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“Sistema SARA” o como cumplir la ley de autoconsumo eléctrico

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El sistema Sara es una innovación que permitirá aislar eléctricamente cualquier instalación fotovoltaica o mini eólica de autoconsumo de la red eléctrica.  Una necesidad que ha surgido en España debido a la nueva normativa española por la que se gravaba el respaldo al autoconsumo eléctrico.

El ministerio de Industria aprobó el pasado diciembre una reforma del sector de la autogeneración de energía que penalizará a los consumidores que generen su propia electricidad. La ley introduce el llamado impuesto al sol -peaje de respaldo-, con el que graba no solo la electricidad sobrante y que vertemos a la red, sino la totalidad de la energía generada (nuestro autoconsumo).

Hace no mucho hablamos del la problemática del autoconsumo fotovoltaico y la situación actual en la que muchos consumidores estaban optando por mantenerse en la ilegalidad y no darse de alta en el registro.

 Funcionamiento de SARA

El sistema que permite aislar las instalaciones de autoconsumo de la red eléctrica, ha sido llamado SARA (Sistema Alternativo de Reposición de Acumuladores) es una invención española, ya que en otros países no existe una penalización al autoconsumo y por lo tanto es innecesario este aislamiento.

El sistema SARA está formado por dos acumuladores independientes pero con la posibilidad de intercambiar sus funciones. Un acumulador está conectado al generador de autoconsumo del usuario y bien o recoge la energía si se generase un excedente o proporciona la energía demandada y que no fuese capaz de autoabastecerse. Mientras el otro acumulador está conectado al sistema eléctrico mediante un contrato de suministro eléctrico bajo titularidad de una empresa de servicios energéticos (ESE) cumpliendo desde el punto de vista administrativo, las condiciones de un circuito similar al utilizado para recargar vehículos eléctricos.

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SARA incorpora un controlador que mediría el nivel de carga de ambos acumuladores, así cuando el acumulador conectado al generador del usuario llegue a un nivel preestablecido de descarga, el intercambiador invertiría las funciones de ambos acumuladores, de tal forma que nunca exista conexión eléctrica entre el generador eléctrico y la red eléctrica, cumpliéndose la ITC 40 – punto 2, del REBT que considera las instalaciones aisladas como “aquellas en las que no puede existir conexión eléctrica alguna con la Red de Distribución Pública”. Y quedando cada acumulador con la función que tuviese la otra antes del intercambio.

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Ventajas e incovenientes

La novedad del sistema SARA es que permite no pagar los peajes de acceso a las redes, cargos asociados a los costes del sistema y costes para la provisión de los servicios de respaldo del sistema contemplados en la Ley del Sector Eléctrico, y para ello debemos contemplar un contrato administrativo como (ESE), comprar el sistema SARA y perdemos la posibilidad de vender nuestro excedente de energía a la red eléctrica.

Opinión

Habría que analizar el coste de ambas opciones y ver en qué punto nos encontramos, pero las ventajas del sistema SARA pasan en principio por ser solo administrativas en un país en el que hace la norma hace la trampa. La invención española se ha puesto ha trabajar para cumplir lo que es un ley injusta, aunque (y me reitero) habría que analizar su viabilidad económica, por que me temo que los usuarios seguirán manteniéndose en la ilegalidad que por ahora es la vía más rentable de autoconsumo.

 

Más información en esta entrevista a D. Luis Miguel Chapinal, Director de Renova, empresa de consultoria que ha recibido el encargo de introducir el producto en el mercado español.

 

¿Qué es una cimentación termoactiva?

La cimentación termoactiva (TABS, Thermo Active Building Systems) es una tecnología  de aprovechamiento energético para la climatización del edficio mediante el empleo de la geotérmica y la utilización de los elementos de la estructura de hormigón armado de la cimentación, como pilotes y pantallas, aunque en algunos casos se puede utilizar otras estructuras.

