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Análisis bajo distintos escenarios de estructura de producción eléctrica

Calefacción de gas versuscalefacción eléctrica

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SERGIO FERREIRA, EUROPEAN

COPPER INSTITUTE

saf@eurocopper.orgwww.leonardo-energy.org

En el contexto del proyectoEfficiency and ecodesign,Leonardo Energy ha llevadoa cabo un análisis quemuestra y cuantifica losbeneficiosmedioambientales de losequipos eléctricos de altaeficiencia.

E l objetivo de este estudio escomparar el uso de una cal-dera de gas convencional

frente a radiadores eléctricos, parauna aplicación de calefacción do-méstica. Se analizaron dos casos:una vivienda normal y una vivienda debajo consumo (con menores requeri-mientos de calefacción). El beneficiomedioambiental depende en buenamedida de la estructura de la pro-ducción eléctrica de cada país (ge-neration mix). Así, en países con unaestructura basada en fuentes hidráu-licas o nucleares, el uso de calefac-ción eléctrica conlleva ventajas me-dioambientales significativas.

En este análisis se han utilizadolos modelos de la Ecodesign Tool-box, que dispone en propiedad el Ins-tituto Europeo del Cobre.

Se comparan dos sistemas de ca-lefacción (gas y eléctrica) para dos ti-pos distintos de vivienda (normal y

baja energía) de 100 m2, conside-rando un periodo de calefacción de185 días al año. A la vivienda normalse le atribuye una demanda promediode 100 kWh/m2/año, mientras que ala vivienda de bajo consumo se leasigna un promedio de 50kWh/m2/año, de acuerdo con están-dares internacionales.

Para responder a dicha demandaenergética, el modelo utiliza una cal-dera de gas convencional de 24 kWpara la vivienda normal y de 11 kW

para la vivienda de bajo consumo(ambas funcionando a una tempera-tura media de 50ºC). Dichas calde-ras se comparan posteriormente conun sistema de calefacción eléctrica.

Análisis del ciclo de vida (LifeCycle Assessment, LCA)El análisis tiene en cuenta la fase defabricación, la fase de utilización y lafase de reciclado. Todos los datos delciclo de vida provienen de la baseGaBi4. La simulación y los datos so-

Leonardo EnergyLeonardo Energy es una comunidadde profesionales reunidos en unaweb dedicada a la energía sosteni-ble. Hace de nexo de unión entre laindustria y el mundo académico, yestá coordinada por el InstitutoEuropeo del Cobre y su red de 11 oficinas nacionales.

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Material Caldera de gas Radiador eléctrico

Hierro fundido 50,7 —Chapa de acero 24,7 0,3Lana de roca 1,7 —Chapa de aluminio 0,5 2Tubo de cobre 0,7 2Caucho — 3

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Balance de materiales (en kg) [GABI].

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bre calidad son conformes a la nor-ma ISO 14040 en su ámbito de apli-cación.

FabricaciónLa fabricación tiene en cuenta losmateriales más significativos (ver ta-bla en página anterior).

Se ha usado el mismo balance demateriales para las dos calderas de gasdel estudio (24 kW y 11kW), ya quela variación es marginal y su impac-to es insignificante en el ciclo de vida.

UtilizaciónPara la fase de utilización, se han te-nido en cuenta distintas estructurasde producción eléctrica, desde la me-dia de la EU25, hasta Francia (pre-dominantemente nuclear), pasandopor Polonia (mayoritariamente car-bón) o Austria (hidráulica). Igual-mente, se da una visión del mix eu-

ropeo en el horizonte 2020, en que el20% de la producción debe ser de ori-gen renovable (en la tabla adjunta seasigna la producción renovable al ca-

pítulo eólica). La tabla resume los dis-tintos escenarios.

Se utilizaron para el cálculo losrendimientos de los equipos que apa-recen en la tabla inferior.

El sistema eléctrico sólo consumeenergía en el momento y lugar don-de se requiere. La electricidad se con-vierte íntegramente en calor eficazen el punto de uso. Las pérdidas ca-racterísticas del sistema de gas (cir-cuito de agua para la distribución,bombas, combustión no óptima en lacaldera) son inexistentes en el siste-ma eléctrico.

