Comunicación presentada al II Congreso Ciudades Inteligentes:
Autor
- Michael Sartor, Secretario Técnico, Asociación KNX España
Resumen
El principal objetivo de cualquier ciudad inteligente es un uso sostenible de los recursos energéticos a su alcance, en especial mediante la integración de las energías renovables. Ello se puede alcanzar sólo si los 4 pilares de una Smart City están completamente integrados entre sí: las infraestructuras, la generación de energía, la movilidad y los edificios. Cada uno de estos cuatro pilares contribuye de forma decisiva a la sostenibilidad del sistema energético, pero sólo si están perfectamente coordinados entre sí se obtiene un rendimiento óptimo. KNX ofrece soluciones no sólo para conseguir edificios altamente eficientes desde el punto de vista energético, sino también toda la información necesaria para comunicarse con el sistema de gestión de una ciudad a través de las Smart Grids, consiguiendo así la mencionada integración.
Introducción
El número creciente de personas viviendo en las grandes urbes, la escasez de materias primas y temperaturas en aumento, obligan a las ciudades a enfrentarse a grandes retos a corto plazo. Las ciudades son responsables de dos tercios del consumo energético global, del 60 % del consumo de agua y del 70 % de emisión de gases de efecto invernadero. Y estos valores siguen creciendo. Ya hoy en día vive el 50 % de la población en municipios y ciudades, y en el año 2050, esta cifra superará el 70 %. Por ello será en las ciudades donde se ganará o perderá la batalla contra el cambio climático y la polución.
Por todo ello, el mayor reto será conseguir un desarrollo urbanístico sostenible. Ello requiere edificios sostenibles, dado que los edificios son responsables de más del 40 % del consumo energético global, y en consecuencia del 21 % de emisión de gases de efecto invernadero. Pero los edificios por sí solos no pueden aportar una solución global a la sostenibilidad de las ciudades. Se requieren soluciones transdisciplinarias que no tengan en cuenta sólo al edificio, sino de igual manera y de forma integrada a la movilidad, la generación de energía y las infraestructuras.
KNX, con su concepto KNX city, muestra cómo estas soluciones holísticas pueden ser incorporadas a las ciudades sostenibles, y cómo interactúan con los edificios.
KNX city, La ciudad sostenible
¿Cómo será la comunicación en las ciudades del futuro?
Cualquier sistema que pretende integrar varias disciplinas, incluso de índole muy dispar, debe poseer una comunicación fluida y transparente. En el caso de las ciudades inteligentes, esa comunicación se realizará a través de las llamadas redes inteligentes (o smart grids en inglés). La Tecnología de la Información y Comunicación (TIC) será un elemento esencial de dichas redes inteligentes y las infraestructuras del futuro. O dicho de otra forma, las TIC son elementos vitales para la solución holística requerida para alcanzar ciudades sostenibles. KNX ofrece todas las interfaces necesarias para la infraestructura de comunicación entre las ciudades del futuro y las smart grids, hasta el punto de ser parte integral de las smart grid. Dado que une edificios, movilidad, generación de energía e infraestructura de forma global, KNX puede ofrecer ya hoy en día soluciones innovadoras que hacen las ciudades más sostenibles aprovechando el potencial de los enfoques transdisciplinarios.
Edificios
Edificios energéticamente eficientes son el punto de partida para cualquier ciudad sostenible. La tecnología KNX, con sus más de 25 años de experiencia, ofrece una amplia gama de soluciones que mejoran la eficiencia energética de todo tipo de edificio, desde viviendas unifamiliares hasta edificios terciarios, como por ejemplo oficinas corporativas de grandes empresas, hospitales o aeropuertos. El concepto de gestión energética KNX, basado en el control de las cargas existentes en una vivienda o edificio, implica siempre sensores y actuadores. Los sensores recogen información, por ejemplo valores de consumo, información sobre el estado de determinados equipos, valores de parámetros (temperatura, humedad, radiación solar, velocidad del viento, etc.). Por su parte, los actuadores responden a esta información mediante la ejecución de una acción. Acciones pueden ser la conexión o desconexión de un circuito eléctrico, apagar, encender o regular un equipo como por ejemplo una bomba de calor o un electrodoméstico, o la conexión / desconexión de cualquier otro consumidor eléctrico.
