UNIDAD DIDÁCTICA 1
CONCEPTO DE EFICIENCIA Y AHORRO DE ENERGÍA. CONCEPTO DE AUDITORÍA ENERGÉTICA
MÁSTER UNIVERSITARIO DE GESTIÓN Y DISEÑO
DE PROYECTOS E INSTALACIONES CURSO 2013-2014
ASIGNATURA EFICIENCIA Y AHORRO DE ENERGÍA
UNIDAD 1. CONCEPTO DE EFICIENCIA Y AHORRO DE ENERGÍA. CONCEPTO DE AUDITORÍA ENERGÉTICA
ÍNDICE Página
OBJETIVOS. ................................................................................................................................. 3 INTRODUCCIÓN........................................................................................................................... 5 1.1 DESCRIPCIÓN DE LA SITUACIÓN ENERGÉTICA ACTUAL.................................... 7 1.1.1 DEFINICIONES. .................................................................................................. 7 1.1.2 CONSUMO DE ENERGÍA PRIMARIA. ............................................................... 8 1.1.3 CONSUMO DE ENERGÍA FINAL. .................................................................... 11 1.1.4 PRODUCCIÓN PROPIA DE ENERGÍA. ........................................................... 14 1.1.5 ENERGÍA ELÉCTRICA. .................................................................................... 15 1.2 CONCEPTO DE EFICIENCIA Y AHORRO DE ENERGÍA. ....................................... 20 1.3 INDICADORES DE EFICIENCIA. .............................................................................. 21 1.4 DEFINICIÓN DE AUDITORÍA ENERGÉTICA. .......................................................... 21 1.5 OBJETIVOS................................................................................................................ 21 1.6 CLASIFICACIÓN. ....................................................................................................... 21 1.7 METODOLOGÍA. PARTES DE UNA AUDITORÍA ENERGÉTICA. .......................... 23 1.7.1 RECOPILACIÓN INICIAL DE LA INFORMACIÓN. ........................................... 23 1.7.2 TOMA DE DATOS Y MEDICIONES. ................................................................. 23 1.7.3 ANÁLISIS Y EVALUACIÓN. .............................................................................. 30 1.7.4 REALIZACIÓN DEL INFORME. ........................................................................ 31 1.8 BIBLIOGRAFÍA. ......................................................................................................... 34 RESUMEN................................................................................................................................... 35
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OBJETIVOS. Conocer todos Agroalimentario.
los
tipos
de
auditorías
energéticas
en
el
sector
Ser capaz de realizar auditorías y estudios de eficiencia que permitan diagnosticar la situación energética del suministro. Proponer medidas para optimizar el consumo de recursos y los costes. Saber realizar un seguimiento genérico de las medidas propuestas en una auditoría energética. Conocer los trámites administrativos en la realización de auditorías energéticas.
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INTRODUCCIÓN. En el panorama productivo actual de los países desarrollados, el consumo energético va ligado al crecimiento económico. Es decir, un indicador adecuado para estimar el crecimiento económico de un país es su consumo energético. Adicionalmente, los problemas medioambientales derivados del uso intensivo de la energía fósil (emisiones de CO2 y NOx, y agotamiento de estos recursos no renovables) cuestionan el desarrollo global sostenible de los países desarrollados (FAO, 1995). Del mismo modo, se ha detectado en la mayoría de las instalaciones consumidoras de energía un consumo mayor que el necesario para conseguir un determinado nivel de confort o producción. Se puede afirmar que la casi totalidad de las instalaciones consumidoras de energía son susceptibles de disminuir su consumo y mantener el mismo nivel de producción, es decir, mejorar su eficiencia energética. Un uso eficiente de la energía en cualquier sector productivo contribuye a que éste sea sostenible porque permite un ahorro económico, la conservación de los recursos fósiles y la disminución de la contaminación (Pervanchon et al., 2002). En España, se han llevado a cabo acciones tendentes a favorecer la mejora de eficiencia energética de diferentes sectores productivos (Ministerio de Economía, 2003). La mayoría de estas acciones se concretan en actuaciones de mejora de las instalaciones y la gestión. Como paso previo a estas actuaciones en cualquier ámbito de actuación se plantea el estudio de la eficiencia energética en las instalaciones consumidoras de energía por medio de auditorías energéticas. Las principales causas de la falta de eficiencia energética en las instalaciones consumidoras son de diferente naturaleza. Por un lado, el empleo de aparatos poco eficientes. Muchas instalaciones, fundamentalmente debido a un inadecuado mantenimiento, no renuevan o no realizan las reparaciones adecuadas en los equipos consumidores de energía a lo largo del tiempo. Por otro lado, en muchas ocasiones se debe a la permanencia de un modelo energético anticuado. Se ha primado en muchas ocasiones más la cantidad que la calidad de la energía y ello ha repercutido en un consumo excesivo. Otras veces, las causas se deben a un diseño de partida defectuoso de la instalación (sobredimensionado de equipos, mal aprovechamiento de la energía disponible inicialmente, cambios legislativos en la tarificación respecto al proyecto inicial, entre otros) que repercuten en la gestión de la instalación. Por último, una causa más relacionada con la percepción subjetiva de la energía es la falta de una cultura energética. En algunos momentos del pasado se ha primado más el diseño y ejecución de un proyecto desde el punto de vista de su funcionalidad sin considerar o minusvalorando el consumo energético a medio o largo plazo. Otras consecuencias importantes de la falta de eficiencia de las instalaciones consumidoras de energía son, además de las anteriormente citadas (contaminación por emisiones de CO2 y NOx y agotamiento de estos recursos no renovables), son la contribución al aumento del calentamiento global del planeta y la contribución a un modelo energético inseguro (no está garantizado el suministro ante cualquier eventualidad). Entre las soluciones para paliar este problema podrían destacar varias. Una de tipo cultural que sería la concienciación social del problema. Se trataría de implicar al consumidor en la contribución en la disminución del consumo energético a escala doméstica (campañas de concienciación de disminución de consumo de agua y electricidad entre otros). Otra, más tecnológica, sería la búsqueda de nuevas energías y empleo de renovables. La última estaría relacionada con la asignatura que se expone en estas unidades didácticas. Ésta sería la mejora de la gestión de la energía. En pocas palabras, sería hacer más con menos.
