Distritos de Energía Positiva (PEDs) en España, una propuesta de Iniciativa Tecnológica Prioritaria de la PTE-ee

Comunicación presentada al VII Congreso Edificios Energía Casi Nula

Autores

• Manel Sanmartí y Paolo Civiero, IREC
• Rubén García, Andrea Gabaldón y Manuel Adrés Chicote, CARTIF
• José Antonio Ferrer, Ciemat
• Joan Enric Ricart y Pedro Franca, IESE
• Guillermo J. Escobar, PTE-ee

Resumen

La propuesta de Iniciativa Tecnológica Prioritaria (ITP) promovida por la PTE-ee sobre Distritos de Energía Positiva (PED), tiene por objetivo impulsar el desarrollo de los PEDs en toda España para la transición urbana hacia un modelo de ciudad sostenible. El documento incluye: (1) un enfoque general y definición de las acciones necesarias para el despliegue de los PEDs en España, coherentemente con el SET Plan; (2) un análisis de las principales potencialidades e impactos de los PEDs para alcanzar los objetivos nacionales y europeos; (3) una hoja de ruta para el desarrollo de los PEDs a nivel nacional según distintos horizontes temporales (corto/medio/largo plazo) de acuerdo con los objetivos de la Unión Europea y del PNIEC así como con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (SDGs).

Palabras clave

Distritos de energía positiva, transición energética, ciudades descarbonizadas, renovación urbana, Plan Estratégico en Tecnologías Energéticas (SET Plan).

Introducción

El objetivo general de la Iniciativa Tecnológica Prioritaria (ITP) promovida por la PTE-ee sobre Distritos de Energía Positiva (PED) es facilitar e impulsar la planificación, la difusión y la replicabilidad de los PEDs en toda España para la transición urbana hacia un modelo de ciudad sostenible y una economía climáticamente neutra. Europa está preparada para permitir la transición hacia este modelo, y se han puesto en marcha varias iniciativas para acelerar la introdución del concepto de PED en la planificación energética de muchas ciudades y comunidades en los próximos años. Sin embargo, la más destacada es la iniciativa de la Unión Europea bajo el Plan Estratégico en Tecnologías Energéticas (SET Plan), TWG 3.2 Smart Cities and Communities, que considera los PEDs como impulsores de la urbanización sostenible. Alrededor de 20 países europeos están participando actualmente en esta iniciativa, que también involucra a los usuarios finales, así como a todas las partes interesadas y su objetivo es tener para 2025 al menos 100 PEDs conectados sinérgicamente al sistema energético. El SET Plan, que apoya las políticas de la Unión Energética definiendo las estrategias para el sector energético de la UE, actualmente está intensificando sus esfuerzos hacia una amplia transformación de la ciudad mediante la introducción del concepto pionero PED, que se basa en el paradigma de las Smart Cities.

De acuerdo con estas premisas, el objetivo del documento ITP sobre PEDs ha sido crear una base de conocimiento y una hoja de ruta que permitan alcanzar una transición energética positiva de las ciudades españolas, de acuerdo a unos horizontes temporales establecidos y las políticas energéticas nacionales como el PNIEC.

Definiciones e iniciativas para la implementación del concepto de PED en Europa y España

En este proceso de implementación hacia un modelo de ciudades más sostenibles y eficientes, un Distrito de Energía Positiva se puede ver como un vecindario urbanizado cuyo objetivo es la sobreproducción local de energía mediante fuentes renovables, integrando esta producción en el sistema energético urbano y regional. La gestión activa y la respuesta de la demanda permitirán el equilibrio y la optimización, allanando la curva de la demanda y reduciendo los recortes de la producción de energías renovables promocionando el autoconsumo de electricidad y energía térmica a nivel de distrito. El concepto PED integra la edificación y entornos urbanos, producción y consumo sostenible, y soluciones de movilidad para reducir el uso de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero, permitiendo crear un valor agregado e incentivos para el consumidor. Por esta razón, otros factores a tener en cuenta son también la movilidad o los residuos generados. Además, la implementación debe asegurar una transición justa y asequible para sus habitantes. Aunque los PEDs resultan más fáciles de adaptar a las nuevas promociones urbanísticas, el conocimiento, las soluciones y las metodologías hasta ahora desarrolladas también deben adaptarse tanto a las comunidades energéticas locales de autoconsumo, como a escenarios de rehabilitación energética a escala de barrio.

