Energia per a ciutats i comunitats (EC2)

Energia per a ciutats i comunitats (EC2) es va presentar com a projecte final del Postgrau ICCartotechnology i simula una proposta de participació en el programa de la Unió Europea Horizon 2020 (H2020). Horizon 2020 és el programa més gran de recerca i innovació de la Unió Europea i compta amb gairebé 80 bilions d’euros per finançar projectes per al període 2014-2020. Aquesta proposta s’encabeix dins de la crida “SCC 1 – 2014/2015: Smart Cities and Communities solutions integrating energy, transport, ICT sectors through lighthouse (large scale demonstration – first of the kind) projects“. La crida es focalitza en tecnologies d’Smart Cities que donin solucions a escala comercial amb un alt potencial de mercat en àrees com l’eficiència energètica en edificis, barris i comunitats intel·ligents i pretenent, alhora, tenir un impacte social que afecti a aquelles comunitats desafavorides.

Introducció

La pobresa energètica afecta al voltant de 50 milions de persones a Europa (European Fuel Poverty and Energy Efficiency Project, 2009). Les famílies es veuen forçades a reduir el seu consum d’energia a límits que poden perjudicar el seu benestar i salut. Així doncs, és necessari desenvolupar plans d’acció per combatre la pobresa energètica, amb la finalitat de reduir el número de persones en aquesta situació.

L’objectiu d’EC2 és promoure les energies renovables per esdevenir part del dia dia de les ciutats i reduir la pobresa energètica. Això es faria proveint d’autosuficiència energètica els edificis públics de la ciutat. No només els equipaments públics es beneficiarien de les energies renovables: es desplegaria una xarxa elèctrica que subministraria energia a aquelles llars que patissin pobresa energètica.

Segons l’European PPP Expertise Centre (EPEC), els edificis públics -incloent-hi hospitals, escoles, universitats i museus- es consideren els majors contribuïdors al canvi climàtic, ja que gasten una alta quantitat d’energia i sovint són ineficients, tant en termes de components estructurals com en pràctiques, com per exemple en l’ús innecessari de calefacció, aire o llums.

Objectius

Es pretén combatre la pobresa energètica de les ciutats construint ciutats més eficients amb la predominança de l’explotació de recursos locals i la participació activa dels consumidors.

EC2 es realitzaria a dues ciutats demostradores, la ciutat de Rubí (Espanya) i Lovech (Bulgària). L’objectiu d’implantar EC2 en aquestes dues ciutats seria demostrar la seva aplicabilitat a gran escala en el context de ciutat, on s’integrarien diferents tecnologies d’una manera innovadora. Aquestes dues ciutats esdevindrien models internacionals en eficiència energètica i en l’ús d’energies renovables.

EC2 involucraria tres ciutats seguidores del projecte, que contribuirien en el procés a través de solucions exportables a les seves ciutats com a continuació del projecte, tindrien accés al coneixement i als resultats del projecte i un contacte privilegiat amb els socis d’EC2. La involucració de les ciutats seguidores seria rellevant i serien partícips en la definició dels requeriments d’usuari i metodologia de solucions de transferibilitat, recull d’informació, etc. Les tres ciutats seguidores serien Lubin (Polònia), Kyrenia (Xipre) i Inverness (Regne Unit). Totes elles tenen tres característiques comunes: una població inferior a 100.000 habitants, diferent situació geogràfica i tenen potencial solar i forestal.

Totes les ciutats involucrades a EC2, tant ciutats demostradores com ciutats seguidores, tenen diferents condicions econòmiques i climàtiques per assegurar un gran impacte i un potencial de reproductibilitat del projecte en diferents escenaris.

Figura 1. Ciutats demostradores i seguidores d’EC2.

EC2 pretén complir amb els objectius de la Unió Europea per al 2020 coneguts com a “20-20-20” i es defineixen de la següent manera:

• Reducció del 20% de les emissions de gas d’efecte hivernacle en referència als nivells de 1990.
• Incrementar en un 20% l’ús de les energies renovables.
• Incrementar en un 20% l’eficiència energètica de la Unió Europea.

Concepte

Les ciutats que demostrarien l’aplicabilitat d’EC2 es troben a Espanya i Bulgària. Les polítiques d’eficiència energètica que han adoptat aquests dos països són ben representatives del problema energètic al que s’enfronta la Unió Europea. Es pot considerar que aquests dos països tenen un conflicte energètic intern i s’han d’adoptar solucions de gestió d’energia el més aviat possible.

