Smart and flexible 100% renewable district heating and cooling systems for European cities XARXA DE CALOR AMB 100 % ENERGIA RENOVABLE AL BARRI DE L ESTRELLA DE BADALONA Energy Efficiency: Systems, Buildings and Communities Research Group IREC Laura Sisó Badalona, 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
Opcions Inicials: xarxa calor i xarxa fred Option 1 Option 2 Option 3 Option 4 1 BIOMASS BOILER (300 kw, η=0.9) Base-load Shut down during summer 1 BIOMASS BOILER (300 kw, η=0.9) Base-load Shut down during summer 1 BIOMASS BOILER (300 kw, η=0.9) Base-load Shut down during summer FLAT PLATE SOLAR COLLECTOR FIELD (500 m2, 350 kw) 1 NATURAL GAS BOILER (200 kw, η=0.95) Peak-load 1 BIOMASS BOILER (200 kw, η=0.9) Peak-load 1 BIOMASS BOILER (200 kw, η=0.9) Peak-load 1 BIOMASS BOILER (350 kw, η=0.9) Back-up for solar energy ELECTRIC CHILLER (1100 kw, COP 3.5) ELECTRIC CHILLER (1100 kw, COP 3.5) ELECTRIC CHILLER (1100 kw, COP 3.5) ELECTRIC CHILLER (1100 kw, COP 3.5) Thermal storage: 20 m3 Thermal storage: 25 m3 Thermal storage: 40 m3 Thermal storage: 40 m3
Índex 1. Demanda energètica 2. Solucions tècniques 3. Anàlisi energètica 4. Anàlisi econòmica 5. Anàlisi ambiental 6. Exemples d instal lacions 7. Conclusions
1. Demanda Energètica. Estimació demanda calefacció i ACS Ratis Demanda Anual (kwh/m2) Calefacció ACS Categoria edifici Font Residencial 11.89 13.52* Oficines, comercial 25.00 0.85 Edifici terciari 25.00 0.85 Categoria B. Documento reconocido escala de certificación C 1 =0,2 energética IDAE 2011 Categoria B. Rati per oficines > 500 m 2 C=0,5 (PEMB 2002) Hipòtesi: mateix perfil de demanda que el d oficines/comercial * Calculat en base estadística assumint 28 l/dia persona & 2.7 persones/habitatge (Código Técnico de Edificación 2013; IDAE 2011) Demanda anual d energia Demanda pic de l any 1 112 MWh/any 800 kw
1. Demanda Energètica. Estimació demanda calefacció i ACS Demanda anual d energia Demanda pic de l any 1 112 MWh/any 800 kw
2. Solucions tècniques. Biomassa i Solar Tèrmica Capacitat sistemes Opció 1 BIOMASSA OPCIÓ 2 BIOMASSA 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 m 2 Acumulació tèrmica Tanc d aigua calenta Tanc d aigua calenta 25 m 3 40 m 3
2. Solucions tècniques. Disseny xarxa canonades i sala màquines Temperatura de Temperatura de subministrament retorn 85 ºC 60ºC Longitud total de la xarxa (anada i tornada) 945 m Pèrdues de calor a les canonades 6 % de la càrrega total del sistema Canonades d acer Diàmetre màxim Diàmetre mínim DN65 DN32 Espai necessari sala màquines Aprox 100 m 2
2. Solucions tècniques. Inversió de Capital Structure investment 20% Biomassa Biomassa + Solar tèrmica Structure investment 20% Subtotal for DH network investment 12% Subtotal for central plant investment 68% Subtotal for DH network investment 8% Subtotal for central plant investment 72% 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 Hipòtesis Biomassa Estella (30% humitat) Solar tèrmica Captadors solars plans Poder calorífic / Paràmetres de rendiment dels captadors Cost energia 3.25 kwh/kg 0.031 /kwh η 0 = 0.806; a1 = 2.58 W/m²K; a2 = 0.009 W/m²K² 0 /kwh Producció de calor Opció 1 - Biomassa Opció 2 - Solar tèrmica & Biomassa Biomassa (MWh/any) 1 176 820 Solar tèrmica (MWh/any) - 356 Consum de combustible Biomassa (t/any) 401 281 Hores d operació Biomassa (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%
Preu de l'energia (cèntims /kwh) 4. Anàlisi econòmica Comparació preu calor 16.00 14.00 14.19 12.00 10.00 9.15 10.43 10.32 11.59 Opció 1 - Biomassa 8.00 Opció 2 - Solar tèrmica & Biomassa 6.00 4.00 Sistema convencional 2.00 0.00 Excloent cost subestacions Incloent cost subestacions
5. Anàlisi ambiental. Estalvi d emissions Barri convencional Sistema calefacció individual Gas Natural ECO Barri Xarxa de calor amb Biomassa i Solar tèrmica Estalvi combustibles fòssils Estalvi de tones de CO2 1 170 MWh/any 230 tones CO 2 /any
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 CO 2 /any 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] 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.