Proyecto Life Nexus del Ayuntamiento de León y Aguas de León

León

Programa LIFE

LIFE es el acrónimo de “L´Instrument Financier pour l´Environnement”, un instrumento para la financiación de proyectos de conservación medioambiental y de desarrollo de la política y legislación comunitaria en materia medioambiental.

Su inicio data de 1992, desde entonces se han desarrollado diferentes etapas. La etapa actual está comprendida entre los años 2014 y 2020 con una contribución aproximada de 3.456 millones de euros para la protección del medioambiente y el cambio climático.

El Programa de Medio Ambiente y Acción por el Clima (LIFE) es el instrumento financiero de la Unión Europea dedicado al medio ambiente. Su objetivo general se basa en catalizar los cambios en el desarrollo y la aplicación de las políticas mediante la aportación de soluciones y mejores prácticas para lograr los objetivos medioambientales y climáticos, así como mediante la promoción de tecnologías innovadoras en materia de medio ambiente y cambio climático. Debe apoyar, así mismo, la aplicación del Programa General de Medio Ambiente de la Unión hasta 2020 “Vivir bien, respetando los límites de nuestro planeta”.

El Proyecto LIFE NEXUS es gestionado por la Comisión Europea, siendo la Autoridad Nacional en el Estado español el Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente, a través de la Dirección General de Servicios.

Problemática medioambiental

Las políticas europeas de planificación hidrológica se han basado tradicionalmente en aumentar los recursos hídricos y la capacidad de regularlos. En el caso del ciclo urbano del agua, estos dos enfoques han llevado a un agotamiento gradual del recurso (acuíferos sobreexplotados), pérdida de calidad del agua, el deterioro de los ecosistemas acuáticos y los conflictos entre usuarios motivados por la existencia de distintos intereses.

Además, destaca el aumento de los costos operativos relacionados con temas tecnológicos (captación, transporte, tratamiento, etc.) o la necesidad de renovar las infraestructuras obsoletas. Esta creciente dependencia de la energía presenta inconvenientes de sostenibilidad de los sistemas de agua potable, altos costos energéticos y emisiones de gases de efecto invernadero asociado. Las cuestiones relacionadas con el nexo agua-energía-clima se volverán más críticas en el futuro. En este sentido, es necesario que las Administraciones Públicas desarrollen estrategias para promover sostenibilidad y disminuir la huella de carbono global relacionada con su planificación hidrológica.

Todas las ciudades son atendidas por sistemas de tuberías de presión para suministrar agua donde se necesita para uso doméstico, mientras que los sistemas de drenaje y alcantarillado suelen ser alimentados en lámina libre.

El suministro de agua potable mantiene energía sin explotar procedente de la presión en las tuberías. Los gestores de agua potable instalan válvulas reductoras de presión (“PRVs”),  dispositivos hidráulicos que mantienen rangos de presión preestablecidos.

LIFE NEXUS evaluará los aspectos técnicos-económicos y la viabilidad ambiental de la sustitución de estos dispositivos reductores de presión por Plantas hidroeléctricas (PCH) para la recuperación de energía. Las máquinas minihidráulicas (≤ 10 MW) localizados en diferentes ubicaciones del ciclo del agua urbana en sustitución de las PRVs, teniendo el mismo control sobre el caudal y la presión del agua mientras producen electricidad utilizable.

LIFE NEXUS proporcionará un progreso más allá de la vanguardia actual en la relación del agua y la energía a través de dos innovaciones principales:

·        Desarrollando innovadores prototipos hidroeléctricos pequeños basados ​​en la bomba como turbina (PAT) adaptada.

·        Evaluación de diferentes estrategias y escenarios para el uso de energía recuperada y almacenada con acoplamiento virtual o acoplamiento real (autoconsumo).

Una primera evaluación de este enfoque de LIFE NEXUS se llevará a cabo en León. El análisis de los resultados obtenidos se comparará con los datos obtenidos en la repetición del proyecto en 20 ubicaciones seguidoras en toda Europa.

LEÓN

Organización del proyecto

El proyecto se denomina Life Nexus, con el titulo “Boosting the sustainability of the urban water cycle: energy harvest in water industry using microhydropower tecnology” (Impulsar la sostenibilidad del ciclo urbano del agua: obtención de energía en la industrial del agua usando tecnología microhidráulica).

Aguas de León en colaboración con CARTIF y Aquatec han preparado la documentación para un “proyecto piloto” consistente en el aprovechamiento de la energía de la conducción de agua bruta de la Etap del Porma para su conversión en energía eléctrica y la acumulación del excedente de energía para su utilización en momentos puntuales en los que la demanda supera a la energía generada (durante el lavado de filtros). Este último punto es la novedad en la tecnología aplicada.