Las acciones se ejecutan, por un lado, en función de la «automatización» programada (es decir, la inteligencia programada por un integrador), y por otro, por órdenes directas del usuario. Para este último caso, un factor determinante para reducir el consumo energético al mínimo (o dicho de otra forma, conseguir el máximo ahorro energético), es la concienciación del usuario. En este contexto, es imprescindible facilitar al usuario información de fácil lectura y en tiempo real sobre sus hábitos de consumo. A través de paneles táctiles KNX se puede facilitar al usuario la información necesaria para que éste actúe en consecuencia, por ejemplo mediante la conexión o desconexión de determinadas cargas. Todo ello teniendo en cuenta, obviamente, parámetros de control, como por ejemplo la temperatura exterior (no encender la calefacción si afuera hace calor), la luminosidad natural (apagar luces y levantar persianas) u órdenes contradictorias (por ejemplo, encender calefacción y aire acondicionado a la vez).
Pero el sistema KNX va mucho más allá. En una automatización integrada de una vivienda o edificio se controlan todas las aplicaciones, entre ellas también puntos de recarga de vehículos eléctricos, sistemas de generación energético propios (p.ej. un sistema fotovoltaico), o sistemas de almacenamiento de la energía. Ello permite, por ejemplo en modo ecológico, activar la recarga del vehículo sólo si hay energía renovable disponible.
Movilidad
Para el suministro eléctrico de una ciudad, los vehículos eléctricos representan un mayor consumo. Pero no solo esto: los vehículos se recargan mayoritariamente a última hora de la tarde cuando la gente vuelve a casa después del trabajo. Es decir, coincide con la hora punta de consumo que se produce ya habitualmente en las viviendas.
Esta demanda adicional de vehículos eléctricos representa una amenaza para la fiabilidad del suministro eléctrico de la ciudad. Puede producirse una sobrecarga en los transformadores cercanos, pero también provocar una generación de energía adicional en la red pública. No obstante, los vehículos eléctricos al menos en la mayoría de los casos, se encuentran sin usar durante toda la noche conectados al punto de recarga. Entonces, en principio sería posible no efectuar la recarga por la tarde, sino por la noche o incluso durante la madrugada. Ello ayudaría a repartir el consumo de recarga de forma equitativa a lo largo de las 24 horas.
Si además se aplica una tarifa horaria, la recarga se puede trasladar al período cuando la electricidad es más económica. Otra posibilidad es aprovechar las horas de máxima generación de energía propia, p.ej. en sistemas fotovoltaicas.
El sistema KNX permite el control automatizado de todas estas funciones descritas, e incluso la función de un sistema de protección de la línea general de alimentación de un edificio (SPL), según lo establecido en la Instrucción Técnica Complementaria ITC-BT-52 «Instalaciones con fines especiales. Infraestructura para la recarga de vehículos eléctricos» del Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (REBT).
Infraestructura
Las soluciones de infraestructura ofrecidas por KNX permiten interconectar varios edificios entre sí como si de un único edificio se tratara. Ello puede ser muy beneficioso para las ciudades sostenibles del futuro, por ejemplo para sistemas de gestión que controlan varios edificios a la vez.
Como ejemplo, si en un edificio se encuentra un sistema fotovoltaico, y en otro edificio se quiere instalar una zona de recarga para vehículos eléctricos, KNX puede asegurar que los vehículos se recargan sólo si el otro edificio está generando suficiente energía renovable.
Las soluciones de infraestructura KNX pueden usarse, por supuesto, para controlar también todas las demás aplicaciones tradicionales. Las ciudades inteligentes del futuro requerirán un flujo de información constante de la ciudad a las redes inteligentes, de ahí a las viviendas o edificios, y de ahí nuevamente a la red. En las ciudades inteligentes del futuro, KNX se encargará de la comunicación a nivel de edificio/vivienda y proveerá todas las interfaces necesarias para las redes inteligentes, con el fin de apoyar las gestión tarifaria por horas, la generación de energía, la gestión de cargas, así como ahí donde sea relevante el almacenamiento de la energía.
