Concepto energético residencial para un nuevo barrio

El desafío

Lauber IWISA, una empresa de instalaciones en el Alto Valais, se asoció con Sympheny, la Universidad de Ciencias Aplicadas de Leipzig y el autor Simon Bach para planificar el suministro energético de un nuevo barrio residencial suizo: diez edificios plurifamiliares y seis unifamiliares, unos 12.000 m² de superficie calefactada. Ante la preocupación por el suministro, la subida de los precios de la energía y el objetivo de neutralidad climática en 2050, el proyecto debía determinar los costes anuales, las emisiones anuales de CO₂ equivalente y el grado de autarquía para varias opciones de suministro.

La parte difícil estaba en ajustar los parámetros a la estructura del modelo. Muchas variables de entrada determinan el resultado, y el barrio contaba con un amplio abanico de conceptos de suministro plausibles: centralizado o descentralizado, eléctrico o de combustión, de fuente única o con acoplamiento sectorial. Seleccionar los parámetros de fuentes, almacenamiento y tecnologías de conversión de forma que generara resultados creíbles y comparables era una tarea de modelización nada trivial.

Cómo se usó Sympheny

El equipo utilizó Sympheny para modelar el barrio completo y dejar que la optimización del sistema identificara las opciones de menor coste y menor CO₂ en tres variantes explícitas: Variante 1 — bombas de calor de aire descentralizadas en cada edificio; Variante 2 — captación centralizada de agua subterránea con una red de distribución y bombas de calor de agua subterránea descentralizadas; Variante 3 — una planta centralizada de combustión de biomasa que alimenta una red de distrito con estaciones de transferencia en cada edificio. Las tecnologías menos habituales —hidrógeno, electrolizadores, aguas residuales como fuente para bombas de calor— también se evaluaron; el hidrógeno quedó descartado por razones de coste.

• Optimización del barrio completo — Se modelaron los 16 edificios como un único sistema en lugar de una serie de cálculos independientes, de modo que los costes de la infraestructura central se dimensionaron en función de la demanda compartida.
• Conjunto de candidatos abierto tecnológicamente — Se evaluaron aire, agua subterránea y biomasa junto con opciones menos habituales como hidrógeno y calor de aguas residuales, dejando que el algoritmo, y no la convención, decidiera qué tecnologías sobrevivían.
• Vista del compromiso entre tres criterios — Se presentó cada variante en términos de coste, CO₂ equivalente y autarquía conjuntamente, para que la decisión de ingeniería pudiera tomarse sobre los tres criterios, no solo el coste.

Resultado

En costes anuales y CO₂ equivalente, las dos variantes de bomba de calor difieren solo ligeramente: el mayor CAPEX de las bombas de calor de agua subterránea queda compensado a lo largo del tiempo por los menores costes eléctricos frente a las de aire. La variante de biomasa —combustión de astillas, que supera a la de pellets tanto en coste como en CO₂— tiene los costes anuales más bajos de las tres.

La autarquía es lo que cambia la recomendación. La Variante 3 (biomasa) tiene una autarquía claramente inferior a la de las opciones de bomba de calor, lo que significa que sus costes anuales dependen en gran medida de los precios futuros de las astillas. Cuando se ponderan conjuntamente coste, CO₂ equivalente y autarquía, la bomba de calor de agua subterránea centralizada sale adelante: costes anuales ligeramente superiores, pero la mayor autarquía de las tres y la menor exposición a los precios de los vectores energéticos importados. El modelo de Sympheny fue lo que hizo práctica la comparativa de tres criterios: el algoritmo devolvió directamente las soluciones de menor coste y menor CO₂ para cada variante.

Soluciones óptimas de Pareto para las tres variantes de suministro. La biomasa (gris) es la más barata en costes anuales, pero la más baja en autarquía; la variante de agua subterránea gana cuando se incorpora la autarquía al análisis.