1. El cas espanyol:
Els preus de l’electricitat a Espanya han augmentat un 80% des de 2004, i Espanya és ara el tercer país de la Unió Europea que paga l’electricitat més cara, darrere de Xipre i Malta. La directiva 2009/72/EC del parlament europeu prohibeix desconnectar l’electricitat a consumidors vulnerables en “temps crítics”, i l’actual situació a Espanya, amb més de 4 milions de parats registrats, pot ser considerada com a “temps crític”. A la vegada, la reforma energètica que va aprovar el govern Espanyol el Juliol de 2013 permet que les empreses d’electricitat tallin el subministrament als usuaris i a serveis públics essencials, com ara hospitals, per no pagar les factures.

2. El cas búlgar:
Bulgària és el país de la Unió Europea que pateix més pobresa energètica. Documents d’Eurostats i estadístiques del Statistics of Income and Living Conditions mostren que des de 2008 el 67% dels búlgars limiten el seu confort tèrmic a l’hivern a causa de la manca de diners per pagar el consum d’energia. Els tres factors que determinen el nivell de pobresa energètica hi són presents: baixos ingressos, preus elevats de l’energia i baixa qualitat dels edificis.

Els aspectes claus a tenir en compte per EC2 es resumeixen a continuació:

• Primerament, es quantificarien les pèrdues de calor dels edificis públics de cada ciutat utilitzant sensors tèrmics. S’embarcaria un sensor tèrmic en un avió per tal de capturar imatges tèrmiques que proveirien informació espacial de la temperatura de les cobertes dels edificis amb una bona resolució geomètrica (Figura 2). En aquells edificis que siguessin susceptibles de tenir pèrdues calòriques a les seves façanes, el mapa tèrmic seria complimentat amb imatges tèrmiques de les façanes (Figura 3), les quals es capturarien amb plataformes terrestres, muntades en un vehicle o en una plataforma fixa en aquells llocs on el vehicle no hi tingués accés. El resultat seria un model 3D de l’edifici que indicaria quins materials no estarien aïllant degudament l’edifici.

Figura 2. Imatge tèrmica dels edificis representant diferències de pèrdues d’energia amb una resolució de 25cm. Font: http://www.imagingnotes.com/go/article_free.php?mp_id=181	Figura 3. Kuenzer, C. and Dech, S. 2013. Mosaic d’imatges d’un sensor tèrmic IR representant pèrdues d’energia. Font: Thermal Infrared Remote Sensing, Sensors, Methods, Applications. Ed. Springer.

• Es definiria un indicador que estimaria el nivell d’aïllament tèrmic de cada edifici a partir dels mapes tèrmics. L’Ecolabel de la Unió Europea no té actualment un criteri definit i disponible per aïllament, malgrat que l’aïllament és un producte prioritari pel desenvolupament de les ciutats. El cos global d’estandardització ISO ha publicat un nou estàndard de sostenibilitat per al sector de la construcció d’edificis, però només contempla aquells edificis que es troben en procés de construcció. El nou indicador s’aplicaria per mesurar el nivell d’aïllament per a qualsevol edifici utilitzant imatges tèrmiques i podria ser utilitzat com a referència per la futura definició d’un estàndard.
• Aquells edificis en què, d’acord amb l’indicador definit s’hi detectessin pèrdues de calor significants a les seves teulades, serien adequadament aïllats, sempre que fos possible, mitjançant cobertes verdes, les quals serveixen per múltiples propòsits per l’edifici, així com l’absorció de l’aigua de la pluja, provisió d’aïllament, creació d’un hàbitat per a la fauna, provisió d’un paisatge estèticament més agradable que disminueix l’estrès dels habitants i ajuda a disminuir les temperatures de l’aire urbà. També ajuda a atenuar l’efecte illa de calor. En els casos on no fos possible instal•lar cobertes verdes o no fos suficient per aconseguir l’aïllament de l’edifici, es tindrien en compte altres mesures d’aïllament. Aquells materials que no estiguessin aïllant correctament les façanes dels edificis serien reemplaçats per nous materials.