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El estudio de la mejora de la eficiencia energética global de una instalación se lleva a cabo por medio de una auditoría energética. A partir de un estudio de los equipos receptores de una instalación y su esquema de funcionamiento, se trataría de encontrar medidas potenciales para mejorar la eficiencia energética de los equipos consumidores, adecuar el diseño de la instalación desde el punto de vista energético y buscar otras medidas que ahorren dinero y energía. Por otro lado, la valoración de estas medidas es muy importante puesto que permiten priorizar aquéllas que se amorticen mejor. No se trata de obtener una solución única y definitiva puesto que las circunstancias van cambiando a lo largo del tiempo. Cada instalación tiene su propia solución y puede ir mejorando a medida que se tiene más información sobre la misma. Se detallan en esta unidad didáctica los conceptos de eficiencia energética y auditoría energética. Previamente se describe someramente la situación energética actual de España y la Comunidad Valenciana. Por último se define el concepto de auditoría energética y se detallan sus partes fundamentales.
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UNIDAD 1. CONCEPTO DE EFICIENCIA Y AHORRO DE ENERGÍA. CONCEPTO DE AUDITORÍA ENERGÉTICA
1.1 1.1.1
DESCRIPCIÓN DE LA SITUACIÓN ENERGÉTICA ACTUAL. DEFINICIONES.
Previo a la descripción de la situación energética actual se detallan algunos conceptos relacionados con la energía. Energía primaria: es aquélla que se encuentra en la naturaleza y no ha sido sometida a ningún proceso de conversión. Energía final: es aquélla que los consumidores usan en sus equipos profesionales o domésticos (combustibles líquidos, gas, electricidad,…). Proceden de las fuentes de energía primaria por transformación de éstas, con las consiguientes pérdidas por transformación. Intensidad energética: consumo de energía por unidad de producto interior bruto. Valor medio de la cantidad de energía necesaria para generar una unidad de riqueza. La transformación de energía primaria en energía final conlleva unas pérdidas por transformación.
Figura 1.1.- Transformación de energía primaria en final
La clasificación general de las fuentes de energía, según sean renovables o no, se muestra en la figura 1.2.
Figura 1.2.- Mapa conceptual de fuentes de energía
Según esta figura se infieren otras definiciones: Energía renovable: Energías cuya utilización no supone una reducción de los recursos o potenciales existentes de las mismas, la biomasa también se considera como energía renovable pues la renovación del bosque y cultivos se puede realizar en
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un período de tiempo reducido. Al otro tipo de energías se le considera como no renovables. Energía hidráulica: Energía potencial y cinética del agua transformada en electricidad en las centrales hidroeléctricas. La producción de energía hidráulica no incluye la producción de las centrales de acumulación por bombeo. Energía geotérmica: Procedente del interior de la corteza terrestre, generalmente en forma de agua caliente o vapor. Se utiliza para la producción de electricidad o directamente en forma de calor para la calefacción urbana, agrícola, etc. Energía solar: Radiación solar explotada para la producción de agua caliente, calefacción o electricidad (paneles, centrales termo-helio-eléctricas). La energía solar pasiva para la calefacción, climatización e iluminación no es tenida en cuenta. Energía eólica: Energía cinética del viento explotada para la producción de electricidad. Energía geotérmica: Procedente del interior de la corteza terrestre, generalmente en forma de agua caliente o vapor. Se utiliza para la producción de electricidad o directamente en forma de calor para la calefacción urbana, agrícola, etc. Biomasa: Comprende toda materia orgánica no fósil, de origen biológico, que puede ser utilizada como combustible para la generación de calor o la generación eléctrica. 1.1.2
CONSUMO DE ENERGÍA PRIMARIA.
En esta unidad didáctica se dispone de algunos datos estadísticos de consumo energético hasta el año 2008 en España. Aunque no están muy actualizados sí pueden indicar la tendencia actual en el consumo y los porcentajes globales ya que se han reducido respecto a los de las fechas indicadas pero mantienen la tendencia similar a la de 2008.