Aunque no exista una definición consolidada de los PEDs, el “Temporary Working Group 3.2 (TWG3.2)” del SET Plan, denominado “Smart Cities and Communities”, define los PEDs como “distritos de uso múltiple que se caracterizan por su eficiencia energética, un balance cero de emisiones de CO2 y que activamente gestionan y controlan el exceso anual de producción renovable local”. Para ser PED es necesario la integración e interacción entre edificios, usuarios, Tecnologías de la Información (TICs), movilidad y el sistema energético regional, garantizando el desarrollo sostenible tanto social, económico como medioambiental para las generaciones actuales y futuras”. Otras plataformas como la “Joint Programme Initiative (JPI) Urban Europe” añaden los matices de “balance anual cero de emisiones de CO2 y un balance cero de energía importada” incluyendo la perspectiva “tecnológica, espacial, regulatoria, económica, legal, y social” y de movilidad. Otras definiciones tienen en cuenta aspectos cualitativos, como que un PED tendría que tener un impacto positivo, que activamente gestionan los recursos de su distrito o que está compuesto por edificios integrados. Junto al trabajo del SET Plan TWG 3.2. y de la JPI Urban Europe existen numerosos enfoques, herramientas y diferentes iniciativas coordinadas para la implementación de la estrategia PED, entre los que destacan:

1. Consultas con representantes de ciudadanos y partes interesadas de distintos países dentro de la JPI Urban Europe en particular para recoger información y estrategias sobre el desarrollo de programas PED en Europa.
2. Soporte de la “European Energy Research Alliance (EERA) Joint Programme on Smart Cities (JPSC)” y del “Smart Cities Information System (SCIS)” para la definición de PED y delinear la ruta hacia los PEDs en Europa, con el fin de acelerar el desarrollo de las nuevas energías mediante la cooperación en programas paneuropeos.
3. Iniciativas de investigación a nivel global como el programa de la “International Energy Agency’s Energy in Buildings and Communities (IEA EBC)” sobre PEDs (Annex 83) o la “European Cooperation in Science & Technology (COST) Action CA19126”. El propósito de estas acciones es el desarrollo y la definición detallada de PEDs y de las tecnologías asociadas, herramientas de planificación y de toma de decisiones, y del proceso de planificación relacionado con los Distritos de Energía Positiva.
4. La “European Innovation Partnership on Smart Cities and Communities (EIP-SCC)” y varias ciudades que están involucradas en el desarrollo de procesos y proyectos de ciudades inteligentes de acuerdo a la Agenda Urbana para la UE lanzada en mayo de 2016.
5. Las normas ISO 50001:2018 (Sistemas de gestión de la energía – requisitos de uso), ISO 52000-1:2017 (Rendimiento energético de los edificios) e ISO 37101:2016 (Desarrollo sostenible en las comunidades) son herramientas estratégicas para establecer un sistema de gestión energética y usar la energía de manera más eficiente y efectiva.

Sin embargo, todos coinciden en que la definición del área debería ser limitada, aunque no necesariamente de forma geográfica, con edificios de uso diferente (residencial, terciario, etc.) y con un balance de energía anual positivo. Dentro de este contexto, se han identificado cuatro tipos de PEDs debido a que, desde un punto de vista técnico, un PED se caracteriza por un balance de energía positivo dentro de sus límites. Por esta razon uno de los primeros enfoques ha sido estudiar la posibilidad de definir los distritos en base a diferentes límites: geográfico, funcional y virtual.