Generación de energía
Las energías renovables son cada vez más populares en comparación con fuentes de energía tradicionales. Pero las energías renovables son fluctuantes, generando energía sólo cuando por ejemplo el sol brilla o el viento sopla. Ello plantea desafíos a las redes eléctricas. Si p.ej. se inyecta en un día soleado energía proveniente de plantas fotovoltaicas a la red en cantidades muy superiores a las cargas de la red (es decir, la demanda), puede causar problemas para la estabilidad de la tensión.
En el caso contrario, si hay un defecto de suministro debido a un alto consumo en momentos de baja o nula generación de energía renovable, esta laguna debe ser compensada poniendo en marcha de forma espontánea plantas de respaldo convencionales.
Una posible solución sería el ampliamente discutido almacenamiento de la energía. No obstante, las tecnologías actuales son poco realistas para almacenar energía a tan gran escala. Un sistema de gestión de generación de energía y de gestión de cargas será, pues, esencial para las ciudades del futuro. KNX ofrece soluciones de gestión de cargas que permiten adaptar el consumo de cualquier equipo eléctrico (por ejemplo sistemas de climatización, electrodomésticos, vehículos eléctricos, etc.) a la disponibilidad de energía generada por el propio edificio (autoconsumo), o en función de tarifas horarias, todo ello sin mermar el confort y la seguridad.
Todas las soluciones disponibles actualmente tienen un punto común: pueden interactuar dentro del edificio, pero no comunicarse con el mundo exterior. ¡Con KNX, ahora será posible!
Ejemplo Práctico
Interacción entre KNX y smart grid
En KNX city, KNX se comunica con las smart grids. Abajo se representan cuatro escenarios del día a día de la ciudad del futuro. Se explican los potenciales problemas y cómo KNX puede responder en cada uno de estos escenarios.
Escenario A: Exceso de energía renovable
Es noche: La demanda de energía alcanza su nivel más bajo, pero debido a fuertes vientos se inyecta mucha energía renovable a la red. La ciudad debe absorber de alguna forma este exceso de energía. Para ello se informa mediante sistemas de comunicación a los edificios y viviendas inteligentes de la existencia de este exceso. Ahora es posible conectar consumidores integrados en el control KNX, como por ejemplo electrodomésticos o vehículos eléctricos. De esta forma contribuye KNX a regular el suministro de energía.
Escenario B: Falta de energía renovable
Este problema se puede considerar inverso al caso A. La ciudad KNX muestra qué ocurriría si por ejemplo en las horas punta de consumo deja de soplar el viento y no se inyecta energía renovable a la red. La ciudad debe reaccionar mediante desconexión de ciertas cargas, lo que con KNX es realizable de forma sencilla. KNX puede desconectar cargas de menor prioridad, como por ejemplo algunos electrodomésticos o una parte de las estaciones de recarga, o pasar a los sistemas de climatización a modo ahorro. Nuevamente contribuye KNX a regular el suministro de energía, evitando un colapso del sistema.
Escenario C: Punta de demanda en toda la ciudad
El consumo se dispara a últimas horas de la tarde, cuando la gente vuelve a casa, usando la cocina, agua caliente, iluminación, línea blanca, electrónica de entretenimiento y recargando el vehículo eléctrico. El comercio que a estas horas aún sigue abierto y el transporte público electrificado son otros factores que aumentan la demanda, lo que podría provocar un colapso en el suministro. Mediante KNX no solo se pueden desconectar cargas de menor prioridad como se ha explicado en el caso B, sino se puede aprovechar la energía almacenada en las baterías de los vehículos eléctricos y reinyectarla a la red.
Escenario D: Aumento local de la tensión
Generadores de energía renovable, p.ej. equipos fotovoltaicos, inyectan la energía a la red. A ciertas horas, por ejemplo al medio día, puede ocurrir que esa energía supera la demanda, lo que puede provocar un aumento de la tensión a niveles inaceptables. El problema puede ser resuelto mediante viviendas y edificios inteligentes conectados a las redes inteligentes. A través de KNX se pueden conectar electrodomésticos o vehículos eléctricos que estaban en situación de stand-by, o pasar los sistemas de climatización a modo confort.
Conclusiones
KNX city muestra soluciones que hacen posible el uso de energía renovable sin mermar el confort y la seguridad, y también, sin incremento de los costes. Para que ello sea posible, la solución KNX no solo debe abarcar edificios individuales, sino también las redes inteligentes locales y de la ciudad, así como sus sistemas de gestión energética.