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Sustainable & Smart Cities ENERGÍA SOSTENIBLE EN ENTORNOS URBANOS SUSTAINABLE ENERGY IN URBAN AREAS Jornada 16 Junio 2015, Castellón Sostenibilidad en ciudades Evaluación de Sostenibilidad en Ciudades [Banco Interamericano de Desarrollo - Iniciativa Ciudades Emergentes y Sostenibles] Evaluación de Sostenibilidad en Ciudades Evaluación de Sostenibilidad en Ciudades Innovación y Tecnología Gobernanza Proyectos y planificación Financiación Modelo de des. económico PILARES SMART CITY TECNALIA Innovación y Tecnología Aplicación de la innovación y la tecnología a las ciudades y regiones para conseguir procesos más eficientes y con un menor consumo de recursos. PILARES SMART CITY TECNALIA Gobernanza Implicación de todos los agentes, especialmente los ciudadanos, a través del desarrollo de modelos de gobernanza integrados. PILARES SMART CITY TECNALIA Proyectos y Planificación Proyecto de ciudad sostenible a largo plazo, para el que la estrategia Smart City sirve como primera etapa. PILARES SMART CITY TECNALIA Financiación Nuevos modelos de financiación, a través de Colaboraciones Público-Privadas, Compra Pública Innovadora, Inversiones Territoriales Integradas de los Fondos Estructurales Europeos 2014-2020, Proyectos de Innovación de Horizon 2020, etc. PILARES SMART CITY TECNALIA Modelo de desarrollo económico basado en el conocimiento Potenciación de nuevos sectores económicos basados en la innovación y la tecnología, que respondan a modelos abiertos, transversales y emergentes ÁMBITOS DE ACTUACIÓN METODOLOGIA PARA LA DEFINICIÓN DE PLANES ESTRATEGICOS Y SOSTENIBLES DE CIUDADES 2 1 3 DIAGNOSIS CITY GENERAL OBJECTIVES, CONTEXT & NEEDS Detailed analysis Critical issues (Indicators L1) SPECIFIC OBJECTIVES LIST OF INITIATIVES & DEFINITION ANALYSIS OF INITIATIVES 1. VIAILITY ANALYSIS 2. SCENARIOS Definition and Evaluation (Indicators L1) SWOT ANALYSIS Strengths – How to potentiate them? Weaknesses – How to correct them Opportunities – How to materialize them? Threats- How to avoid them? (Indicators L2) 3. IMPACT at city level 4 5 PRIORITIZATION AND SELECTION OF INITIATIVES STRATEGIC SUSTAINABLE URBAN PLAN 6 EXECUTION PLAN 7 (Indicators L3) ASSESMENT CORE – EXTERNAL CONSULTANCY SERVICE GOVERNANCE - PARTICIPATION MONITORING & EVALUATION PRIORIZACIÓN Y SELECCIÓN DE INICIATIVAS PARA MEJORAR LA SOSTENIBILIDAD DE LAS CIUDADES Sustainability & Life Cycle Thinking Energía Sostenible y Planeamiento Urbano Sostenibilidad y Perspectiva de Ciclo de Vida Objetivos y Perspectiva de Ciclo de Vida Reducir el uso de recursos e impacto ambiental así como mejorar el rendimiento socio-económico a lo largo del ciclo de vida. Tratar de ir más allá del enfoque tradicional de los procesos de producción. Evaluación de los impactos económicos, sociales y ambientales de los productos a lo largo de su ciclo de vida completo, incluyendo también el consumo y la fase de fin de vida. Source: www.unep.fr Productos Edificio ACV Distrito ACV (DAP) www.sofiasproject.org ISO/DIS 37120 17 Otros EN 15804 EN 15978 prEN 16627 prEN 16309 Industria ISO14044 Servicios ISO14044 Movilidad ISO 14040 Fin de vida ISO 14040 Uso ISO 14025 Puesta en obra Life Cycle Thinking - Contexto europeo de la aplicación del ACV Aplicación Life Cycle Thinking - Edificio Edificio Típico (Existente) Edificio Típico ( Nuevo) Edificio Eficiente Edificio ´Cero Energía´ 600 kWh energía primaria / m2 año 500 Consumo Energético 400 300 200 100 0 18 Aplicación Life Cycle Thinking - Edificio Edificio Típico (Existente) Edificio Típico ( Nuevo) Edificio Eficiente Edificio ´Cero Energía´ 600 Energía Embebida kWh energía primaria / m2 año 500 Consumo Energético 400 300 200 100 0 19 Aplicación Life Cycle Thinking - Edificio Consumo Energía Annual Edificio típico Edificio eficiente Edificio “Casi Cero Energía” alta energía embebida EDIFICIOS CERO ENERGÍA (Diferentes valores energía embebida) Energia embebida por año de vida