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El proyecto está dividido en seis fases que se corresponden con los próximos seis años consecutivos, desde 2019 hasta 2024

Transformación del modelo energético de Alcalá de Henares mediante una red de calor urbano

Teo López, director general de Alcalá District Heating y responsable del proyecto Alcalá Eco Energías

14/05/2018

Recientemente se presentó el proyecto de la red de calor que se va a realizar en la madrileña localidad de Alcalá de Henares basado en energías renovables (biomasa y solar térmica). Se trata de un proyecto dividido en seis fases que se corresponden con los próximos seis años consecutivos, desde 2019 hasta 2024 con el que se pretende una reducción de 32.000 toneladas anuales de CO2  y con el que los usuarios de la red obtendrán un ahorro de hasta el 25% en la factura energética.

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Central de generación red de calor de Alcalá de Henares.

El Quinto Informe de Evaluación, elaborado en 2014 por el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC), manifiesta la situación mundial en términos de cambio climático. Entre el período comprendido entre 1980-2012 se produjo un incremento de la temperatura media mundial de 0.85 °C [1]. Como consecuencia del incremento de esta temperatura los océanos se han calentado, la cantidad de hielo y nieve ha disminuido y el nivel del mar ha aumentado. Teniendo en cuenta las emisiones actuales de gases de efecto invernadero (GEI) se prevé que la temperatura media mundial siga aumentando en los próximos años. Este informe confirma la existencia de pruebas que muestran que se han sobrepasado límites que darían lugar a cambios irreversibles en ecosistemas del planeta [1].

Para combatir el avance y mitigar los efectos del cambio climático se requieren políticas mundiales que involucren a todos los países. En la Conferencia de las Naciones Unidas celebrada en 2015 (COP 21) se establecieron los siguientes objetivos para el año 2030:

  • Reducción de los gases de efecto invernadero: 40%.
  • Cuota de energías renovables: 27%
  • Mejora de la eficiencia energética: 27%

El 74% de la energía primaria consumida en España es de origen fósil. Este país importa el 98% de los combustibles fósiles que consume, este porcentaje es muy superior a la media europea (73%). Estos datos relevan la fuerte dependencia de los combustibles fósiles que posee España [2].

La red de calor de Alcalá de Henares responde a los tres objetivos previamente mencionados, mediante la implementación de una red de distribución de agua caliente para calefacción y ACS basada en dos energías renovables: biomasa y energía solar de concentración. A medida que aumenta el empleo de energías renovables disminuye la dependencia de los combustibles fósiles.

Antecedentes

Las ciudades poseen un papel crucial en la transformación del modelo energético actual en uno más sostenible. Para lograr este cambio, es necesario contar con soluciones energéticamente eficientes como son las redes de calor urbano o District Heating. En la actualidad, hay más de 5.000 redes de calor implementadas en Europa y se espera que este número continúe aumentando en los próximos años [3].

Este tipo de sistema es muy ventajoso desde el punto vista medioambiental ya que permite emplear energías renovables, aumenta la eficiencia energética, reduce la contaminación atmosférica, etc. Además, las redes de calor urbano pueden suponer un factor de integración y cohesión social.

Las condiciones climáticas y la concentración de construcciones de España hacen que este país sea idóneo para la implantación de redes de calor urbano; aunque su presencia actual es minoritaria.

Alcalá de Henares es un municipio de la Comunidad de Madrid que cuenta con una población superior a 200.000 habitantes. Esta ciudad está afectada por la situación del cambio climático y por altos niveles de contaminación en el núcleo urbano. Entre los sectores que más contribuyen a la contaminación se encuentran el residencial (emisiones resultantes de la calefacción) y el transporte. En la actualidad gran parte de la ciudad de Alcala cuenta con calderas de combustibles fósiles, siendo aproximadamente el 20% de ellas de tipo calefacción central. La mitad de estas instalaciones tienen como combustible gasóleo, son calderas antiguas con bajos rendimientos estacionales, riesgos de seguridad y altos niveles de contaminación debido a combustiones sin control.

La falta de sostenibilidad del modelo energético en términos de calefacción, la concentración de edificaciones con calefacción centralizada alimentadas por combustibles fósiles y el climograma de Alcalá de Henares hacen que esta ciudad sea un municipio idóneo para la implementación de una red de calor urbano.