Figura 1.3.- Consumo de energía primaria en España durante el año 2008
En el año 2008, el consumo total fue de 142.071 ktep, lo que supuso un descenso respecto a 2007. En la actualidad ha descendido respecto a esta cifra. Destaca también la cifra del consumo de carbón, 13.917 ktep. Esta cifra representa un 9,7% del consumo total de energía. De este combustible fósil ha ido descendiendo el consumo hasta la actualidad, lo que ha implicado una menor generación de energía eléctrica. Al igual que el carbón, el descenso de consumo de petróleo también es patente. 68.110 ktep. Aunque es el mayor porcentaje de consumo (47,6%) descendió un 3,9% respecto al año anterior.
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El consumo de gas natural ha ido creciendo respecto al resto de fuentes de energía debido al incremento de los ciclos combinados y la cogeneración. En concreto, la demanda del año 2008 fue de 34.783 ktep (24,3%) y supuso un aumento del 10,1% respecto del año 2007.
Figura 1.4.- Consumo de energía primaria en el año 2009
Como se muestra en la figura 1.4, el consumo de energía primaria en el 2009 fue de 130.587 ktep. Esto supuso un descenso del 8,2% respecto al año 2008. Asimismo aumentaron ligeramente las energías renovables (con una importancia superior de la biomasa y residuos) mientras que el carbón, petróleo y gas natural representaron respectivamente el 8%, 48,8% y 23,8% del total. El indicador índice de intensidad energética es menos representativo de la actividad económica y sufre más oscilaciones que el de la energía final por unidad de PIB, ya que depende de la energía hidráulica a lo largo del año. Su tendencia, como se muestra en la figura 1.5, es a la baja desde 2004 debido a la mejora de la eficiencia energética en las nuevas tecnologías de generación eléctrica.
Figura 1.5.- Evolución del índice de intensidad energética de las energías primarias desde 1980 hasta 2008
La situación en la Comunidad Valenciana no es muy diferente del resto de España. En cuanto a energía nuclear, gas natural y petróleo, es análogo. Destaca que en la Comunidad Valenciana, el consumo de carbón es inexistente. Es importante recalcar que la Comunidad Valenciana en el 2008 tiene un saldo eléctrico positivo (necesita importar de otras partes ajenas al propio territorio) frente al saldo eléctrico casi nulo de la totalidad de España. (ver figura 1.6).
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Figura 1.6.- Reparto de energías primarias en la Comunidad Valenciana y comparativa con el resto de España en 2008 (Mtep)
En cuanto a la evolución del consumo de la energía primaria en la Comunidad Valenciana, en la figura 1.7 se muestra la tendencia de las principales energías y su variación anual. La evolución fue alcista en los noventa con una tendencia a la baja en la actualidad.
Figura 1.7.- Evolución del consumo de la energía primaria en la Comunidad Valenciana desde la década de los 80 del siglo pasado hasta el año 2008 (miles de tep)
Se muestra en el último año de la serie un avance importante en las energías renovables, junto con una disminución del consumo de petróleo. La energía nuclear es la que lidera el total y el gas natural tiene una incidencia similar (algo superior) a las renovables.
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1.1.3
CONSUMO DE ENERGÍA FINAL.
En cuanto al consumo de energía final la tendencia es descendente en 2008 respecto a 2007 (2,3%). En la figura 1.8 se muestra el consumo en porcentajes, tanto por sectores como por fuentes. El mayor consumo es de derivados del petróleo y ello se refleja en la gráfica sectorial, donde destaca el transporte como sector de mayor consumo. La industria tiene un consumo ligeramente inferior.
Figura 1.8.- Consumo de energía final en España durante 2008, por fuentes y sectores en porcentaje
En cuanto al índice de intensidad energética se muestra la tendencia a la baja que sigue en la actualidad (figura 1.9). Ello supuso una mejora de la eficiencia energética en un 4% en 2008. Hay que destacar que en los años de las décadas de los 80 y 90 del pasado siglo no se contabilizaron las energía renovables en los usos finales con el fin de que los datos fueran homogéneos. Solamente se tuvieron en cuenta en los inicios del siglo XXI.
Figura 1.9.- Evolución del índice de intensidad energética de las energías finales desde 1980 hasta 2008
En la Comunidad Valenciana se muestra la tendencia vista con las energías primarias en 2008 (figura 1.10). Hay una menor dependencia de los derivados del petróleo debido a un mayor consumo de gas natural. Adicionalmente hay un bajo consumo de carbón que es sustituido por el petróleo y el gas natural. La similitud con el resto de España en cuanto a los sectores productivos queda patente ya que el 70% del consumo total es abarcado por el transporte y la industria.
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Figura 1.10.-Reparto de energías finales en la Comunidad Valenciana y comparativa con el resto de España en 2008 (Mtep)
Las energías finales tienden claramente a la baja en la Comunidad Valenciana (figura 1.11). Sigue teniendo muy baja incidencia o nula el carbón. El mayor consumo es de los derivados del petróleo y su tendencia es descendente. Las renovables aunque no se reflejen en el gráfico y sí en la tabla muestran una tendencia alcista.
Figura 1.11.-Evolución del consumo de la energía final por fuentes energéticas en la Comunidad Valenciana desde la década de los 80 del siglo XX hasta el año 2008 (miles de tep)
Si se estudia la misma evolución por sectores económicos (figura 1.12) igualmente se muestra que el transporte es el mayor consumidor, seguido de la industria. También se muestra un tímido aumento del sector agrícola.
