José Andrés García
Juan Gilavert Gutiérrez
Guillermo Gutiérrez Garrido
Eduardo Miranda Baragaño
Eliana Ormeño Mejía
Celso Otones Vega
Maria Ruiz Checa
Gonzalo Varela Collazo
V Jornada de Ahorro y Eficiencia Energética by EscuelaIndustrialesUPM
Solemne Acto Académico Extraordinario de Graduación ETSI Industriales UPM. 12 de julio de 2024.…
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