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Este tipo de cimentaciones se basa en el aprovechamiento de la temperatura constante del terreno a poca profundidad para mejorar el rendimiento de las bombas de calor. En invierno transfiere calor del subsuelo al edificio, mientras que en verano funcionaria a la inversa transfiriendo el calor del edifico al subsuelo, refrigerando al edificio.

La captación de la energía geotérmica necesita de bombas de calor geotérmicas y sondas intercambiadoras de calor que se introducen en el subsuelo para un contacto directo, por lo que es necesario un extensión de terreno para este campo de captación. Otra opción, para evitar el uso de un campo de captación, es la que estamos viendo al utilizar las diferentes estructuras de cimentación del edificio u otras que estén en contacto directo con el terreno como campo de captación.

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En estas estructuras, el intercambio geotérmico se realiza por medio de un circuito cerrado instalado en las armaduras de la cimentación. Este circuito cerrado está formado por tubos “sondas geotérmicas” a través de los cuales circula agua o agua con anticongelante, produciéndose un intercambio de calor entre este fluido y el terreno. El fluido es conducido a una “bomba de calor geotérmica” generando la energía suficiente para la completa climatización de un edificio.

Estudio Previo

Por lo que respecta al uso de una cimentación termoactiva es necesario realizar unos estudios previos para conocer de antemano las condiciones del terreno, validar su implantación y diseñar adecuadamente. Por lo que es importante conocer:

  • Características geotécnicas de los estratos del subsuelo en que han de hincarse las cimentaciones activas.
  • Nivel de la capa freática, oscilaciones anuales, dirección y velocidad de flujo.
  • Características del terreno necesarias para definir el potencial geotérmico: capacidad térmica volumétrica, conductividad térmica y permeabilidad.
  • Existencia o ausencia de manantiales cercanos o construcciones subterráneas que desvíen o calienten las aguas freáticas.
  • Temperatura máxima, mínima y media anual del subsuelo.

Sistema de intercambiador

Una vez concoidas las condiciones geotérmicas de nuestro terreno y debemos seleccionar el sistema de intercambiador geotérmico que puede ser abierto o cerrado

  • Sistemas abiertos: normalmente asociados a fuentes de agua subterráneas. Generalmente se necesitan dos pozos, uno de extracción y otro de inyección, separados una distancia suficiente como para no afectarse. Se requiere una permeabilidad suficiente para poder extraer un caudal adecuado con poca subsistencia y buena calidad de agua para evitar corrosión, atascos y desgaste de tuberías.

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  • Sistemas cerrados: el lazo de colectores del terreno es en circuito cerrado. Es el sistema habitual en bombas de calor geotérmicas con foco frío en el suelo. Dentro de este sistema podemos dividir en colectores horizontales o verticales.

 Ventajas e inconvenientes

Las principales ventajas del uso de una cimentación termoactiva:

  1. Todas las ventajas propias de la geotérmica como energía renovable y en términos de eficiencia energética.
  2. Económica, aunque necesite una inversión inicial, su amortización supone un ahorro económico en su vida útil
  3. Impacto arquitectónico o visual nulo.
  4. Independencia del clima externo
  5. Larga vida útil, siempre que se empleen materiales adecuados

Mientras que la principal inconveniente:

  1. En función de las necesidades energéticas, la mayoría de los casos no cubre el 100% de demanda aprovechando sólo la cimentación, debido a la profundidad menor de las sondas verticales.

Normativa

En lo referente a normativa, el Código Técnico de la Edificación (CTE), DB-HE “Ahorro de Energía”, exige la aplicación mínima de energías térmicas renovables solar y fotovoltaica para la edificación y abastecimiento de agua caliente sanitaria, pero deja una puerta abierta a otras energías renovables o alternativas de ahorro energético. Entre estas otras alternativas tienen cabida las instalaciones para el aprovechamiento de energía geotérmica.