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Figura 1.12.-Evolución del consumo de la energía final por fuentes energéticas en la Comunidad Valenciana desde la década de los 80 del siglo pasado hasta el año 2008 (miles de tep)
Se suele representar el consumo energético final en un diagrama de Sankey, es decir, representando gráficamente la cantidad de energía consumida por flechas con ancho proporcional a la magnitud de dicha cantidad. Mediante este sistema el diagrama permite diferenciar la energía adecuadamente consumida de los residuos o emisiones. En el caso de los datos para España y la Comunidad Valenciana en 2008 se resumen en las figuras 1.13 y 1.14.
Figura 1.13.-Diagrama de Sankey del consumo energético de España durante 2008 (miles de tep)
La figura 1.13 refleja el consumo energético en España en 2008. La mayor parte de la energía primaria procede del petróleo y se usa en el transporte. La energía eléctrica se genera a partir de energía nuclear, carbón y renovables y se consume por la industria, servicios y doméstica. El gas natural es mayoritariamente consumido por la industria. En la figura 1.14 se muestra un diagrama similar para la Comunidad Valenciana. Igualmente el petróleo es usado mayoritariamente por el transporte. El sector agrícola es más importante en cuanto al consumo que en el resto de España. Este sector, junto con el doméstico y de servicios consume la mayor cantidad de energía eléctrica. Las pérdidas en el sector eléctrico (por transporte de energía, producción y consumos propios) son importantes respecto al global nacional.
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Figura 1.14.-Diagrama de Sankey del consumo energético de la Comunidad Valenciana durante 2008 (miles de tep)
1.1.4
PRODUCCIÓN PROPIA DE ENERGÍA.
Éste es uno de los puntos débiles del sector energético español. Se trata de un sistema energético globalmente deficitario. Destaca en los últimos años una disminución del 25,4% de la producción de carbón y unas reservas prácticamente nulas de petróleo y gas natural. El grado de autoabastecimiento es del 21,6%, debido principalmente a la energía nuclear y las renovables (incluida la hidráulica). Este parámetro se obtiene relacionando el consumo de energía primaria y la energía final (ver figura 1.15).
Figura 1.15.-Grado de autoabastecimiento energético de España y Comunidad Valenciana durante 2008
Si se incluye como producción primaria la energía nuclear, el grado de autoabastecimiento de la Comunidad Valenciana es del 20%. El grado de autoabastecimiento es similar a la media española.
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1.1.5
ENERGÍA ELÉCTRICA.
Si se hace un análisis de los datos específicos de la producción de energía eléctrica en 2008 análogo a los estudios anteriores se puede ver una muestra en la figura 1.16. Las renovables tienen una incidencia importante en la generación de la energía eléctrica en el resto de España. En la Comunidad Valenciana el mayor porcentaje recae sobre el gas natural.
Figura 1.16.-Producción de energía eléctrica en España y la Comunidad Valenciana durante 2008
Otro aspecto a destacar es la evolución del mix de generación de energía eléctrica en España. Esto son los diferentes orígenes de la producción de energía eléctrica. Se reducen en los últimos años el carbón, la nuclear y la hidráulica. Aumentan en cambio la eólica.
Figura 1.17.-Evolución del mix de generación de energía eléctrica en España desde 1999 hasta 2008
Otro aspecto importante del sector eléctrico español es la localización de la demanda y generación de la energía. En la figura 1.18 se muestran los focos demandantes localizados principalmente en las áreas metropolitanas de Madrid y Barcelona. Le siguen en menor medida la zona de la Comunidad Valenciana y País Vasco. En cuanto a las zonas de generación se localizan principalmente en Cataluña y Andalucía. Cuando se superponen estos dos diagramas se muestran dos zonas extremas. El área metropolitana de Madrid con una relación generación-demanda más baja y el área metropolitana de Barcelona con el máximo valor del parámetro.
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Figura 1.18.-Localización de la demanda, generación y superposición de ambas de la energía eléctrica en España en 2008
En la Comunidad Valenciana se muestra un saldo eléctrico positivo (mayor demanda que generación). Mientras que en la figura 1.19 se muestra el balance de energía, en la 1.20 se muestra la demanda en barras de central desde 1980 hasta 2008. En el primer caso la importación de electricidad es considerable (26%). Los consumos por sectores son similares entre el consumo doméstico, servicios e industria. Los sectores del transporte y agricultura consumen un porcentaje menor, 1 y 2% respectivamente.
Figura 1.19.-Diagrama de Sankey del balance de energía eléctrica de la Comunidad Valenciana durante 2008 (miles de tep)
La demanda de energía eléctrica creció tímidamente en 2008. En la actualidad hay un estancamiento o una bajada de la demanda. Esto se refleja también en el consumo final de energía que evoluciona a la baja en 2008 (figura 1.21).