El equipo de trabajo está formado por cinco entidades:

CoordinadorFundación Cartif
AsociadoSociedad Mixta Aguas de León, S.L.
AsociadoAquatec, Proyectos para el sector del agua, S.A.U.
AsociadoAleksandras Stulginskis Universitetas [ASU] (Kaunas, Lituania).
AsociadoInstituto de maquinaria de flujo hidráulico de la Academia de Ciencias de Polonia. Instytut Maszyn Przeplwywowych im. Roberta Szewalskiego Polskiej [IMP-PAM] (Gdansk, Polonia).

Los asociados ASU e IMP-PAM lideran las fases para la localización de instalaciones en las que es viable la aplicación de esta tecnología en función de las características técnicas y su viabilidad económica en función de la normativa particular de cada uno de los países.

Objetivos del proyecto

Agua y energía son dos de los recursos más importantes en el siglo XXI. Las ciudades constituyen un marco en el que el nexo agua y energía será crítico en un futuro próximo debido a los movimientos demográficos, el crecimiento económico y las presiones surgidas por los cambios naturales. El marco actual de escasez de agua y la necesidad de soluciones de baja emisión de carbono, hace que sea un desafío seguir prestando servicios básicos de agua urbana sin aumentar el impacto en el medioambiente. LIFE NEXUS promueve la sostenibilidad de las redes de abastecimiento de agua potable en el ciclo del agua urbana, reduciendo la huella de carbono total.

Life Nexus promoverá la sostenibilidad del ciclo urbano del agua mediante la demostración del uso de centrales hidroeléctrica de pequeña potencia para recuperar energía no aprovechada en las redes de distribución de agua existentes. A pesar del potencial que presenta esta tecnología para generar “electricidad verde”, no se ha hecho en Europa una evaluación sistemática de la misma. Life Nexus cubrirá este vacío mediante la catalogación de los posibles puntos de recuperación de energía en las ciudades europeas y evaluará su viabilidad técnica y económica. Cabe destacar que 40 actores implicados en este sector de Polonia, Lituania, Bélgica, Países Bajos, Irlanda, reino Unido y España apoyan el proyecto.

Entre las tecnologías de generación disponibles Life Nexus se centrará en las denominadas PaT (bomba actuando como turbina), que se están convirtiendo en la solución más viable para proyectos microhidráulicos (≤ 100 kW). La innovación tecnológica consiste en la integración de una máquina PaT con un sistema de almacenamiento de energía eléctrica que mejorará la gestión de la energía generada adaptándola a la energía demandada por la instalación.

LIFE NEXUS es una herramienta para que los planificadores consideren la energía del ciclo integral del agua: ayuntamientos, empresas privadas, empresas públicas o mixtas.

Los principales objetivos de Life Nexus son:

·        Instalación de un prototipo hidráulico (35 kW) en la estación de tratamiento de agua potable (ETAP) del Porma (León) que permita cubrir con energía renovable la demanda básica de la instalación

·        Desarrollo de un sistema de gestión inteligente integrado con una plataforma de monitorización que permita controlar la generación y uso de la energía.

·        Replicar el enfoque Life Nexus en 30 instalaciones similares en Europa.

·        Contribuir a los objetivos de convertir a Europa en líder mundial en la transición hacia una energía limpia.

·        Divulgación de los resultados y logros del proyecto como actividades bien estructuradas para maximizar el impacto en la UE.

·        Proporcionar conocimientos prácticos y herramientas a los usuarios finales, gestores de agua y responsables políticos, para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en las actividades urbanas.

Fases y acciones del proyecto

El proyecto está estructurado en acciones independientes pero relacionadas entre sí. En cada acción hay un responsable sobre el que recae la tarea organizativa, apoyado por el resto de los asociados.

Fase A “preparación del proyecto”, con dos apartados, A1, creación de una base de datos y GIS de los posibles lugares de recuperación de energía en redes de distribución europeas,  A2 en el que se formalizan las autorizaciones administrativas y el diseño del prototipo.

Fase B “implementación del prototipo” tiene cuatro apartados, B1 Construcción y puesta en marcha del prototipo en la etap del Porma; B2 monitorización de los datos del prototipo; B3 replicación directa de 30 instalaciones y B4 en la que se estimara el potencial cuantitativo de recuperación de energía en Europa.

Fase C “Seguimiento” en el que se continua con la monitorización y control de los datos obtenidos se analizará su impacto socioeconómico.

Fase D “Difusión” comprende las labores necesarias para la divulgación de los resultados obtenidos mediante páginas web, sesiones de formación, etc. con el fin de sensibilizar y permitir la replicación y transferencia de resultados bajo condiciones similares.

Fase E comprenden las actividades de gestión del proyecto.

Responsabilidad de las etapas

Dentro de las distintas fases en las que se divide el proyecto Life Nexus hay tres etapas que están lideradas por Aguas de León, por lo que asume la responsabilidad de su ejecución con la colaboración del resto de entidades: la B1 Construcción del prototipo y puesta en marcha en la ETAP del Porma, la B2 monitorización de los datos del prototipo y la C2 análisis del impacto socioeconómico, además colaborará en las etapas A2 en el que se formalizan las autorizaciones administrativas y el diseño del prototipo y B4 en la que se estimara el potencial cuantitativo de recuperación de energía en Europa.