Conclusión

La conjunción de un adecuado estudio previo y diseño, permitirán que en cada proyecto se pueda realizar un diseño optimizado de un sistema de bomba de calor geotérmica, obteniendo edificios más eficientes con los beneficios económicos que suponen para el usuario y de emisiones de CO2 para la sociedad.

Aunque la normativa deje la puerta abierta pasa su posible alternancia con la energía solar en edificios  de poca exposición solar, no debemos olvidar que en este caso el CTE habla de obligaciones mínimas y que debemos buscar edificios “0 emisiones” que con la subida del coste de la energía son inversiones amortizables y rentables.

 

La Carretera Solar

Os imagináis crear un pavimento solar que pudiese sustituir al actual asfalto de las carreteras y calles ¿Cuántos miles de Kilómetros cuadrados podrían generar electricidad limpia? Y no solo se podría utilizar como asfalto, podría colocarse en aceras, aparcamientos, pistas deportivas y cualquier superficie que este al exterior y reciba la luz solar.

 

Eso es lo que han pensaron allá por 2006 el matrimonio Brusaw: Scott un ingeniero eléctrico y Julie su esposa. No sabían que material podría colocarse en sustitución del asfalto que aguantase el tráfico pesado, pensaron en la caja negra de los aviones, aunque no sabían de qué material estaban hechas, sabían que podían proteger los componentes eléctricos sensibles de lo peor de un accidente aéreo. Seguramente sería caro utilizar ese material para crear un pavimento pero si colocaban células solares y generaban energía ese beneficio podría pagar el coste del panel. Luego pensaron ¿Y porque no le ponesmos LED para pintar las líneas de la carretera? ¿Y si añadimos un elemento de calentamiento en la superficie (como el alambre de descongelación en la ventana trasera de nuestros coches) para evitar la acumulación de nieve? Las ideas y posibilidades simplemente continuaron rodando y así nació el proyecto Solar Roadways.

 

Solar Roadways es un sistema de pavimento modular de paneles solares. Estos paneles solares se pueden instalar en las carreteras, estacionamientos, calzadas, aceras, carriles bici, parques infantiles… literalmente cualquier superficie bajo el sol. Ellos se pagan por sí mismos a través de la generación de electricidad, que puede alimentar los hogares y empresas conectados a través de vías de acceso y estacionamientos.

Están construidos con vidrio de alta resistencia, en una configuración similar a la utilizada en el cristal blindado y antibalas, templado y laminado pero reduciendo su grosor a un par de centímetros. El resultado es un vidrio capaz de soportar sobradamente el peso de los coches y de grandes camiones, incluso de maquinaria de más de 100 toneladas.

Para evitar que el vidrio resulte resbaladizo, especialmente con lluvia, la superficie de los paneles tiene una rugosidad equivalente a la del asfalto. La superficie de vidrio ha sido probada para la tracción, pruebas de carga y pruebas de resistencia al impacto en los laboratorios de ingeniería civil en Estados Unidos, y ha superado todos los requisitos.

Estos paneles no solo han solucionado la problemática para que un vidrio pueda funcionar como pavimento, sino que han ido más allá y han creado todo una carretera “inteligente”:

Elementos de calefacción que evitan la aparición de hielo y la acumulación de nieve (en la imagen una fila tiene encendida la calefacción y otra no)

 

Iluminación con luces LED que pueden desde hacer las líneas de tráfico y señalización, a utilizarse para avisar de posibles accidentes de animales en la calzada,…

 

La carga de los vehículos eléctricos mientras circula mediante inducción.

El proyecto que ha sido muy aclamado recibió en 2009 una subvención de  la Administración Federal de Carreteras para construir el primer prototipo de Solar Carretera que completaron con éxito. Desde 2011, se encuentran en una segunda fase en la que se construirá un prototipo de carretera y será probado en diferentes climas y condiciones de luz solar por todo el país.