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Figura 1.20.-Evolución de la demande de energía eléctrica en barras de central en la Comunidad Valenciana desde 1980 hasta el año 2008 (miles de tep)
Figura 1.21.-Evolución del consumo final de la energía eléctrica en la Comunidad Valenciana desde 1980 hasta el año 2008 (miles de tep)
Un aspecto importante a la hora de abordar un estudio de eficiencia energética es la curva de demanda diaria y en ocasiones en tiempo real. Dependiendo del sector
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en el que se realice el estudio, la curva de demanda variará. La curva de demanda global expresa los consumos eléctricos de todos los sectores productivos. En la figura 1.22 se muestra un ejemplo de este gráfico en una fecha concreta del año 2008. Se muestra que el consumo eléctrico evoluciona diariamente de una manera similar dependiendo del día de la semana, vacaciones, estacionalidad, etc. A partir de las 7:00 aumenta el consumo hasta alcanzar un pico a las 22:00. Hay una pequeña depresión entre las 16:00 y 18:00. Estos datos reobtuvieron para el 3 de noviembre.
Figura 1.22.-Curva de demanda diaria de energía eléctrica en España (03/11/2008)
Del mismo modo se representan las curvas de demanda diaria de la energía eléctrica para diferentes años (figura 1.23). Su evolución es similar en días próximos. Se diferencian más cuanto más cambie la estacionalidad.
Figura 1.23.-Curva de demanda diaria de energía eléctrica de varios años en fechas cercanas (20052008)
Dependiendo del sector, también hay una diferencia considerable. En la figura 1.24 se muestran tres tipos de sectores (industria, servicios y residencial). El perfil diario es plano en la industria, en el sector servicios hay una punta de consumo por la
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mañana y otra por la tarde y en residencial la máxima demanda es por la tarde. En el caso del sector agrícola, en el riego concretamente, la mayor demanda se produce en los meses de máxima demanda de los cultivos (julio-agosto en el caso de España) y durante el día dependerá de factores variables como el tipo de red hidráulica, tarificación eléctrica, etc.
Figura 1.24.-Modelos de curva de demanda diaria de energía eléctrica en tres sectores productivos
A lo largo del año, análogamente a como se ha comentado para el sector agrícola, el consumo también varía. La razón principal es la estacionalidad, debido a la variación de horas de luz solar y la temperatura. La demanda energética es mayor en invierno y verano que en primavera y otoño (figura 1.25).
Figura 1.25.-Modelos de curva de demanda diaria de energía eléctrica en tres sectores productivos
Un último aspecto es la diferencia entre las curvas de demanda diarias de la Comunidad Valenciana con respecto al resto de España. En la Comunidad Valenciana no se produce un pico de consumo por la mañana tan importante como en el global de España. Por la tarde a las 18:00 se tiene el mayor consumo.
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Figura 1.26.-Curva de demanda diaria de energía eléctrica en España (arriba) y en la Comunidad Valenciana (abajo)
1.2
CONCEPTO DE EFICIENCIA Y AHORRO DE ENERGÍA.
El concepto de eficiencia energética tiene diversas acepciones. Una primera definición hace referencia a la relación entre la energía de entrada y de salida de un proceso específico. Otra definición es la optimización de los consumos energéticos de tal manera que para realizar una misma operación se reduzca el consumo energético. De todos modos, independientemente de su definición, las mejoras que produce una adecuada eficiencia energética se traducen en reducciones en la cantidad de energía utilizada en un determinado proceso y a diversas escalas (país, sector con un uso final concreto) para un mismo nivel de actividad. Dentro del contexto energético actual hay una gran dependencia de las fuentes fósiles, entre otros problemas. Adicionalmente, el cambio climático que se produce a escala global incide en una serie de cambios en los consumos energéticos. Otro aspecto a tener en cuenta en el escenario global es el empleo por parte de los sectores productivos de una maquinaria poco eficiente. Con el tiempo, los equipos consumidores de energía requieren un mantenimiento adecuado y en muchos de los casos este mantenimiento no se hace adecuadamente. En España y Europa, desde diferentes administraciones se están fomentando las ayudas a la mejora y mantenimiento de equipos para aumentar la eficiencia energética. En definitiva, se está intentando que a la larga se fomente una cultura energética entre los ciudadanos españoles y europeos. Se trataría de fomentar comportamientos, métodos de trabajo y técnicas de producción que consuman menos energía. Principalmente se trata de actuar en el mantenimiento y gestión de la instalación más que en proyecto aunque en algunos casos el proyecto es una parte muy importante. La mejora de la eficiencia energética conlleva un ahorro energético (cuanto más eficiente es un equipo consumidor menos energía consume) y las actuaciones más importantes propuestas y fomentadas por la administración tienen que ver sobre las realizadas sobre la demanda. Según los expertos, las actuaciones sobre la demanda son más efectivas que las realizadas sobre la oferta. La asignatura presente se centra en la descripción de estas actuaciones sobre la demanda en diversos sectores productivos. Mediante las actuaciones sobre la demanda se producen una serie de beneficios a escala energética. Se enumeran algunos de los más importantes:
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-
Reducción de la factura energética.
-
Reducción de la dependencia energética de los combustibles fósiles.
-
Reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero.
-
Reducción del nivel de intensidad energética.
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UNIDAD 1. CONCEPTO DE EFICIENCIA Y AHORRO DE ENERGÍA. CONCEPTO DE AUDITORÍA ENERGÉTICA
1.3
Ahorros económicos derivados de los ahorros energéticos.
INDICADORES DE EFICIENCIA.