Resultados del Proyecto en León

Generación de 215 MWh/año de electricidad renovable, a partir del aprovechamiento de la energía actualmente disipada por la válvula reguladora del caudal de entrada reduciendo la huella de carbono total en 140 t CO2 equivalente por año de operación.

Afección del proyecto en Aguas de León

La afección en las instalaciones del proyecto Life Nexus se centran en la etap del Porma. Se plantea la instalación de una turbina en paralelo con la válvula de regulación del caudal de entrada en la etap. La turbina no afecta a la calidad del agua, los materiales utilizados son aptos para el contacto con agua potable y estarán colocados antes de los procesos de tratamiento.

Los valores que aplican en para el cálculo son:

Caudal:  910 m3/h.

Potencia resultante: 25 kW.

Potencia máxima generada: 35 kW.

La ETAP del Porma tiene cuatro estados de consumo de energía eléctrica:

1.      Funcionamiento habitual de la instalación en el que los equipos de tratamiento y control funcionan de forma continuada. La turbina tiene capacidad suficiente para mantener este consumo.

2.      Funcionamiento habitual incluido el alumbrado nocturno. La turbina tiene capacidad suficiente para mantener este consumo.

3.      Operaciones de lavado de filtros diarias con potencias eléctricas demandadas altas.  En estos periodos la potencia generada es inferior a la potencia consumida, por lo que hay un déficit de energía. Esta situación se repite varias veces al día.

4.      Los periodos en los que es necesario poner en marcha el sistema de tratamiento de flotación. La potencia necesaria para mantener la instalación en funcionamiento es muy superior a la habitual. No habitual, tres o cuatro veces al año.

De los cuatro consumos, los dos primeros no son problema para autoabastecerse de la nueva turbina, la potencia necesaria en la instalación es inferior a la generada. En la cuarta la potencia absorbida es muy superior a la generada, por lo que será necesario suplementar la energía generada con el suministro de energía de la empresa suministradora actual. La tercera situación merece un estudio más detenido.

El déficit de energía durante la tercera situación es pequeño ya que el tiempo de duración de este ciclo es muy corto. Para solventar esta situación el proyecto propone almacenar la energía excedente en las situaciones primera y segunda para ser utilizado en la tercera. Se plantea la instalación de baterías de 3.000 Ah a una tensión de 12 V para obtener una reserva de energía de 36 kWh.

La gestión del sistema está controlada por un sistema de monitorización y control de proceso que optimice el rendimiento y la fiabilidad del sistema.

Proyecto LIFE NEXUS en cifras

El proyecto Life Nexus tiene un plazo de ejecución que se inicia en el 1 de octubre de 2018 y finaliza el 31 de diciembre de 2021. Esto supone un plazo de ejecución de 42 meses. Se adjunta el calendario de actuaciones en el Anexo I.

El presupuesto inicial financiado por el proyecto Life Nexus asciende a un total de 1.158.188 €.

La subvención financiada asciende al 60 % de la inversión total con excepción de las partidas presupuestarias de obra civil. En el siguiente apartado se matiza esta situación.

Presupuesto de Aguas de León

Inversión correspondiente a Aguas de León: 350.659 €

Inversión subvencionable a Aguas de León: 322.909 €

Importe subvencionado por la UE (60%): 193.745 €

Aportación económica Aguas de León: 156.914 €

El flujo de entrada de las subvenciones es:

31/10/1831/10/1928/02/2131/08/22Total
20%10%40%30%100%
38 749,00 €19 347,50 €77 498,00 €58 123,50 €193 745 €

Una vez finalizado el proyecto, Aguas de León explotará el prototipo de generación de energía hidráulica durante la vida útil de la instalación.

Resumen

El proyecto LIFE NEXUS tiene la contribución del instrumento financiero LIFE de la comisión Europea del Proyecto LIFE 17 ENV/ES/000252.

El objetivo es el aprovechamiento en energía eléctrica de la energía disipada en las redes de distribución de agua en los sistemas urbanos.

El equipo por instalar genera una potencia media de 25 kW. La energía generada en este proyecto será de 215 MWh/año de electricidad renovable, a partir del aprovechamiento de la energía actualmente disipada por la válvula reguladora del caudal de entrada. La reducción de la huella de carbono total en 140 t CO2 equivalente por año de operación.

La innovación aportada es la acumulación de los excedentes de energía producida para su reutilización en puntas de demanda.

Los datos obtenidos en esta instalación serán extrapolados a posibles ubicaciones en toda la Unión Europea en 30 instalaciones, de las que 20 ya están identificados en España, Polonia, Lituania e Irlanda.