Si queréis colaborar con Solar Roadways, desde el Día de la Tierra (22 de abril) al 31 de mayo , estamos en medio de una campaña de crowdsourcing Indiegogo para recaudar los fondos necesarios para prepararse para la producción de los paneles solares

“Peletizados” una tecnología clave para el avance de la biomasa

La biomasa es una de las energías renovables en auge y con mayor potencial mundial, como ya hemos visto en otros artículos, pero nunca hemos hablado de la industria del Peletizado, una de las grandes culpables del avance del avance de la biomasa. Actualmente existen en España 42 plantas de producción de pélets y 9 más en proyecto.
 
La materia prima que forma la biomasa está constituida en su mayoría por residuos forestales 40%, cultivos energéticos 35% y residuos agrícolas 15% tiene sus inconvenientes. ¿Qué pasaría si dependiéramos de la época de recolección de cultivos energéticos o de limpieza forestal para aprovisionarnos? ¿Quedaría garantizado el suministro durante todo el año? Necesitaríamos de un espacio de almacenamiento mucho mayor. Además esta materia prima no sería homogénea (en tamaño y forma) y podría tener algunas características negativas como alta humedad.  Estos inconvenientes hacen poco atractivo el uso de biomasa, por eso ha nacido una industria que transforma la biomasa en biocombustible: La peletización.

Requisitos de la materia prima biomásica en peletización:

  • La materia prima debe estar absolutamente desprovista de piezas metálicas y minerales y reducida a una granulometría fina (menor que el diámetro de los orificios de la matriz). Si las partículas son demasiado grandes, se produce la rotura de los pélets. En el caso de utilizar biomasa de origen agroforestal, es recomendable la utilización de una trituradora móvil a fin de reducir in situ el tamaño de las partículas, facilitando de esta manera el transporte, almacenamiento y secado natural.
  • Contrariamente, el polvo de madera es inadecuado porque no garantiza una buena cohesión.
  • Humedad: a la entrada de la granuladora la humedad debe estar entre 8-10% aproximadamente (al final dependerá del tipo de materia prima). El control de la humedad es fundamental para conseguir un buen proceso de peletizado.

Fases previas al proceso de densificación (peletización):

1. Pretratamiento de la biomasa: los parámetros clave bajo este punto son la mejora del balance económico y energético global mediante un acondicionamiento previo de la materia prima empleada. El material de origen para la fabricación de los pélets puede ser directamente serrín procedente de un aserradero, en ese caso, serán necesarias unas fases previas de descortezado y astillado.

2. Soluciones para el secado de la biomasa: la tendencia es no utilizar energía térmica con este único fin, sino que el calor para el secado sea residual, procedente de algún otro proceso, por ejemplo, en plantas de cogeneración. En las plantas de producción de pélets hay un consumo importante de calor en el secado de la materia prima. Esto hace que haya una sinergia importante entre ambos procesos. Además, se está investigando en el desarrollo del secado solar.

3. Mejora de las condiciones de la biomasa: con objeto de conseguir un pélet con la mayor densidad energética posible, así como hacerlo fácilmente manejable (mejor resistencia al agua, menor polvo) pueden llevarse a cabo sobre la materia prima los siguientes procesos:

  •   Torrefacción.
  •  Manosite o steam explosion.

Una ventaja adicional para ambas tecnologías es que permiten utilizar materiales de menor calidad y mezclar distintas materias primas

Proceso de Peletización

Normalmente, en la fábrica de pélets el  peletizado es un proceso de granulación mediante extrusión. En los tipos de fabricación más comunes el principio operativo se basa en la presión ejercida por una serie de rodillos sobre el material, situados sobre una matriz metálica dotada de orificios de calibre variable. La materia prima atraviesa la matriz al mismo tiempo que se comprime, obteniéndose a la salida un diámetro característico a la matriz empleada. A la salida de la matriz, un dispositivo compuesto de cuchillas, corta los cilindros, aún blandos, a la medida de la longitud deseada.