Un indicador de energía es un parámetro que tiene como objetivo dar seguimiento a los cambios en la eficiencia energética en un determinado proceso productivo y a diferentes escalas (país, empresa, área industrial, etc). En general, los indicadores se clasifican en dos tipos: económicos y técnicoeconómicos. Los primeros se utilizan cuando la energía se evalúa a niveles agregados, como por ejemplo en un país o un sector de la economía. Los índices técnico-económicos se utilizan cuando los análisis se realizan a niveles suficientemente desagregados (por subramas o usos finales) y relacionan la energía consumida con indicadores de la actividad expresados en unidades físicas. Por ejemplo, toneladas de acero, pasajeros por km, metros cuadrados de viviendas o edificios calefactados, etc. 1.4
DEFINICIÓN DE AUDITORÍA ENERGÉTICA.
Una auditoría energética se trata de un procedimiento sistemático para obtener conocimientos del perfil de consumo energético existente en una edificación, de una instalación industrial, de un servicio privado o público, identificando y cuantificando las posibilidades rentables de ahorro de energía y reducción de emisiones. Se trata de una evaluación independiente y de asesoramiento respecto a un determinado proceso productivo. Mediante una auditoría energética se tiene una visión clara y fiel de los procesos consumidores de energía en una instalación. A partir de esta visión se detectan cuáles de los consumos son mayores de los necesarios para conseguir el mismo nivel productivo o el mismo nivel de confort, dependiendo del sector productivo o instalación auditado. Al final se traduce en una posibilidad real de ahorro energético y económico. 1.5
OBJETIVOS
Mediante una auditoría energética se consiguen alcanzar los siguientes objetivos: -
Identificar dónde se consume la energía (mapa energético de una instalación o edificio).
-
Obtener un balance energético global y su evolución.
-
Identificar las áreas de oportunidad que ofrecen un ahorro potencial de energía.
-
Determinar y evaluar económicamente los volúmenes de ahorro alcanzables y las medidas técnicamente aplicables (medidas correctoras potenciales y su valoración).
Mediante las auditorías energéticas se consigue una ventaja competitiva una vez que se aplican las medidas correctoras potenciales. 1.6
CLASIFICACIÓN.
Las auditorías energéticas se pueden clasificar dependiendo del alcance y del sector.
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EFICIENCIA Y AHORRO DE ENERGÍA
En función del alcance hay tres tipos de auditorías: -
Auditoría básica o prediagnóstico energético.
Básicamente consistiría en una recopilación de datos principales (potencias, facturas eléctricas, etc) junto con un análisis e interpretación de los datos y un diagnóstico indicando las posibilidades de mejora sin estudio técnico-económico. -
Diagnóstico energético.
Se trata de una toma de medidas representativas (eléctricas, de climatización e iluminación, etc) además de unas entrevistas con personal de mantenimiento y un informe con propuestas de mejora incluyendo la estimación de ahorros y orden de magnitud de la inversión. -
Auditoría energética o análisis de detalle.
Se hace un inventario de todos los equipos consumidores de energía. Se toman las medidas de todos y cada uno de los equipos. Se hace un análisis e informe incluyendo un estudio técnico-económico pormenorizado. Igualmente, en función del alcance se pueden clasificar de otra manera: -
Específicas.
La auditoría se lleva a cabo solamente en una parte de la instalación. No obstante es importante conocer la instalación globalmente debido a posibles efectos colaterales. -
De seguimiento.
Se realizan para la comprobación de medidas adoptadas y la verificación de si éstas cumplen con las expectativas. La clasificación en función de la fase de construcción en la que se encuentre la instalación de estudio, consistiría en: -
Fase de proyecto.
Se realiza la revisión de un proyecto según variables energéticas para verificar que se cumplen los requisitos estipulados. -
Fase de obra.
La auditoría se lleva a cabo durante la ejecución de las medidas para comprobar si se están aplicando correctamente las especificaciones. Por último, la clasificación de la auditoría en función del sector productivo auditado es la siguiente: -
Transporte.
Elaboración de planes de movilidad urbana sostenible, gestión de flotas de vehículos, etc. -
Industrial.
Procesos productivos. Se trata de las auditorías más complejas y completas. -
Residencial.
Estas auditorías tienen como finalidad la certificación energética de un edificio. -
Terciario.
Se auditan edificios singulares (hoteles, colegios, etc) y alumbrado público.
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UNIDAD 1. CONCEPTO DE EFICIENCIA Y AHORRO DE ENERGÍA. CONCEPTO DE AUDITORÍA ENERGÉTICA
1.7
METODOLOGÍA. PARTES DE UNA AUDITORÍA ENERGÉTICA.
La metodología de una auditoría energética se basa en la respuesta a una serie de preguntas: -
¿Qué resultados se quieren obtener?
-
¿Qué datos se requieren para obtener dichos resultados?
-
¿Qué extensión y nivel de profundidad se quiere alcanzar?
-
¿Qué tipos de energía se incluyen?
-
¿Cuál es el presupuesto a disposición?
En función de las respuestas a estas preguntas se establece la metodología a seguir y cada una de las partes de la auditoría. Un ejemplo de los pasos a seguir sería lo siguiente: 1) Recopilación inicial de información. 2) Toma de datos y mediciones. 3) Análisis de la instalación. 4) Elaboración del informe con propuestas de mejora y estudio económico. 1.7.1
RECOPILACIÓN INICIAL DE LA INFORMACIÓN.