Diseño de la Red de Calor de Alcalá de Henares

La red de calor de Alcalá de Henares, como cualquier District Heating, se compone de tres elementos principales:
  • Central de generación: la producción de calor para todos los consumidores se realiza en la central de generación. Centralizar la producción de calor permite eliminar las actuales calderas de los edificios, pudiendo disponer de tecnologías con mayor eficiencia energética y aumentando el nivel de control sobre la combustión. La central de generación de la red de calor de Alcalá de Henares, ubicada en las inmediaciones del Parque Técnologico de la ciudad, se basa en dos fuentes de energía renovables: biomasa y solar térmica. La combinación de estos dos tipos de energía consigue que la red urbana de calor sea viable, desde todos los puntos de vista (económico, energético, ambiental e incluso social). Además, la seguridad energética aumenta al utilizar dos fuentes de energía. El empleo de la biomasa como combustible local aumenta la fiabilidad y la flexibilidad del suministro energético.
  • Red de tuberías de distribución: la red de tubería permite la distribución del calor a los edificios conectados. La energía se transporta empleando agua como fluido caloportador. La red transcurre enterrada bajo vía urbana y se encuentra aislada para minimizar al máximo las pérdidas energéticas.
  • La subestación permite el intercambio térmico entre la red de distribución y los usuarios. Se compone de un intercambiador de calor, elementos de regulación y control y contadores de energía térmica.

Alcalá de Henares cuenta con 11.000 viviendas con calefacción centralizada, en principio este tipo de sistema será el susceptible de conexión a la red de calor; en un futuro se valora desarrollar módulos individuales para la conexión de viviendas unifamiliares. A las viviendas potenciales del proyecto, se suman edificios municipales, de la Comunidad de Madrid y privados como bibliotecas, centros de mayores, colegios, etc.

Estos edificios de viviendas se concentran en cuatro barrios que serán abordados en diferentes fases.

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Tabla I. Barrios red de calor de Alcalá de Henares.
Un aspecto fundamental del proyecto es la monitorización de los datos, por lo que se desarrollará una plataforma de demanda para hacer seguimiento y monitorización de consumos y ahorros de energía térmica. Esta plataforma permitirá la participación ciudadana en la definición y fase de operación del proyecto.

Tecnologías implementadas

En la producción de energía térmica se van a implementar dos tecnologías:

Instalación de biomasa

Se instalarán seis calderas de biomasa con un total de 30 MW de potencia térmica para el perfecto escalonamiento de producción-demanda. El combustible será astilla proveniente de la limpieza y podas de los campos y arbolado municipal.

En cuanto a las emisiones contaminantes resultantes de esta tecnología, la biomasa posee un balance neutro en emisiones de CO2. Para limitar al máximo las emisiones de partículas y de NOx se proponen medidas a adoptar (multiciclones, electrofiltros y recirculación de gases de combustión en las calderas de biomasa o aire terciario).

Estas medidas irán acompañadas por la implantación de un sistema de monitorización para la evaluación del impacto ambiental en el que en continuo se muestran las emisiones de CO, CO2, NOx y partículas.

  • Multiciclones: El separador de gases de escape minimiza las emisiones de polvo polvos (<150 mg/m3 de partículas después del multiciclón) a través del filtrado con un sistema multiciclónico.
  • Electrofiltros: Sistema electrofiltro para absorción de partículas con una eficiencia de 20 mg/m3 de partículas después del equipo.
  • Analizador de gases de combustión: Se instalará un analizador de gases de combustión óptimo para el análisis de combustión y la medición de emisiones. Los sensores de gas podrán medir valores de CO, CO2, NO, NO2, SO2, H2S o CxHy.

Instalación de energía solar térmica

Se utilizan colectores solares de concentración, que se basan en la concentración de los rayos solares sobre un fluido que genera agua caliente.

Para el aprovechamiento térmico a media temperatura normalmente se emplean sistemas colectores con espejos reflectores, que concentran la radiación solar sobre un tubo en la línea focal y con algún tipo de dispositivo de seguimiento solar, como los colectores cilindro-parabólicos o los concentradores lineales de Fresnel.

Mediante esta tecnología de concentración solar se calienta el agua a temperaturas superiores a 100°C, que pueden distribuirse directamente (sin aporte de otro tipo de combustible) a los edificios conectados a la red de calor.

Se instalarán 12 MW de potencia de concentradores solares en una extensión de 3 hectáreas colindantes a la central de biomasa. Para el dimensionamiento de potencia instalada con energía solar se ha tenido en cuenta:

  • Consumo energético anual de calefacción de los edificios objeto del proyecto. El campo solar cubrirá un porcentaje de este consumo.
  • Consumo energético anual de ACS. El campo solar cubrirá el 100% de este consumo). Para ello se utilizarán sistemas de acumulación adecuados a los patrones de consumo.
  • Consumo energético anual de refrigeración. El campo solar podrá cubrir durante los meses de verano la demanda en los edificios que sean compatibles (sistema hidrónico). Como la red de calor es de dos tubos, se instalarán maquinas de absorción en dichos edificios.
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Colectores solares cilindro-parabólicos.