Fin de vida útilSe define en esta fase la cantidad dematerial desmontado para su poste-rior reciclado (en kg) con respecto altotal. La masa de material reciclableconstituye un crédito medioambiental.

Los resultados obtenidos puedenobservarse en la tabla que aparece enla página siguiente.

Según muestra el análisis, el 99%del impacto ambiental se concentraen la fase de utilización. Es, por tan-to, de gran importancia estimar laduración de vida, la carga útil y losrendimientos en operación.

El impacto medioambiental es al-tamente dependiente de la estructu-ra de producción eléctrica. La tec-nología de producción mayoritariatiene una influencia importante en laenergía primaria requerida (compá-

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Caldera de Caldera de gas Calefacción gas vivienda vivienda bajo eléctricanormal consumo

Potencia nominal(kW) 24 10 —Rendimiento (%) 93,5 92,,5 98

(caldera)Rendimiento (%) 65 60 98

(sistema decalefacción)

Vida útil del equipo 20 20 20(años)

Carga del equipo (%) 30 30 —

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Perfil de utilización para las dos calderas y la calefacción eléctrica [GABI][VHK].

EU25 Francia Polonia Austria EU 2020

Carbón (exceptolignito) 21,14 4,57 56,63 11,40 0

Lignito 9,43 0 37,10 1,65 0Nuclear 32,19 79,44 0 0 0Fuel-oil 4,66 1,04 1,66 3,00 0Gas Natural 19,66 3,25 2,08 18,10 0Hidráulica 11,01 11,59 2,44 64,32 0Eólica 1,91 0,10 0,09 1,53 20EU 15 — — — — 80

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Estructura de producción de los distintos países seleccionados (en % del total), así comola estructura de la Unión Europea en 2020 con el objetivo del 20% de producción reno-vable.

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Desglose del consumo de energía primaria para los sistemas de gas y eléctricos

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rese, en la tabla anterior, Austria, conun 60% de producción hidráulica,con Francia, 70% nuclear).

La cantidad de energía primaria

consumida usando una caldera de gases inferior a la consumida con un ra-diador eléctrico. En cuanto a inver-sión se refiere, ésta es entre dos y

cinco veces superior en el caso de lacalefacción a gas. El mantenimientode un radiador eléctrico es muy bajo,no necesita de revisiones periódicaspor parte de técnicos especialistas, nilimpiezas de caldera y chimenea, nipurgas del circuito de agua. Por tan-to, en el caso de la calefacción eléc-trica los costes se reducen, tanto enla inversión como en el mantenimiento.Esto permitiría una mayor inversiónen aislamiento y ventilación de la vi-vienda, lo cual repercutiría en unamenor demanda energética del ho-gar. Dicha inversión podría tambiénrealizarse en renovables (opción noconsiderada por el momento), ha-ciendo la opción eléctrica aún másatractiva.

Otra alternativa sería el uso de bom-bas de calor en lugar de radiadoreseléctricos. Esta opción reduciría con-siderablemente el consumo de ener-gía primaria, ya que una parte delcalor necesario se recupera del medioambiente exterior.

Vivienda normal Vivienda bajo consumo

Electricidad Electricidad

Unidad Gas EU 25 Austria Francia Polonia EU 2020 Gas EU 25 Austria Francia Polonia EU 2020

Consumo de energía GJ 1279,5 2141,4 727,4 2578 2127,6 1746,7 696,9 1071,3 364,3 1289,6 1064,4 873,96primaria

Consumo de energía GJ 2,69 128,4 319,6 113,4 26,19 351,5 2,64 64,2 309,8 56,7 13,16 175,84primaria (Renovables)

Dióxido de carbono (CO2) kg 70488 99605 57158 20558 206560 79910 38253 49834 28611 10311 103310 39987

Óxidos de nitrógeno kg 59,3 178,9 93,6 38,02 411,6 159,3 32,98 89,49 46,86 19,2 205,9 79,7

Dióxido de azufre kg 37,09 417,11 166,09 69,49 1176,5 281,51 22,3 208,63 83,1 34,8 588,3 140,8

Potencial de acidificación kg SO2-eq 97,09 543,87 232,4 96,87 1467,9 409,4 55,34 272,1 116,3 48,56 734,1 204,8

Potencial de eutrofización kg Fosfato-eq 8,01 28,68 15,8 6,76 60,4 30,1 4,53 14,35 7,92 3,39 30,2 15,02