Durante el proceso de extrusión, las fuerzas de fricción que actúan por unidad de superficie son suficientes para provocar un incremento de la temperatura superior a los 70 ºC, lo cual genera la plastificación parcial de la lignina que actúa como aglomerante. En ocasiones se puede añadir agua o vapor para mejorar las condiciones del proceso. Asimismo a veces es necesario agregar durante el proceso productivo aglutinantes adicionales para lograr un mejor aglutinamiento y aumentar la resistencia del pélet para su posterior transporte. Estos aglutinantes deben ser de origen natural, no contaminantes durante la combustión. Generalmente se emplean distintos tipos de almidones, cuyo porcentaje debe ser inferior al 2%, según normativa europea.

Por enfriamiento de la lignina, ésta se endurece y los pélets adoptan la forma cilíndrica típica endurecida. El equipo enfriador se basa en una cámara vertical con ventiladores donde los pélets caen por la aplicación de un flujo transversal de aire suave para evitar que se produzcan fisuras. En esta etapa se consigue aumentar la dureza y resistencia del pélet, lo que permite evitar problemas en la manipulación de las etapas posteriores.

Previo al empacado y almacenamiento se realiza un tamizado con sistema de vibrado para separar el polvo que pudo haber escapado del proceso de peletizado, el cual es devuelto como materia prima al proceso de producción. Finalmente, los pélets son transportados a un silo para almacenamiento y pueden ser embolsados en bolsas de 15 a 20 kg o en big bags (sacos grandes, desde 500 a 1.000 kg). Estas bolsas pueden transportarse en palés. También está la posibilidad de suministrar a granel utilizando un camión cisterna, mediante un sistema neumático similar al empleado para la distribución de otros combustibles para calefacción como, por ejemplo, el gasóleo. Igualmente, pueden distribuirse también en contenedores para barcos o trenes, etc.

Normativa y calidades

En la norma EN 14961-2 “Biocombustibles sólidos – Especificaciones y clases de combustible – Parte 2: Pélets de madera para usos no industriales” del Comité Europeo de Normalización –CEN– se definen una serie de calidades de pélets, cuyas características divide a los pélets de madera en tres calidades:

– La clase A1 representa pélets de madera virgen y residuos madera sin tratar químicamente, con bajos contenidos en cenizas, nitrógeno y cloro.

– Los combustibles con un contenido ligeramente más alto en cenizas, nitrógeno y/o cloro estarán dentro de la clase A2.

– En la clase B se permite utilizar también madera reciclada y residuos industriales.

La biomasa en casa

La biomasa es la utilización de la materia orgánica como fuente energética. Por su amplia definición, la biomasa abarca un amplio conjunto de materias orgánicas que se caracteriza por su heterogeneidad, tanto por su origen como por su naturaleza.

En el contexto energético, la biomasa puede considerarse como la materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía. Estos recursos biomásicos pueden agruparse de forma general en agrícolas y forestales. También se considera biomasa la materia orgánica de las aguas residuales y los lodos de depuradora, así como la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORSU), y otros residuos derivados de las industrias.

Respecto al uso final térmico en España se consumen más de 4 Mtep para usos finales térmicos de los que el sector doméstico utiliza prácticamente la mitad y el resto se encuentra repartido en usos industriales entre los que destacan las industrias del papel, de madera y muebles, y alimentación.

Las aplicaciones térmicas con producción de calor y agua caliente sanitaria son las más comunes dentro del sector de la biomasa, quedando por debajo en un nivel menos desarrollado la de producción de energía eléctrica.

En las viviendas unifamiliares la producción de energía térmica con biomasa comienza en una caldera o estufa individual, como las utilizadas tradicionalmente, aunque hoy encontramos en el mercado equipos de aire que calientan una única estancia, como de agua que permiten su adaptación a sistemas de radiadores o de suelo radiante y su conexión a sistemas con producción de agua caliente sanitaria.

