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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]