(LIFE12 ENV/ES/000787)

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1 Layman s Report Supermarket retrofit for zero energy consumption (LIFE12 ENV/ES/000787)

2 EL CAMINO HASTA LA LIFEZEROSTORE ALCANCE Y OBJETIVOS DEL PROYECTO 2 2 El compromiso de EROSKI con el desarrollo sostenible implica mejorar el diseño y la ejecución de nuestra actividad para ser más respetuosos con el medio ambiente. Este compromiso se integra de transversalmente en toda la organización a través de nuestra Política Ambiental. Entre las líneas de trabajo que se derivan de ella está la adopción de medidas de construcción sostenible en nuestras tiendas. Los avances realizados en los últimos años en esta dirección nos llevaron a comenzar en 2013 el proyecto LIFEZEROSTORE Creamos un mapa global de impactos y riesgos ambientales y una guía de construcción comercial sostenible Comenzamos las pruebas piloto para testar las medidas de mejora, con resultados muy satisfactorios. El objetivo principal del proyecto es demostrar la viabilidad técnica y económica de una solución integral innovadora para la modernización de los supermercados de cara a lograr su autosuficiencia desde el punto de vista energético. En un supermercado tradicional casi un 70% de la energía es destinada a la producción de frío mediante compresores eléctricos. El proyecto LIFEZEROSTORE desarrolla un sistema innovador que combina tres tecnologías muy diferentes trabajando de manera conjunta: caldera de biomasa, cogeneración y frío por absorción, que en conjunto reciben el nombre de trigeneración. Esto, junto con otras medidas de ahorro energético, convierte este supermercado en la primera tienda encaminada hacia la autosuficiencia energética Tienda ECOEFICIENTE de Gros (Gipuzkoa), con entre un 15 y 20% menos de consumo energético que una tienda no ecoficiente. Tienda ECOEFICIENTE de Castro (Cantabria), con medidas de mejora y ahorros energéticos como la de Gros. Tienda CERO EMISIONES de Oñate (Gipuzkoa), es el primer supermercado de España con una certificación BREEAM (Building Research Establishment Environmental Assessment Methodology) de construcción sostenible y el primero de Europa que alcanzó la certificación ISO de gestión energética. Es una tienda con cero emisiones de CO 2 gracias a la compra de energía verde y a la incorporación de medidas de eficiencia energética y construcción sostenible, que han permitido un ahorro energético del 60% respecto a una tienda convencional. Comienza en Vitoria-Gasteiz (Fig. 1) el proyecto LIFEZEROSTORE. Esta solución integral permitirá un ahorro de consumo eléctrico del 60-65% y evitar un consumo relevante de energía obtenida de la red eléctrica. Replicando la solución en otros comercios y supermercados de Europa, se estima inicialmente que se podría obtener una reducción de hasta el 3% del consumo eléctrico en Europa en el caso más teórico. Consorcio: EROSKI S. Coop.: Primer grupo de distribución de carácter cooperativo de España. Fundación CENER-CIEMAT: Centro tecnológico especializado en soluciones basadas en energías renovables. L Solé, S.A.: Líderes en plantas de biomasa. Expander Tech S.L.: Especialista en ciclos de cogeneración. Ipar Hotz S.L.: Especialista en la instalación y mantenimiento de frío industrial. Duración: Del 2013/07/01 al 2017/06/30 Presupuesto: Ayuda LIFE+:

3 Vitoria-Gasteiz (País Vasco, España) Fig. 1. Ubicación de la LIFEZEROSTORE METODOLOGÍA, SOLUCIO- NES ARQUITECTÓNICAS Y TECNOLÓGICAS E INTEGRA- CIÓN En el supermercado EROSKI Center de Ali-Gobeo (Vitoria-Gasteiz) se ha instalado un sistema de trigeneración a partir de biomasa. Ésta proviene de empresas del sector de la serrería, situadas en el entorno de la tienda, que generan deshechos en forma de astillas con el sello certificado PECF (Programa de reconocimiento de Sistemas de Certificación Forestal). Las astillas son quemadas en una caldera, consiguiendo así calentar aceite a una temperatura entre 180 y 205ºC. Este aceite cede calor a un Ciclo Orgánico de Rankine (ORC), que genera electricidad y obtiene además como subproducto dos circuitos de agua caliente: uno a media-alta temperatura y otro a media-baja. Las cenizas resultantes son utilizadas como abono. El agua del circuito de media-baja temperatura sale a unos 50ºC del ORC y se aprovecha para calefactar el supermercado. Esto es posible gracias a los intercambiadores de calor implantados en las unidades de tratamiento de aire. Si hubiera un excedente de este calor tras acondicionar térmicamente el supermercado, el agua circularía por un disipador de calor ubicado en la cubierta. Por otra parte, el calor del agua del circuito de media-alta temperatura que sale del ORC a 88ºC es aprovechado por una máquina de absorción de Bromuro de Litio (LiBr) que subenfría la condensación de la central de frío positivo. La antigua central de frío negativo con R404A que condensaba al exterior se ha sustituido por una central de CO 2 que condensa frente a la central positiva. Además, el refrigerante de la central de frio positiva también se ha sustituido por otro con menor impacto ambiental, ya que combina un potencial nulo de agotamiento de la capa de ozono, un bajo potencial de calentamiento global y una alta eficiencia energética. La Figura 2 muestra el esquema de la integración de sistemas llevado a cabo. 3 Fig. 2. Esquema del sistema de trigeneración instalado en la LIFEZEROSTORE

4 4 4 Fig. 3. Exterior trasero del supermercado donde se encuentra el sistema de tri-generación Todo este equipamiento ha sido instalado de tal forma que garantiza la flexibilidad del sistema y su posterior extensión a futuras instalaciones. Para llegar a la solución adecuada se ha realizado un análisis en profundidad de las diferentes tecnologías propuestas y sus posibilidades de integración en un sistema de trigeneración adaptado a las necesidades de un supermercado. Por ejemplo, se reflexionó inicialmente sobre el emplazamiento, la instalación de sistemas de monitorización y análisis de los resultados, el planteamiento de varios esquemas de integración, etc. El sistema de trigeneración proporciona un alto porcentaje de la energía necesaria para el frío para congeladores y frigoríficos, calor para climatización y agua caliente y electricidad para iluminación y otros usos El sistema de trigeneración se ha planteado completamente opaco mediante la instalación de unos contenedores metálicos en la fachada de la tienda donde se aloja la instalación que permite abastecer de energía eléctrica, climatización y frío comercial al supermercado (Fig. 3). Además, se han implementado también diversas medidas de mejora de la eficiencia energética en el supermercado. Entre ellas destacan: la renovación del sistema de iluminación por uno más nuevo con regulación en función del nivel de iluminación en la sala; la colocación de lucernarios en la cubierta para la entrada de luz solar en el supermercado; la instalación de un cubículo para evitar la entrada directa de aire por la apertura de puertas de acceso; y la eliminación dos cortinas de aire de efecto Joule que estaban instaladas sobre las puertas de acceso.

5 Consumo de energía [kwh] Consumo de energía [kwh] RESULTADOS DEL PROYECTO Evolución de los consumos eléctricos de frío A inicios de 2016 se reemplazó la antigua central de producción de frío por una nueva que comprende un ciclo de refrigeración en cascada (Fig. 4). Esto afecta directamente a la central de frío negativo, que emplea CO 2 (R744) como refrigerante, y que condensa contra la central de frío positivo, que emplea R450A (también llamado N13) como refrigerante. Esto ha permitido reducir el tamaño de la central de frío negativo un 75% y eliminar los condensadores de la central negativa en la cubierta. RESULTADOS PROYECTO DEL Evolución de los consumos eléctricos de climatización Se han eliminado las dos cortinas de aire instaladas sobre las puertas automáticas de acceso que calentaban aire por efecto Joule. En su lugar, se ha instalado una estructura acristalada de doble puerta que evita la entrada directa de aire exterior como se muestra en la Figura 6. 5 Fig. 4. Nueva central de frío negativa que usa CO 2 como refrigerante Con estas modificaciones la eficiencia del sistema aumenta, ya que la central de frío negativo reduce de manera importante su consumo eléctrico. En concreto, el ahorro ha sido del 17.15% (Fig. 5). Fig. 6. Estructura acristalada que evita la entrada directa de aire exterior Estas mejoras han permitido alcanzar un ahorro en la climatización del 16.63% (Figura 7) INICIO Máquina de hielo 2 Máquina de hielo 1 Frío negativo Frío positivo Fig. 5. Evolución de los consumos de frío FIN Otros Alumbrado INICIO Rooftop 1 Rooftop 2 FIN Cortina 1 Cortina 2 Fig. 7. Evolución de los consumos de climatización* * Debe tenerse en cuenta que al inicio del proyecto (año 2013), los valores de la medición de los equipos roof-top usados para la climatización no eran adecuados, por lo que en el gráfico de la Figura 7 se ha indicado el consumo de las cortinas de aire en el primer año y de las roof-top para el año 2016.