En los bloques o edificios de viviendas las calderas de biomasa son equiparables en funcionamiento a las habituales de gasóleo o gas natural, que proveen a las viviendas de calefacción y agua caliente. En edificios de nueva construcción son una buena solución tanto económica como medioambiental. Otra aplicación importante de estas calderas es la conversión de las antiguas calefacciones de carbón o gasóleo a instalaciones de biomasa, con una gran aceptación en nuestro país. Debido a la necesidad de disponer de un lugar amplio y seco para el almacenamiento del biocombustible este tipo de instalaciones puede tener dificultades a la hora de sustituir a otras instalaciones en salas de caldera pequeñas o con poco espacio aprovechable.

Otro aspecto a tener en cuenta es que las calderas modernas de biomasa no producen humos como las antiguas chimeneas de leña, y sus emisiones son comparables a los sistemas modernos de gasóleo y gas. La composición de estas emisiones son básicamente parte del CO2 captado por la planta origen de la biomasa y agua, con una baja presencia de compuestos como nitrógeno y nulas cantidades de azufre, uno de los grandes problemas de otros combustibles. La biomasa consigue un balance neutro de las emisiones de Co2 al cerrar el ciclo del carbono que comenzaron las plantas al absorberlo durante su crecimiento.

 

 

El sueño de la chimenea solar: De una propuesta española en 1903 a la central de Manzanares

El 25 de agosto de 1903, la revista La Energía Eléctrica, publicaba un artículo del coronel de artillería Isidoro Cabanyes titulado “Proyecto de motor solar”

 

 

 

Después de describir las maquinas solares inventadas hasta el día como de poca importancia industrial por la escasa potencia alcanzada, propone el nuevo concepto de chimenea solar con dos particularidades:
  • Un colector solar en su base, destinado a calentar el aire del interior de la chimenea y provocar así una corriente ascendente por ella
  • Un generador eólico en forma de turbina destinado a transformar esa corriente de aire ascendente en un trabajo mecánico que produjese energía eléctrica
El artículo incluía además detalles constructivos de la chimenea solar, pero a falta de más noticias, tenemos que suponer que Isidoro Cabanyes no llego a materializar su propuesta.
En 1903, debemos recordar que la sociedad no tenía la conciencia actual sobre el medioambiente y la sostenibilidad, al igual que no había un pensamiento general de dependencia de los combustibles fósiles.
Sin embargo, en 1981 en los comienzos del despegue de la energía solar, el Ministerio Alemán de Investigación y Tecnología (BMFT) con la eléctrica española Unión Fenosa, promovieron la construcción de una chimenea solar basada en los mismos principios en la localidad manchega de Manzanares.
La chimenea tenía una altura de 195m. (en esos momentos la estructura metálica más alta de España) 10m. de diámetro y un peso aproximado de 200 toneladas (poco si se consideran sus dimensiones).
El colector solar era un enorme invernadero de plástico de forma redonda de 240m de diámetro y formado por cuadrados de 6m de lado. Los plásticos estaban situados a 2m. del suelo mediante columnas en sus nudos. En la base de la chimenea se instalo un generador eólico de 50kW de potencia.
En ninguna publicación de la chimenea solar de Manzanares se hace mención al proyecto de Isidoro Cabanyes, así que aunque existen paralelismos debemos suponer que no tenían conocimientos de su proyecto.
El proyecto de la chimenea solar de Manzanares tuvo defectos en su construcción y como consecuencia la chimenea término por derrumbarse en una tormenta en 1989, poniendo fin a esta página de la historia sobre las chimeneas solares.
Los sueños merecen siempre simpatía y si la precursora idea de Isidoro Cabanyes fue llevada a la práctica casi 80 años después, no sabemos si en un futuro la idea de chimenea solar se volvera a retomar.