Figura 4. Coberta verda a la ciutat de Chicago. http://en.wikipedia.org/wiki/Green_roof

• Es farien auditories energètiques en aquelles llars que manifestessin patir pobresa energètica, tot detectant possibles malbarataments d’energia i aconsellant hàbits de consum per reduir el consum d’energia de la llar. Les auditories tindrien en compte la tarifa i la potència contractades, el nombre de persones que viuen a la llar i les seves edats, així com els seus ingressos i despeses, el consum d’energia i els aïllaments de la casa. Els resultats de l’auditoria serien alguns consells de consum, la detecció de les llars que realment pateixen pobresa energètica i el càlcul del volum d’energia que seria subministrat a la llar. Aquest càlcul es mesuraria suposant un consum responsable d’energia. La resta d’energia consumida, la subministrarien les xarxes elèctrica i de gas convencional i la pagarien els membres de la llar.
• Els ajuntaments implementarien mesures per reduir el consum d’energia als edificis públics. Aquestes mesures es basarien en el consum de llum, aire condicionat i calefacció de cada edifici públic.
• El càlcul del potencial solar de cada edifici i del volum de biomassa que es podria extreure dels boscos de la ciutat es faria amb dades capturades per un sensor LiDAR aerotransportat. La tecnologia LiDAR per estimar el potencial solar d’un edifici s’ha utilitzat a nombroses ciutats europees. Per fer el càlcul del volum de biomassa dels boscos seria necessari calibrar un model pel bosc de cadascuna de les diferents ciutats, ja que cada model variaria en funció de les diferents espècies que podem trobar en els boscos. El potencial solar dels edificis i el potencial de biomassa dels boscos es publicaria en un visor de mapes enllaçat a la pàgina web d’EC2.

Figura 5. Figura 5 Kartenthemen Geoviewer. Stadplan. http://www.stadtplan.bs.ch/geoviewer/index.php?language=en&theme=264&cps=2611529.49,1267207.17,2000&nodefault&layers=orthofoto2012_juli_osm_2000,solar_potential_photo,solar_potential_photo,solar_potential_photo,solar_potential_photo

• En el moment en què cadascun dels edificis públics estigués adequadament aïllat i es conegués la quantitat d’energia que es subministraria a les llars que pateixen pobresa energètica, una eina de diagnòstic d’eficiència energètica desenvolupada per l’equip d’EC2 calcularia la quantitat d’energia que haurien de generar els panells solars que s’instal•larien als edificis públics i també la quantitat d’energia que hauria de produir una planta de biomassa que es construiria a cadascuna de les ciutats. L’aigua calenta que es produiria a la planta de biomassa es transferiria a les escoles, hospitals, centres de salut, residències per a la gent gran i equipaments esportius de la ciutat a través d’una xarxa de calor. L’energia que produirien els panells solars i la planta de biomassa s’utilitzaria per alimentar els edificis públics i les llars que pateixen pobresa energètica. La biomassa seria extreta, sempre que fos possible, dels recursos naturals de la ciutat, arribant a acords amb els propietaris dels boscos a canvi d’avantatges fiscals si deixessin extreure la biomassa dels seus boscos. Com a conseqüència, també mantindrien el bosc net. En aquells casos en què els recursos del bosc de la ciutat no fossin suficients, s’arribaria a acords amb els municipis veïns. Mantenir els boscos nets reduiria els risc d’expansió del foc i milloraria les estructures forestals, així els arbres tindrien més espai per créixer. Quan s’extreu la biomassa queden les fulles i branques al bosc, que contribueixen a mantenir l’ecosistema, tornar nutrients al sòl, limitar l’erosió i augmentar la fracció de matèria orgànica.
• Finalment hi hauria una fase de construcció de les plantes de biomassa i d’instal•lació dels equips solars i de bioenergia. Es dissenyarien i es desplegarien les xarxes elèctrica i de calor i es construirien les cobertes verdes.

Ambició

L’equip d’EC2 està format per pocs socis, que es coneixen molt bé per haver treballat conjuntament en altres projectes d’aquest abast.

El pla per minimitzar els riscos s’ha relacionat amb un pla d’objectius o fites. La direcció del projecte organitzaria reunions bianuals de seguiment del projecte i es sol·licitarien informes de seguiment al final de cada tasca. Com que el projecte està planificat per tenir una duració de 3 anys, hi hauria 12 importants fites que serien moments en què es podrien fer accions de correcció i prendre decisions de com redirigir el projecte si alguna cosa falla.