La EERA JPSC junto con la JPI Urban Europe y el SET Plan TWG 3.2 han elaborado un borrador de definiciones surgidas desde diferentes proyectos y programas europeos incorporando una perspectiva de I+D+i – como el “Booklet of Positive Energy Districts in Europe” – que recoge las principales características de los proyectos PED y precursores de PED, workshop específicos de PED, los proyectos Faro (H2020 Smart Cities and Communities -SCC- Lighthouse projects) y las iniciativas cofinanciadas de la ERA-NET.  De hecho, en el marco de los programas y proyectos europeos de los últimos años, la amplia definición de Smart Cities ha ido cambiando en función de los objetivos de los diferentes proponentes y partes interesadas, hasta llegar a la última definición del “Strategic and Implementation Plan” impulsado por la “European Innovation Partnership on Smart Cities and Communities” (EIP-SCC), y que puede considerarse como precursor del concepto de PEDs.

Aunque el concepto PED es relativamente nuevo y no exista una definición estándar y compartida, ya existen ciertas iniciativas que se están desplegando en el territorio nacional. La Unión Europea y España han apoyado extensivamente en los últimos años una serie de proyectos e inversiones para el desarrollo e implementación en el mercado de soluciones, cuyos niveles de conocimiento y de madurez tecnológica (TRL) y de mercado (MRL) permiten disponer de una muy buena base para la planificación, implementación y replicación de los futuros PEDs. Algunas de estas iniciativas son meramente de planificación de PEDs en el futuro. Otras se refieren al desarrollo de PEDs en ciudades españolas en el marco de proyectos Faro financiados en los últimos años y están relacionadas con distintas iniciativas relevantes que son directamente aplicables a los PEDs, entre las cuales destacan tecnologías y soluciones, iniciativas sociales, modelos de negocio y urbanísticos, TICs, regulación y legislación, movilidad y transporte.

Retos claves

De acuerdo con las distintas definiciones propuestas a nivel internacional, se puede resumir que el concepto general de los Distritos de Energía Positiva integra un enfoque holístico hacia la urbanización sostenible y un balance energético positivo, según 5 principios fundamentales:

1. Coordinación, compromiso e integración entre las distintas partes interesadas (Stakeholders): Actores y agentes, Facilitadores, Usuarios.
2. Interacción e integración entre: Datos, Edificios, Sistemas distribuidos de energía, Movilidad, TICs / IoT.
3. Enfoque integrado y perspectivas: Técnicas y tecnológicas, Territoriales, Regulatorias, Legales, Sociales, Económicas, Financieras.
4. Ambiciones y necesidades específicas de las comunidades sostenibles y del sistema energético (regional y local): Eficiencia Energética, Producción de energía renovable y/o local, Flexibilidad Energética, Resiliencia.
5. Soluciones y medidas necesarias: Metodologías de guía al proyecto de trasformación y evaluación de los resultados, Herramientas fiables de evaluación y soporte a los proyectos y a la realización de comunidades energéticas, Soluciones tecnológicas comprobadas y eficaces (eficientes, bajo impacto ambiental y económicas según el LCA y “metodología de coste óptimo”), y recursos energéticos distribuidos (DERs), incluyendo la generación y el almacenamiento de electricidad distribuida, Modelos de negocio viables.

Un conjunto de retos claves, asociados a estas primeras definiciones genéricas y principios, nos permiten delinear el marco de los retos y acciones necesarias para acompañar el desarrollo y despliegue de los PEDs en España.

Análisis de las principales potencialidades e impactos de los PEDs

Dentro del documento de la ITP se han analizado a nivel nacional las principales potencialidades e impacto de los PEDs para alcanzar los objetivos nacionales y europeos y que constituyen los principales aspectos que pueden constituir una barrera (debilidades, amenazas) o aquellos que pueden favorecer (fortalezas, oportunidades) su desarrollo y despliegue.