Potencial de calentamiento kg CO2-eq 75062 107090 61804 22722 219690 84230 40741 53587 30943 11,402 109890 42156global (100 años)

Potencial de destrucción kg R11-eq 0,00046 0,026 0,00011 0,062 0,00036 0,024 0,00044 0,0128 0,00006 0,031 0,00019 0,0119de la capa de ozono

Potencial fotoquímico de kg Ethene-eq 15,06 32,66 15,29 6,26 81,2 31,07 8,31 16,36 7,67 3,15 40,3 15,56creación de ozono

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Resumen de resultados (incluye las categorías CNL 2001 de impacto medioambiental) por ciclo de vida para los dos tipos de vivien-da, usando caldera de gas y calefacción eléctrica, bajo distintos escenarios de estructura de producción eléctrica. Resultados obtenidosa partir de Eco-design Toolbox (Leonardo Energy).

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Consumo primario de energía (GJ) durante la vida útil de un sistema de calefacción degas y otro eléctrico, bajo dos escenarios de consumo (vivienda normal y vivienda de bajoconsumo).

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El gráfico superior muestra que, entérminos de emisiones de CO2, el usode la calefacción eléctrica es priori-tario en países como Austria y Fran-cia. Incluso con el mix EU25, la di-ferencia de emisiones de CO2 es

marginal y puede ser fácilmente con-trarrestada mediante la mejora delaislamiento de los edificios o la me-jora de la eficiencia en las redes dedistribución eléctrica.

El monto de emisiones de CO2 di-

fiere bastante de un país a otro, de-bido a las diferentes estructuras deproducción eléctrica. Francia (nucle-ar) y Austria (hidráulica) tienen emi-siones de CO2 bajas. Contrariamentea Polonia, cuya estructura de pro-ducción está fuertemente basada enel carbón (93%).

Usando la estructura de produc-ción de la Unión Europea en el año2020 (que debe contar con una pro-ducción renovable del 20%), las emi-siones de CO2 son prácticamente igua-les con caldera de gas que conradiador eléctrico. Si se tienen encuenta las mejoras tanto de la efi-ciencia en la producción y distribucióneléctricas, así como del aislamientode los edificios, la calefacción eléctricaes más eficiente y tiene la ventaja su-plementaria de aportar flexibilidadde uso (gracias al almacenaje de ca-lor), favoreciendo así la integraciónde las renovables.

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Austria Francia Polonia EU 2020

364,3 1289,6 1064,4 873,96

309,8 56,7 13,16 175,84

28611 10311 103310 39987

46,86 19,2 205,9 79,7

83,1 34,8 588,3 140,8

fi 116,3 48,56 734,1 204,8

fi 7,92 3,39 30,2 15,02

30943 11,402 109890 42156

0,00006 0,031 0,00019 0,0119

7,67 3,15 40,3 15,56

Bibliografía

• [Copper, 2006] ECI, information site providing up to date life cycledata on its key products, www.copper-life-cycle.org

• [GABI] The respective tools and models have been provided by PEEurope, Hauptstrasse 111-113, D-70771 Leinfelden-Echterdingen (Stutt-gart), Germany, www.gabi-software.com

• [VHK] Preparatory Study on Ecodesign of CH Boilers for the Eu-ropean Commission; VHK – Van Holsteijn en Kemma BV, Delft, Nether-lands.

• [Leonardo ENERGY, 2007] Is electrical heating making a come back?By Hans de Keulenaer, disponible en www.leonardo-energy.org

• [Toolbox, 2005] The original information of this environmental de-claration sheet is taken from the results of the GaBi 4 i-Report referringto the ecodesign toolbox 2005 (for information, contact Sergio Ferreira,email saf@eurocopper.org )

• [GIFAM] Livre Blanc, Les appareils de chauffage et chauffe-eau elec-triques, 2004.

• [KUL] Eindrapport GBOU-EL2EP Project-Deel 3b: Optimalisatieper systeem, Katholieke Universiteit Leuven 2007.

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Emisiones de CO2 (kg) para el ciclo de vida de una caldera de gas y de un radiador eléc-trico, bajo distintos escenarios de estructura de producción eléctrica y para dos tipos devivienda (normal y de bajo consumo).