6 Consumo de energía [kwh] Evolución de los consumos eléctricos de iluminación Evolución de los consumos eléctricos de iluminación 6 6 Las medidas implantadas han consistido en la habilitación de lucernarios expansivos en la cubierta del supermercado para conseguir una mayor cantidad de luz natural en el interior de la tienda (Fig. 8 y 9). Para aprovechar esta ganancia de luz solar en el interior, se ha sustituido la instalación a base de fluorescentes por tecnología LED con control de iluminancia. Todo ello ha permitido alcanzar un ahorro anual del 30.07% en iluminación de la sala ventas para días laborales (Fig. 10) SISTEMA CONVENCIONAL Cantidad de luz limitada LLEDÓ SUNOPTICS Puntos calientes 0 INICIO FIN Alumbrado panadería Alumbrado vestuario Alumbrado sala de ventas Alumbrado exterior La solución Fig. 8. Sistema de iluminación con lucernacios expansivos Fig. 9. Lucernarios en la cubierta del supermercado Fig. 10. Evolución de los consumos de iluminación* * Con el objetivo de no sobreestimar los ahorros, de los cuatro periodos para los que hay datos disponibles, se ha representado en la Figura 10 el año de medición entre el 1 de septiembre de 2014 y el 31 de agosto de 2015, al ser el periodo para el que la evolución de consumo más se aproxima al promedio y es inferior a él. Con todas las mejoras realizadas, el consumo de energía en el supermercado se reparte en un 48.8% para frío, un 27.04% para la climatización y un 13.3% para el alumbrado. Las medidas de mejora de la eficiencia energética han supuesto una reducción del consumo eléctrico total del 23,57%, gracias a un 17% de ahorro en frío, un 16% en climatización y un 30% en iluminación