Objetivos y horizontes temporales definidos en la ITP para el desarrollo e implementación de los PEDs en España

De acuerdo con estas actividades y necesidades clave, se han identificado 3 principales desafíos y requisitos para el desarrollo y despliegue de los PEDs dentro de la perspectiva de la ITP y que deberán alcanzarse dentro del marco temporal definido también por otros objetivos a nivel internacional y nacional como el Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC). El PNIEC 2021-2030 presenta para España una hoja de ruta para la próxima década y está diseñada en coherencia con la neutralidad de emisiones, basada en el criterio de neutralidad tecnológica, a la que aspiramos en 2050 coherentemente con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (SDGs) y dentro de una trayectoria coste-eficiente de las diferentes tecnologías capaz de lograr los objetivos de descarbonización asumidos por el Plan. Los resultados previstos en el PNIEC a 2030 y 2050 son coherentes con la definición de PEDs y se logran principalmente mediante tres vías:

• Un aumento de la eficiencia energética del país que reduce la demanda total de energía, lo que implica ayudas a la rehabilitación de edificios para comunidades y la rehabilitación energética de edificios en el ámbito estatal (PAREER II), subvenciones directas por parte de la administración y cobertura económica de la Estrategia de Rehabilitación Energética del Sector de la Edificación en España (ERESEE).
• Una electrificación del sistema energético y, consecuentemente, el desarrollo de mercados y comunidades locales de energía, tema en el cual IDAE, REE y OMIE, entre otros actores relevantes, están trabajando en el proyecto para el desarrollo de mercados locales de electricidad (IREMEL).
• Una importante sustitución de combustibles fósiles por otros autóctonos (energías renovables fundamentalmente).

A partir de los retos claves evidenciados y que abarcan distintos ámbitos (regulatorio y legislativo, de planificación urbana/urbanística, tecnológico y social, de modelos de negocio sostenibles e inclusivos) se han identificado tres macro objetivos según tres horizontes temporales.

1. Corto plazo (2021-2022): Definición y enfoque para el desarrollo de PEDs. En la primera fase se definirán los principales elementos para conseguir que los Distritos de Energía Positiva puedan configurarse como “nodos clave” de la transición hacia ciudades sostenibles e inteligentes. Los distritos ofrecen un tamaño manejable en términos de integración entre la planificación urbana y la planificación energética, incluyendo las diferentes perspectivas tecnológica, espacial, regulatoria, financiera, legal, ambiental, social y económica. Para su implementación en el territorio se requiere el desarrollo de enfoques sistémicos y medidas adaptadas al contexto regional español específico, ya que no se pueden adoptar plenamente los principios y soluciones de otras ciudades europeas con diferentes antecedentes históricos, condiciones climáticas y económicas, entre otros.
2. Medio plazo (2022-2030): Medidas y herramientas para el diseño e implementación de PEDs. En la segunda fase se identificarán y valorarán las medidas y herramientas para el diseño y la implementación de los PEDs, en laboratorios (PED Labs) y proyectos piloto, que permitirán la implementación comercial y la replicabilidad de las distintas soluciones aplicables en las ciudades a largo plazo.
3. Largo plazo (2030-2050): Estrategias nacionales a largo plazo para el despliegue e integración de modelos PEDs en las ciudades del futuro. De las fases previas se podrán extraer suficientes aprendizajes y lecciones que permitan el desarrollo de políticas integrales tanto a nivel nacional como local y también las soluciones más maduras, tecnológica y comercialmente, y sus modelos de negocio asociados para su incorporación en los PEDS. La replicabilidad de estas soluciones en diferentes entornos geográficos, urbanísticos y sociales proporcionaran una valiosa información para administraciones, empresas y usuarios finales garantizando la sostenibilidad de estas soluciones.

Como consecuencia de todas las actividades descritas y como acompañamiento a la política nacional sobre los PEDs de acuerdo con las convocatorias y objetivos de la Unión Europea, el plan de despliegue presentado en el documento de la ITP incluye la planificación, los objetivos, los indicadores y las medidas de soporte para evaluar y garantizar su correcto cumplimiento según los horizontes temporales definidos. Asimismo, se ha introducido un concepto base que puede ser utilizado para definir el grado de madurez de las ciudades respecto a los PEDs (PED readiness level o PRL) y evaluar así su grado de preparación para el despliegue. Otra iniciativa clave asociada a los PED y finalizada a su implementación, es la experiencia de PED Labs, entendidos como modelos pilotos que permiten experimentar la planificación y el despliegue de los PEDs parcial o totalmente en sus diferentes ámbitos (técnico, regulatorio, económico, social, etc.), así como también sembrar terreno para nuevas ideas, soluciones y servicios para desarrollar en un futuro. A partir de los PED labs se podrá establecer una lista de prioridades en cuanto a las diferentes actuaciones y soluciones PED en función de su madurez e impacto, asi como definir una metodología basada en el despliegue de PEDs referentes (“lighthouse”) para poder utilizar el poder de tracción de iniciativas líder en el resto de las ciudades y entornos urbanos.