Esta parte de la auditoría es necesaria para una buena preparación y organización de los trabajos. Trata de recopilar información de distinta índole de diferentes departamentos de una determinada explotación. Como ejemplo de documentación a requerir se necesita:
1.7.2
-
Facturas eléctricas y de otros combustibles. Permite conocer el orden de magnitud de los consumos y el porcentaje sobre el total.
-
Horarios y turnos. Indica la periodicidad del uso que se hace de las instalaciones o los edificios.
-
Equipos existentes. Son los equipos consumidores de energía. Se necesita conocer básicamente las características (potencia, fabricante, etc). La formación previa en este aspecto facilita el posterior inventario.
-
Proceso y planos. Se ha de disponer de un diagrama del proceso principal y de los planos de las zonas producción para poder englobar todo el proceso.. También se facilitan las visitas posteriores que se hayan de realizar para el seguimiento de las variables energéticas.
-
Otros datos. Se trata de datos adicionales que permitan aclarar más sobre el proceso a estudiar. Entre ellos destacan las superficies, los esquemas de principio, los esquemas unifilares, etc. TOMA DE DATOS Y MEDICIONES.
En la toma de datos se realiza un inventario exhaustivo de los principales datos para conocer el consumo energético de la instalación de estudio. En algunas ocasiones, algunos de los datos que se muestran no es posible recopilarlos. Cada instalación tiene sus especificidades respecto a los datos a medir y la forma de medirlos. Se intenta dar en este tema una visión general de las partes de una auditoría
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EFICIENCIA Y AHORRO DE ENERGÍA
energética en general. En temas posteriores se desarrollan auditorías específicas en diversos sectores productivos. Entre la información a recopilar destaca: -
Suministros energéticos: o
Curvas de carga suministradas por la distribuidora.
o
Facturas (tanto de electricidad como de otros combustibles).
o
Consumos parciales de procesos importantes y grandes equipos consumidores.
Figura 1.27.-Curva de consumo diario en un equipo de una instalación
- Tecnologías horizontales. Se trata de hacer un inventario de las instalaciones energéticas que se integran en los procesos productivos. Se destacan las siguientes. o
Sistema eléctrico: planos de distribución de fuerzas, disposición de los centros de transformación, etc.
o
Sistema de iluminación:
o
o
Inventario de lámparas y luminarias (tipos, potencias, tipos de balastos, etc).
Inventario de sistemas regulación, etc.
de
encendido,
dispositivos
de
Sistemas de acondicionamiento térmico, climatización y ventilación.
Planos de distribución de equipos terminales y conductos.
Inventario de equipos consumidores de energía (calderas, quemadores, etc.).
Agua caliente sanitaria: detallar el uso diario y los planos.
- Características constructivas. Influyen estas características de una manera importante en lo relacionado con la transferencia de calor del interior al exterior de la instalación y viceversa. En el caso de auditorías en industrias se hace referencia a las características del edificio. En el caso de auditorías energéticas en edificios éste es un punto de vital importancia. En la mayoría de las ocasiones se hace referencia a:
24
o
Número de ventanas.
o
Material y tipo de aislamiento.
o
Grosor de las paredes.
o
Existencia de puentes térmicos.
o
Existencia de rendijas para la ventilación.
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Figura 1.28.-Características constructivas que influyen en las auditorías energéticas de edificios.
- Procesos industriales. Se trata de analizar los procesos productivos para determinar el peso de su consumo energético sobre el total. Para ello se detallan diferentes aspectos como la descripción de procesos, las características técnicas y consumos de los principales equipos y los horarios y secuencia de funcionamiento. - Otros. Otro tipo de consumos se puede deber a los equipos ofimáticos. Para la toma de datos se necesita saber el número y tipo de equipos utilizados y el modo y horario de funcionamiento. El número de personas que trabaja en una instalación también influye en el consumo energético. Fundamentalmente se atiende al número de personas que hay simultáneamente trabajando en un recinto determinado. A modo de resumen se citan en la figura 1.29 las características más importantes de la toma de datos en una instalación.
Figura 1.29.-Tabla resumen de ejemplo de inventario
La realización de mediciones es necesaria para entender el funcionamiento de las instalaciones. Al igual que en el caso de la toma de datos se especifican las mediciones en los diferentes apartados citados.
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-
Suministros energéticos: o
Medida de la curva de carga de la acometida general y determinados equipos.
o
Instalación de equipos de medida para gas y otros combustibles.
Como ejemplo se muestra en la figura 1.30 la medida de la curva de demanda de un puente grúa. En la figura 1.31 se muestra la medida de la curva de demanda de un grupo de refrigeración de 11 kW.
Figura 1.30.-Medida de la curva de demanda de un puente grúa
Figura 1.31.-Medida de la curva de un grupo de refrigeración de 11 kW
- Tecnologías horizontales. o
Sistema eléctrico: en puntos clave (compresores, bombas de impulsión, transformadores, etc.) se medirá intensidades, tensiones, potencias,…
o
Sistema de iluminación: se necesita medir el nivel de iluminación (lux)
o
Sistemas de acondicionamiento térmico, climatización y ventilación.
o
26
Análisis de rendimiento.
Medición de temperaturas y humedades.