7 Reducción compra electricidad [%] Reducción de la compra de energía eléctrica gracias a la trigeneración Se han simulado con la herramienta TRNSYS cinco escenarios distintos de uso del sistema de trigeneración para estimar la energía eléctrica que es necesario comprar a una comercializadora para hacer frente a las necesidades propias del supermercado (Fig. 11). Se ha comprobado que el ORC funciona de forma muy regular y estable, con un rendimiento eléctrico entre el 10 y el 11%. Pero para lograr un rendimiento adecuado de la instalación es clave aprovechar la energía térmica obtenida como subproducto en el ORC, así como minimizar la disipación de energía en el circuito de media-baja temperatura. Por ello, las dos variables que se han considerado en el diseño de los escenarios son: el periodo de funcionamiento: todo el año, solo en la temporada de calefacción (7 meses al año), o según la demanda diaria de calefacción; y la temperatura del aceite en la entrada del ORC: fija a 205ºC o variable entre 180 y 205ºC según la demanda de calefacción. Periodo de funcionamiento Todo el año Temporada de calefacción Demanda diaria de calefacción Temperatura del aceite 205ºC 205ºC Variable según disipación 205ºC Variable según disipación Escenario Fig. 11. Escenarios simulados para evaluar el impacto del sistema de trigeneración Considerando como referencia el consumo de energía habitual en otros supermercados y climas similares al del proyecto (824 MWh), se obtiene un rango de ahorros en el consumo eléctrico del exterior entre el ,78% del escenario 5 y el 66,45% del escenario 1. 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 24% 66% 54% 47% 46% 44% Escenarios Fig. 12. Ahorro porcentual del consumo de energía eléctrica del exterior. El escenario nº0 corresponde al ahorro alcanzado solo con las medidas de eficiencia energética El sistema de trigeneración funcionando todo el año alcanza el objetivo de reducción del 65% del consumo eléctrico de la red Reducción de emisiones de gases de efecto invernadero La Unión Europea tiene el objetivo de reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en un 40% en 2030 respecto a El proyecto LIFEZEROSTORE busca también facilitar esa lucha contra el cambio climático y, por ello, se ha llevado a cabo el cálculo de la reducción de las emisiones de CO 2 equivalente generadas como consecuencia de la actividad diaria en la tienda. En el cálculo del impacto total en calentamiento global se han tenido en cuenta las emisiones directas por fugas de refrigerantes y las emisiones indirectas por consumo eléctrico y por consumo de biomasa. Estas últimas podrían estar incluidas en las emisiones directas, pero se considera que son consecuencia de la quema de biomasa para obtener la energía final calorífica deseada. 7

8 Ahorro económico [%] Reducción emisiones GEI [%] Emisiones directas de GEI hasta 336 t de CO 2 eq. menos al año. 8 8 Para el cálculo, se ha tenido en cuenta la sustitución de los refrigerantes utilizados por otros con menor potencial de calentamiento global (Global Warming Potential, GWP), que es la capacidad que tiene un gas de absorber calor en relación con la que tiene el CO 2. Central de frío positivo Central de frío negativo Inicio R404-A (GWP: kg CO 2 eq./kg) R404-A (GWP: kg CO 2 eq./kg) Fin R450-A (GWP: 547 kg CO 2 eq./kg) CO 2 (R744) (GWP: 1 kg CO 2 eq./kg) 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Directas Escenarios Indirectas Tabla 1. Gases refrigerantes utilizados y sus potenciales de calentamiento global Fig. 13. Ahorro porcentual de emisiones de GEI para cada escenario de funcionamiento Además, las fugas de refrigerantes han disminuido entre el inicio y fin del proyecto de un 8% a un 5%. Todo ello, hace que las emisiones de GEI directas al año se hayan reducido un 94,87%, lo que supone un ahorro de 202 t de CO 2 eq. Emisiones indirectas de GEI El factor de emisión de la biomasa también es mucho menor que el de la eletricidad (0,018 kg CO 2 eq./kwh frente a 0,331 kg CO 2 eq./kwh). Las emisiones indirectas de GEI también varían en función de los escenarios de la simulación presentados en la Figura 11 al tener cada uno de ellos un consumo eléctrico del exterior y de biomasa para la caldera diferentes. Así, las reducciones varían entre un 39,69% del escenario 3 y un 49% del escenario 1. En valores absolutos supone una reducción de emisiones indirectas de 134 toneladas de CO 2 eq. al año. Emisiones totales de GEI Ahorros económicos en la ZEROSTORE La disminución del consumo eléctrico no solo supone un menor impacto ambiental sino que puede conllevar también un menor coste. Para el cálculo de los ahorros económicos se ha considerado la diferencia de consumo eléctrico del exterior y la demanda de biomasa para cada escenario. El precio de la biomasa utilizado corresponde a datos de Asociación Española de Valorización Energética de la Biomasa (AVEBIOM) de abril Se prevé que los costes de mantenimiento estén repercutidos en el precio de la biomasa. 50% 40% 30% 20% 10% -10% -20% -30% Gracias al nuevo sistema de trigeneración y a las mejoras acometidas en el supermercado se estiman unas reducciones de entre el 63,91% (escenario 3) y el 69,20% (escenario 1) de las emisiones totales de CO 2 eq. (directas e indirectas). Es decir, se podrían emitir -40% -50% Precio electricidad [ /kwh] Fig. 14. Ahorro económico porcentual según el precio de la electricidad y el escenario de funcionamiento