Conclusiones

La promoción e implementación de PEDs constituye un motor de inversión, crecimiento y empleo muy potente, que podría impulsar, de forma significativa y con mucha mayor masa crítica en el mercado, la rehabilitación del parque nacional de edificios ayudando a la vez al cumplimiento del objetivo del 3% en rehabilitación anual, según lo que propone la Comisión Europea. Las actuaciones de rehabilitación energética constituyen un componente fundamental del cumplimiento de objetivos ambientales y de lucha contra el cambio climático, definidos por la legislación vigente y los compromisos internacionales asumidos. Junto con los impactos macroeconómicos, los PEDs también contribuirán directamente a la prosperidad de los consumidores y familias, a la mejora en el entorno de los barrios residenciales o a la calidad de vida en las ciudades. Por otro lado, la transición a fuentes de energía renovables también generará nuevas oportunidades en el mercado laboral, aumentando el capital humano y la creación de empleo, lo que también beneficia el crecimiento económico. Por último, invertir en un distrito completo beneficiaría a todos los edificios residenciales y también terciarios (centros comerciales, centros deportivos, etc.) o educativos (escuelas) que generan altos rendimientos para el ahorro o la producción de energía, pero también generarían escala para obtener rendimientos de las inversiones en edificios residenciales que no serían financieramente atractivas si se renovaran de forma independiente. Es decir, el sistema de producción y distribución de energía del distrito que servirá a las instalaciones que consumen grandes cantidades de electricidad diariamente y tendrán grandes ahorros en las facturas de electricidad, también puede servir a otros edificios más pequeños que normalmente consumen menos energía. Por otro lado, la agregación de la demanda y la escala de intervención permiten reducir los gastos y costes generales del proceso de intervención, tanto de renovación como de nueva construcción. Debido a la complejidad y la gran cantidad de aspectos y barreras administrativas que se deben resolver en dichos procesos (Propiedad Vertical y Horizontal, Ley del Suelo, la Ley de Ordenación de la Edificación o el Código Técnico de la Edificación), la implementación de nuevos esquemas financieros y colaboraciones entre actores locales (PYME, instituciones financieras, agencias de energía o inversores privados, entidades y administraciones públicas, etc.) es crucial para el éxito de estos procesos de trasformación. Las ciudades y las comunidades en cooperación con instituciones financieras locales e inversores pueden ayudar a superar estas deficiencias mediante el desarrollo de productos y modelos financieros personalizados hacia el usuario (por ejemplo modelos de gestión público-privados (PPP), entidad cornerstone) y métodos innovadores (por ejemplo ventanillas únicas) los cuales permitan que la inversión sea más atractiva, mas ágil y adaptada para diferentes tipos de propietarios y para diferentes tipologías de edificios, y con condiciones económicas (sobre todo en el caso de autoconsumo) más fiables y rentables.

Agradecimientos

La ITP sobre los PEDs, coordinada por la PTE-ee y liderada por IREC, se ha realizado con la contribución de distintos autores (PTE-ee, CARTIF, CIEMAT y IESE), con la ayuda de la Agencia Estatal de Investigación en el marco del Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2017-2020, y  también con la ayuda del programa de investigación e innovación TECNIOspring PLUS (Marie Skłodowska-Curie grant agreement No 712949) financiado por la EU Horizon 2020 y ACCIÓ al proyecto PEDRERA (Positive energy District renovation model).

Referencias

• Distritos de Energía Positiva (02 septiembre 2020)