útil Edificio generador energía 20 SOSTENIBILIDAD AMPLIANDO LOS LÍMITES DEL SISTEMA DESDE LOS EDIFICIOS HASTA LAS TECNOLOGIAS ENERGÉTICAS E INFRAESTRUCTURAS DE LA CIUDAD Que es “energía sostenible”? Empleo Acceso a la energía € Sostenibilidad y Perspectiva de Ciclo de Vida -Tecnologías energéticasImpactos ambientales Source: NREL, 2012 ,Life Cycle Assessment Harmonization Project. Sostenibilidad y Perspectiva de Ciclo de Vida -Tecnologías energéticasImpactos ambientales Source: IPCC, 2011 Sostenibilidad y Perspectiva de Ciclo de Vida -Tecnologías energéticasImpactos sociales Source: UNEP , Green Economy Report, 2011. Sostenibilidad y Perspectiva de Ciclo de Vida -Tecnologías energéticasImpactos económicos-> Análisis de costes de Ciclo de Vida- Incluyendo externalidades? Buscando la sostenibilidad energética: • Lograr un bajo consumo energético en el ciclo de vida, en edificios, servicios y transporte • Aprovechar el potencial de recursos renovables. • Hacer un uso eficiente de fuentes de calor residual (ej. aprovechamiento en calefacción de distrito) • Facilitar energía distribuida mediante el desarrollo de infraestructuras Buscando la sostenibilidad energética: Sigue aplicándose “Trias Energética” a nivel de barrio o ciudad? AHORRO - CONSERVACIÓN Estrategia hacia la sostenibilidad energética Ahorro + Eficiencia + Energías renovables AHORRO - Medidas pasivas EFICIENCIA ENERGÉTICA - Cogeneración - Recuperación de calor (ej. Industrial) - Bombas de calor para calefacción y/o refrigeración - Calefacción de distrito - Almacenamiento energía térmica (corto y largo periodo) USO DE ENERGÍAS RENOVABLES –Solar térmica –Solar fotovoltaica –Bioenergía –Eólica CONSERVACIÓN: Estrategias Pasivas Climate Analisys before you start designing analyze the climatic conditions. Tools like Climate consultant, weather tool… °C DRY BULB TEMPERATURE - San_Sebastian, ESP 2nd June to 1st November °C 40 40 30 30 20 20 10 10 0 0 -10 -10 7th 14th 21st Jun 28th 7th Jul 14th 21st 28th 7th Aug °C 14th 21st 28th 7th DAILY CONDITIONS - 11th January (11) Define the first general strategies. 40 14th 21st Sep 28th Oct 7th 14th 21st 28th Capture the greatest amount of heat through the glazed openings W/ m² Collect this heat captured by the thermal mass of the building. 1.0k 30 0.8k Leverage internal heat loads. 20 10 0.6k … 0.4k LEGEND Comfort: Thermal Neutrality Temperature Rel.Humidity Wind Speed Direct Solar Diffuse Solar Cloud Cover 0 0.2k -10 0.0k CONSERVACIÓN: Estrategias Pasivas Análisis solar/sombras Source: Oregi Isasi, X. District Building height, width of streets, geometry proportions… Definición de las primeras estrategias. Building optimize orientation, window sizing, need for shading… CONSERVACIÓN: Estrategias Pasivas Optimización del comportamiento térmico de los edificios • Transmitancia de la envolvente (U) Directamente relacionado con el aislamiento. • Aprovechamiento de las inercias térmicas. • Ganancias internas de calor. • Propiedades de las ventanas: Transmitancia y factor solar. • Uso del edificio: Ocupación, patrones de consumo, distribución. PASSIVE Refurbishment: improve the characteristics of different elements that directly affect building energy consumption. CONSERVACIÓN: Estrategias Pasivas - Limitaciones En muchos casos resulta imposible aplicar soluciones pasivas en los edificios. En este caso el consumo relativo a los electrodomésticos y otros sistemas se vuelve muy relevante. Definir nuevas soluciones para mejorar el comportamiento ambiental y rendimiento energético de nuestros edificios y ciudades. 1. USO DE ENERGÍAS RENOVABLES. 2. USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA. Tecnologías Energéticas Renovables: Solar Thermal - Information Solar radiation of the city (Bilbao) : 1300 kWh /m2 year Tecnologías Energéticas Renovables: Solar Thermal Con cubierta Colectores planos Sin cubierta Colectores de tubo de vacío Calefacción y refrigeración Solar por absorción (Source: Franz Mauthner and Werner Weiss. Solar Heat Worldwide. Markets and Contribution to the Energy Supply 2011. IEA Solar Heating & Cooling Programme, May 2013) (Source: Victoria Sustainability.) Tecnologías Energéticas Renovables: Photovoltaics – Current Technologies and future trends De Celdas de Silicio De capa fina Singlecrystalline silicon cells: Multicrystalline silicon cells: Ribbon silicon technologies: efficiencies 13-18% efficiencies 11-16% efficiencies 10-14% Amorphous silicon (a-Si) Cadmium telluride (CdTe) efficiencies 6-9% Copper-indium-gallium-diselenide (CIGS) Tecnologías Energéticas Renovables : Geothermal - Resources EFFICIENT TECHNOLOGIES: GSHP – Types pf Earth Connection -5-6 m between boreholes -Specialized installations -Small suface neededs Vertical (GCHP) -Good in wet grounds -Non specialized installation Horizontal (GCHP) -Large areas needed -Cost reductions -Impact reductions Groundwater (GCHP) Thermoactive foundations (GCHP) Source: www.retscreen.com Source: Geothermal Energy. Clauser . 2006) -New technology. Temperature variation effects? RENEWABLE ENERGY TECHNOLOGIES: Wind Turbines - Considerations • • • • • www.tescocorporate.com Wind resource Grid access Power purchase agreement Planning issues Aesthetics & Marketing RENEWABLE ENERGY TECHNOLOGIES: Biomass – Fuels Farmed Fuels • Short Rotation Croppice • Straw Waste fuels • Sawmill residue • Forestry residue • Municipal waste Processed Fuel • Pellets • Briquettes EFFICIENT TECHNOLOGIES: District Heating - WASTE HEAT RECOVERY - COGENERATION - RENEWABLES (STES, SOLAR THERMAL PLANT, BIOMASS ETC..) Thermal generation plant. Centralysed heat and / or cold production in a large installation that generates thermal energy required to meet the demand of all users. Thermal energy can be generated by turbine engines, cogeneration system, waste heat and / or solar plants. Distribution pipe network. The distribution pipe network enables the supply of fluids (hot and/or cold) and is formed by isolated pipes to minimize heat losses. Usually the pipes are distributed in underground drains that follow the layout of streets in urban areas. Substations. The heat transfer between the distribution network and consumers (buildings or homes) is done through a substation. It consists on a heat exchanger, the elements that regulate and control the correct operation and the measuring elements to bill the energy. EFFICIENT TECHNOLOGIES: Seasonal THermal Energy Storage: STES Solar Thermal STES. Neckarsulm, Germany. 4 MW solar thermal power installed - 63.000 m3 STES into the soil. Solar Thermal STES . Maarstal, Denmark. 13 MW solar thermal power installed - 10.000 m3 PIT. Solar Thermal plant for district heating in Kungälv, Sweden. 7 MW solar thermal power installed - 1.000 m3 steel tank. Solar Thermal plant for district heating in Graz, Austria. 1 MW solar thermal power. EFFICIENT TECHNOLOGIES: Case Study: STES & Cogeneration & District Heating Electricity generation by cogeneration systems is limited by the use of the heat produced. In summer, when buildings´ heating demand is at lowest annual levels, electricity consumption is progressively increasing through the world, mainly due to the use of airconditioning systems. In summer, therefore, the electricity/heat needs ratio is not the most favourable for cogeneration. Seasonal thermal energy storage is a strategic technology for its integration with cogeneration systems, as it makes possible a continuous electricity production during the whole year. Matching Energy Demand and Supply options CONSERVATION + EFFICIENCY + RENEWABLES Need for an integrated approach for measuring performance… Matching Energy Demand and Supply options CONSERVATION + EFFICIENCY + RENEWABLES Need for an integrated approach for evaluating performance… .. while maintaining the life cycle perspective for sustainability evaluation Thank you Eneko Arrizabalaga [email protected]
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