Tener en cuenta factores meteorológicos, orientación del edificio, elementos que puedan provocar sombras, etc.
combustión
Agua caliente sanitaria: temperaturas, etc.
de
mediciones
calderas
de
para
caudales,
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determinar
presiones,
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- Procesos industriales. Medición de los consumos de los distintos procesos y equipos. Gracias a las medidas sabemos si los equipos están funcionando correctamente. Dentro de los diferentes equipos que se pueden utilizar destacan los equipos más usuales empleados para las mediciones. -
ANALIZADOR DE REDES. Mide el consumo eléctrico a lo largo de un cierto tiempo. Las funcionalidades más importantes son: potencia activa, reactiva, armónicos, transitorios , etc.
Figura 1.32.-Analizador de redes.
-
AMPERÍMETRO. Mide la intensidad de corriente que circula por un determinado aparato.
Figura 1.33.-Amperímetro.
-
CÁMARA TERMOGRÁFICA. Permite detección de pérdidas de calor y frío.
visualizar
temperaturas.
-
TERMÓMETRO. Permite medir temperaturas de estancias. Analógicos y digitales.
-
TERMOHIGRÓMETRO. Equipo similar al termómetro que además de las temperaturas permite medir humedades.
-
ANALIZADOR DE GASES DE COMBUSTIÓN. Determina si la combustión se está llevando acabo de una manera adecuada. La detección de valores elevados de ciertas sustanciases indicativo que existe un problema en la combustión.
-
CAUDALÍMETRO. Se emplea para la medición del caudal de un fluido.
-
LUXÓMETRO. Mide la cantidad de luz en un espacio, determinando si ésta es suficiente o no.
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Fácil
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-
CÁMARA FOTOGRÁFICA. Elemento muy importante para registrar todos los datos de manera visual pudiendo de esta manera consultarlos durante su análisis.
Figura 1.34.-Cámara Termográfica
Figura 1.35.-Termómetro y termohidrógrafo
Figura 1.36.-Analizador de gases de combustión
Figura 1.37.-Caudalímetro
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Figura 1.38.-Luxómetro
Figura 1.39.-Cámara fotográfica
En las figuras 1.40 y 1.41 se muestran algunos ejemplos de mediciones en calderas y de potencia máxima demandada.
Figura 1.40.-Medición de caldera
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Figura 1.41.-Potencia máxima demandada
1.7.3
ANÁLISIS Y EVALUACIÓN.
Con la documentación, los datos y las medidas recopilados en la planta se puede realizar un análisis técnico de la situación energética de la instalación. Con el fin de realizar un análisis metódico y eficiente se han de seguir una serie de pasos. -
Clasificación del consumo energético en función de los diferentes usos. Es decir, clasificación según se use en iluminación, climatización, etc. De esta manera se detectan dónde se focalizan los consumos más grandes.
-
Identificar ineficiencias y causas de las mismas (lámparas ineficientes, aislamientos insuficientes, fugas de compresores, etc.).
-
Propuesta de mejora para solucionar las ineficiencias detectadas.
Figura 1.42.-Diagrama de análisis
Las propuestas de mejora deben llevar asociadas principalmente: -
Estudio de ahorro de energía y de emisiones de gases de efecto invernadero.
-
Estudio de viabilidad técnico-económica. (Presupuesto, análisis beneficiocoste, rentabilidad, viabilidad técnica, etc.).
-
Clasificación de las propuestas de actuación según distintos criterios. o
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Ahorro energético.
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-
1.7.4
o
Período de retorno.
o
Prioridad de las actuaciones.
Cuadro resumen de las medidas de ahorro. Es recomendable elaborar una tabla en la que vengan reflejadas todas las medidas propuestas con las características de cada una. REALIZACIÓN DEL INFORME.
Una vez se tienen los resultados del análisis anterior, se procede a la elaboración de un informe que recoja la situación actual desde el punto de vista energético de la empresa, las medidas propuestas y las mejoras tanto energéticas como económicas que se esperan conseguir. Se muestran un esquema de ejemplo de estructura de un índice para llevar a cabo un informe de auditoría energética genérica.
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Se le añade a este informe una tabla resumen de las medidas propuestas y las recomendaciones. Figura 1.43.
Figura 1.43.-Tabla resumen de medidas propuestas y recomendaciones
Por último se redacta un resumen alcance de los tres tipos de informes (diagnóstico energético, auditoría energética y auditoría energética con eficiencia de suministro energético) que se pueden elaborar, según lo expresado en el cuadro al final del tema.
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RESUMEN ALCANCE
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EFICIENCIA Y AHORRO DE ENERGÍA
1.8
BIBLIOGRAFÍA.
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RESUMEN. Después de describir someramente el panorama energético actual en España y la Comunidad Valenciana, se muestra que una de las debilidades del mismo es la falta de eficiencia energética. Mediante la mejora de la eficiencia energética en una instalación se consiguen ahorros energéticos y económicos potenciales. Toda instalación es susceptible en mayor o menor medida de mejorar su eficiencia energética. Se han expuesto en el tema desarrollado los principales conceptos relacionados con la eficiencia y el ahorro energéticos. Posteriormente se han detallado las partes más importantes de una auditoria energética y los tipos de informes que se pueden realizar al respecto. Adicionalmente se han descrito algunos de los equipos más empleados en la toma de datos. Se acaba el tema con un índice de las partes más importantes de una auditoría energética y un resumen del alcance.
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