En la distribución de energía térmica se van a implementar la siguiente tecnología:

Para la distribución del agua caliente a los edificios conectados a la red se empleará tubería de acero preaislada de última generación. Esta tubería, de 15 km de longitud, irá enterrada bajo la via urbana. El trazado se compone de dos tubos: uno para la ida (110°C) y otro para el retorno (70°C). La tubería se compone de los siguientes elementos: acero, poliuretano de alta densidad y polietileno. El aislante que tienen esas tuberías minimiza las pérdidas energéticas, siendo éstas prácticamente despreciables.

Esta red de tuberías posee un sistema de control de fugas para localizar la incidencia de la forma más exacta posible. Además cuenta con válvulas de aislamiento estratégicas para la sectorización en caso de averias, mantenimiento de la red.

A la hora de diseñar la red de distribución es fundamental valorar las dilataciones producidas en la misma. Se realizarán liras de dilatación para compesar el efecto producido por los cambios de temperatura.

Programación y presupuesto

El proyecto está dividido en seis fases que se corresponden con los próximos seis años consecutivos, desde 2019 hasta 2024.

Durante los tres primeros años (2019-2021) se instalará progresivamente la red de distribución de calor y se conectarán edificios de viviendas y otro tipo de edificios.

En los tres últimos años (2022-2024) la red ya estará construida y se realizarán acometidas para los nuevos usuarios que se adhieran a la red.

El coste aproximado de los tres primeros años es de 24 M€ y los últimos 3 años de 5 M€, sumando un total de 29 M€. La financiación del proyecto cuenta con capital privado y programas de apoyo a iniciativas de ahorro energético e innovación tecnológica.

El ayuntamiento de Alcalá de Henares ha firmado un protocolo de actuaciones por el cual apoya el proyecto, ya que lo considera una oportunidad para transformar su modelo energético y ponerse a la vanguardia en cuanto a energías renovables y eficiencia energética en España. Además, el proyecto ha sido elegido Proyecto Clima por el Ministerio de Agricultura y Pesca, Alimentación y Medio Ambiente; firmando éste la compra de la reducción de las toneladas de CO2.

Resultados

De la implantación del proyecto se obtienen los siguientes resultados:
  • Reducción de 32.000 toneladas anuales de CO2 en la ciudad de Alcalá de Henares y disminución de otros contaminantes (NOX, partículas, etc) en el nucleo urbano.
  • Mayor control sobre los focos de emisiones contaminantes, pudiendo conocer datos en tiempo real.
  • Incremento eficiencia y seguridad de las calderas. Mejora de la eficiencia respecto a las calderas existentes, reduciendo costes de mantenimiento. Las mancomunidades no tendrán que adaptar las salas de calderas a nueva normativa de seguridad.
  • Menores riesgos de seguridad al no realizar quema de combustibles fósiles en los edificios.
  • Revalorización de 11.000 viviendas y otros edificios de la ciudad al obtener la calificación energética máxima por el empleo de energías renovables y sistemas altamente eficientes de producción de energía térmica.
  • Los usuarios de la red obtendrán un ahorro de hasta el 25% en la factura energética.
  • Creación de 50 empleos permanentes y más de 100 durante la realización de las obras.
  • Aprovechamiento y valorización de recursos de biomasa del Ayuntamiento al utilizar las podas leñosas municipales.

Conclusiones

Este proyecto supone la transformación del modelo energético de la ciudad de Alcalá de Henares. Para ello el proyecto aborda uno de las áreas que más peso poseen en cuanto a emisiones contaminantes: producción de calor para calefacción y ACS.

La red de calor que se propone está basada en energías renovables (biomasa y solar térmica) y cuenta con tecnología de última generación para satisfacer los requisitos de eficiencia energética.

Además el proyecto va a dotar a Alcalá de Henares de sistemas inteligentes permitiendo la interacción de la ciudadanía con los sistemas propuestos.

Referencias

[1] IPCC, 2014, Climate Change 2014, Synthesis Report.

[2] Eurostat, Febrero 2017, Energy Consumption in 2015.

[3] Inpal Energía, http://www.inpal.com/Desafio-energetico,792.html (Marzo, 2018).

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