El nivell de representació dels socis d’EC2 és excepcionalment alt. Els socis han estat seleccionats per ser grups clau a Europa. Deu dels científics que formen part del grup d’EC2 pertanyen al TOP-10 mundial en els seus camps específics.

Impacte

EC2 tindria un gran impacte a llarg termini en els seus socis, usuaris i accionistes i milloraria la qualitat de vida dels ciutadans de la següent manera:

• Eliminant la dependència dels edificis públics en energies importades.
• Combatent la pobresa energètica de les ciutats.
• Reduint costos municipals, ja que l’ajuntament notaria un estalvi en ajudes als ciutadans que pateixen pobresa energètica i una gran reducció de les despeses municipals en energia.
• Creant nous llocs de treball i negocis: sempre i quan fos possible, els treballadors i empreses subcontractades serien de la mateixa ciutat on s’implementés el projecte.
• Millorant la qualitat de l’aire de la ciutat, ja que s’instal·larien cobertes verdes en aquells edificis públics que tinguessin pèrdues de calor a les seves teulades.
• Reduint la despesa energètica: dotant d’autosuficiència energètica els edificis públics. A més a més, la finalitat de fer les auditories energètiques a les llars seria reduir el consum d’energia com a mínim un 20%. 
• Incrementant l’eficiència energètica dels edificis de la ciutat.
• Demostrant innovacions exportables a altres ciutats i solucions integrades en energia.
• Creant grans lligams entre les ciutats dels estats membres amb diferents posicions geogràfiques i econòmiques a través d’una activa cooperació.
• Esdevenint un model per aquelles ciutats que tinguin potencial de biomassa, solar o ambdues característiques i que vulguin ser energèticament eficients. 
• EC2 pretén tenir una influència sobre aquells països que aposten per lleis que no afavoreixen l’ús d’energies renovables.

Pla de treball

Amb la finalitat d’aconseguir la millor gestió d’EC2, el projecte s’ha dividit en sis paquets de treball o Work packages (WP), que es representen en el següent esquema i es defineixen a continuació. El timing dels paquets de treball no és un darrere l’altre, sinó que algunes de les tasques van avançant en paral·lel.

Figura 6. Esquema dels paquets de treball

WP0, Direcció del projecte: En aquest paquet es coordinarien i supervisarien les feines administratives i tècniques i es donaria suport a les activitats. Es gestionaria i es garantitzaria la coordinació entre tots els socis per aconseguir una operació efectiva del projecte, lliuraments puntuals dels resultats i control de qualitat dels entregables.

WP1, Eficiència energètica: Dins d’aquest paquet de treball hi entrarien les auditories energètiques, la captura de dades tèrmiques amb plataformes terrestres, la detecció de pèrdues de calor als edificis públics mitjançant imatges tèrmiques i la definició del nou indicador per estimar el nivell d’aïllament tèrmic.

WP2, Estimació dels recursos de la ciutat: Es realitzarien els vols amb els sensors tèrmic i làser, es generarien els diferents productes per calcular el potencial de biomassa i solar de la ciutat, es faria el treball de camp per poder ajustar el model de biomassa i es crearia el visor de mapes per publicar els potencials de biomassa i solar de les ciutats.

WP3, Gestió de l’energia: Es desenvoluparia l’eina de diagnòstic d’eficiència energètica que calcularia la quantitat d’energia que ha de produir cada edifici i la quantitat de bioenergia que hauria de produir la central de biomassa.

WP4, Construcció de la infraestructura: En aquest paquet es planificaria, es dissenyaria, es construiria i es posaria en funcionament tota la infraestructura d’EC2: les xarxes elèctriques i de calor, les plantes d’emmagatzematge de biomassa, les centrals de biomassa, les cobertes verdes i s’instal•larien els equips de bioenergia i els panells solars. Seria en aquest paquet on es faria, també, l’extracció de biomassa.

WP5, Difusió i aspectes legals: Es donaria visibilitat al progrés d’EC2 per crear coneixement sobre el projecte i difondre els resultats a nivell de la Unió Europa i també a nivell internacional. Es faria un seguiment de tots els aspectes legals que afecten EC2 durant l’execució del mateix.