9 Como se muestra en la Figura 14, para un precio promedio de electricidad de 0,07 /kwh, la instalación de trigeneración producirá un ahorro económico anual en los escenarios 3, 4 y 5, pero no será ventajosa en caso de funcionamiento todo el año ni durante la temporada de calefacción a 205ºC (escenarios 1 y 2). Para los escenarios 3, 4, y 5 se ha realizado un análisis para determinar la relación mínima entre el precio eléctrico y el de la biomasa que resulta beneficiosa económicamente. Según éste, el funcionamiento según la demanda diaria de calefacción y con temperatura del aceite regulable (escenario 5) es el más beneficioso: es preciso que el precio del kwh eléctrico sea solo 1,6 veces superior al kwh de la biomasa para que el sistema sea rentable. Los escenarios 3 y 4 precisan de unas ratios de 2,7 y 1,9, respectivamente. Por ello, para los escenarios considerados, es bastante factible la consecución de ahorros económicos derivados de la puesta en marcha de la instalación de trigeneración, siempre que los precios energéticos sean estables y razonables. IMPACTO EN EROSKI Y EUROPA Para estimar el posible impacto ambiental y económico de utilizar el sistema de trigeneración en otros supermercados, se ha realizado una simulación para 864 tiendas de EROSKI y tiendas en Europa que tengan más de 400 m 2 de superficie de sala de ventas. Los ahorros calculados dependen tanto de la superficie de ventas como de la ubicación, zona climática o país en el que estén ubicadas las tiendas. Aunque se ha demostrado que en caso de que el sistema de trigeneración funcionase todo el año (escenario 1) se podría alcanzar el objetivo de reducción del 65% del consumo eléctrico exterior, esta opción se ve penalizada económicamente respecto a otro uso más racional del sistema. Por ello, se ha considerado el escenario 5 para el cálculo del impacto, que resulta en 310 Mill. de de ahorro en compra de electricidad y 1,2 Mill. de t de CO 2 eq. evitadas en Europa. Nº tiendas consideradas Ahorro energía de red Ahorro emisiones indirectas GEI Ahorro económico EROSKI EUROPA ,5% (220 GWh) 38,7% ( t CO 2 eq.) 26,9% (17 Mill. ) 49,98% (2.862 GWh) 46,97% (1,2 Mill. t CO 2 eq.) 35,02% (310 Mill. ) Tabla 2. Impactos ambientales y económicos de replicar el sistema de trigeneración según el escenario 5 de funcionamiento Además de estos beneficios ambientales y económicos, está, en el caso de replicabilidad a nivel estatal y europeo, el impacto socioeconómico por la generación de empleos en los sectores implicados en la fabricación y mantenimiento de los sistemas de trigeneración, y por la renovación de tiendas para aplicar medidas de ahorro energético. Solo en el gasto operativo para mantenimiento de la instalación se estiman unos por tienda al año. DIFUSIÓN DEL PROYECTO Adicionalmente a los paneles en el propio supermercado, las notas de prensa y la página web también se ha presentado el proyecto en diversos congresos internacionales y se han publicado varios artículos técnicos en revistas especializadas. El proyecto también ha suscitado el interés de agrupaciones empresariales, como la Organización para el Desarrollo de la Nueva Energía y la Tecnología Industrial (NEDO) de Japón. Fig. 15. Visita de NEDO a la ZEROSTORE 9

10 Este proyecto es el inicio para reducir, en el caso más teórico, hasta el 3% del consumo eléctrico en Europa Proyecto Supermarket retrofit for zero energy consumption (LIFEZEROSTORE) Código del proyecto LIFE12 ENV/ES/ Ubicación Vitoria-Gasteiz. Álava. Euskadi. España Duración 4 años (Del 01/07/2013 al 30/06/2017) Presupuesto Financiación LIFE (50% del presupuesto) Página web Contacto EROSKI, S.Coop., Bº San Agustín, s/n, Elorrio (Spain) Tel info@lifezerostore.eu