Consorci i recursos

Els socis que formen el consorci d’EC2 no són reals, són propostes de tipus d’empreses que serien idònies per desenvolupar el projecte, algunes existents i d’altres no. Tanmateix, no s’ha fet cap contacte amb empreses, ja que la finalitat d’EC2 és la de ser un projecte final de postgrau i no es presentarà a la crida d’H2020.

El consorci d’EC2 està format per nou socis d’Espanya, Bulgària, Alemanya, Regne Unit i França. L’equip d’EC2 és relativament petit però gràcies a l’alta qualificació dels socis tots els requeriments estarien coberts adequadament. A més a més, la feina seria més eficient, el risc de duplicitats es minimitza, les relacions entre socis serien més directes i la gestió del projecte estaria optimitzada. La descripció dels socis es resumeix a continuació:

• IC2 (Espanya) i FEEMC (França) són consultories energètiques, les dues són Petita i Mitjana Empresa (PIME) i han estat involucrades en la implementació de polítiques públiques en els camps del medi ambient, energia i desenvolupament sostenible. Ofereixen la seva experiència a negocis, governs locals, administracions públiques i al públic en general, i els ajuden a finançar projectes de medi ambient i energia. La seva involucració a EC2 seria de gestió en el projecte i líder del WP0 en el cas d’IC2, i com a líder del WP5 (Difusió i aspectes legals) en el cas de FEEMC.
• L’ICGC (Espanya), empresa pública i HTMI (Regne Unit), Petita i Mitjana Empresa (PIME), tenen una llarga experiència en el desenvolupament i producció de productes d’observació de la terra. El seu alt nivell científic i tècnic en el coneixement de tècniques d’observació de la terra i aplicacions els qualifica com a líders dels dos paquets de treball més tècnics d’EC2. HTMI lideraria el WP1 (Eficiència energètica) i l’ICGC, el WP2 (Estimació dels recursos de la ciutat).
• LIDARDATA (Alemanya) és una PIME que ha generat molts mapes de potencial solar arreu de diferents ciutats i províncies de la Unió Europea. A més a més, LIDARDATA té una llarga experiència en inventaris forestals amb dades LiDAR i treballaria conjuntament amb l’ICGC en el desenvolupament del WP2.
• Els ajuntaments de Rubí (Espanya) i Lovech (Bulgària). Rubí ha apostat des de fa temps per les energies renovables. L’ajuntament té un projecte molt actiu anomenat Rubí Brilla que ha aconseguit posicionar la ciutat de Rubí com a referent en sostenibilitat. Rubí Brilla ha portat a terme moltes accions per incrementar l’eficiència energètica a la ciutat, accions que s’utilitzarien com a referència a EC2.
• COMSA EMTE (Espanya) i TECHNOMASH (Bulgària) són grans empreses pioneres, entre altres coses, en estudis d’eficiència energètica. Aquestes empreses participen a EC2 amb l’objectiu de fer una demostració de la seva capacitat per cobrir un projecte de gran envergadura com és EC2 i vendre així el projecte a altres ciutats. Aquestes empreses liderarien conjuntament el WP4 (Construcció de la infraestructura), l’una a Rubí i l’altra, a Lovech.

Gairebé tots els socis estan involucrats ens tots els paquets de treball i la feina i el pressupost es reparteix equitativament entre els socis.

Figura 7. Distribució de persones/mes per soci

El pressupost de la part del projecte que financiaria la Unió Europea és de 1.537.766 €, on gairebé la totalitat de l’import es destinaria a sous de personal i despeses indirectes, que serien els costos d’operació de la infraestructura dels socis. La Unió Europea no finança despeses de la infraestructura del projecte, aquestes despeses les finançarien terceres parts. Aquestes terceres parts serien per una banda empreses privades amb un gran interès en l’execució d’EC2, ja fos per l’abast que tindria, el qual els permetria desenvolupar, testejar i demostrar la seva tecnologia en ciutats de diferents condicions i possibilitats i els obriria nous mercats per construir aquestes infraestructures en altres ciutats. També entrarien dins d’aquestes terceres parts els organismes públics que estiguessin interessats en impulsar projectes d’energies renovables i desenvolupament de tecnologia en els seus països i finalment, també hi entrarien aquelles entitats interessades en ajudar gent socialment desavantatjada.