UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CATALUÑA

Hacia el balance cero y la autosuficiencia energética de las islas del mar Egeo: el caso del sector residencial de Paros

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE ARQUITECTURA DE BARCELONA

Máster de Arquitectura Energía y Medio Ambiente Barcelona , Septiembre 2012

Maria Eleni Konstantinidou Tutora: Anna Pages

TEMA DEL TRABAJO - Definición - Objetivos - Metodología LA ISLA - Ubicación - Clima - Población - Sector de edificación EL FLUJO ENERGÉTICO - Generación de energía • No renovables • Renovables - Cálculo del consumo energético del sector residencial ESTRATEGIAS - Medidas de reducción de demanda • demanda eléctrica • demanda de ACS • demanda de calefacción con petróleo - Producción de energías renovables • producción energía eléctrica • producción energía para ACS • producción de biomasa para calefacción CONCLUSIONES

Tema: el análisis del estado actual de los flujos energéticos de Paros y la averiguación de la cantidad de energía que se necesita para llegar al balance cero y la autosuficiencia energética en el sector residencial de la isla. islas : _ desconexión de la red Paros: _ flujos energéticos no explotados _alta demanda en el sector residencial en verano, a causa del turismo _ la economía y el turismo sufren por el crisis Como conseguirlo ? : proponiendo medidas para reducir la demanda y explotar las energías renovables

Máster de Arquitectura Energía y Medio Ambiente Barcelona , Septiembre 2012

Maria Eleni Konstantinidou Tutora: Anna Pages

TEMA DEL TRABAJO - Definición - Objetivos - Metodología LA ISLA - Ubicación - Clima - Población - Sector de edificación EL FLUJO ENERGÉTICO - Generación de energía • No renovables • Renovables - Cálculo del consumo energético del sector residencial ESTRATEGIAS - Medidas de reducción de demanda • demanda eléctrica • demanda de ACS • demanda de calefacción con petróleo - Producción de energías renovables • producción energía eléctrica • producción energía para ACS • producción de biomasa para calefacción CONCLUSIONES

Objetivo: comprobar si es posible, y hasta qué punto, el balance cero y la autosuficiencia energética en el sector residencial de la isla mediterránea de Paros

Objetivos específicos

• datos climáticos influyentes • variación de población , mínima y máxima • generación de energía, renovables y no renovables • consumo energético, general/sector residencial (estimado) • elaborar/analizar datos anteriores

• proponer medidas para bajar la demanda actual (estimación) • proponer incorporación de energías renovables • analizar los resultados finales

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TEMA DEL TRABAJO - Definición - Objetivos - Metodología LA ISLA - Ubicación - Clima - Población - Sector de edificación EL FLUJO ENERGÉTICO - Generación de energía • No renovables • Renovables - Cálculo del consumo energético del sector residencial ESTRATEGIAS - Medidas de reducción de demanda • demanda eléctrica • demanda de ACS • demanda de calefacción con petróleo - Producción de energías renovables • producción energía eléctrica • producción energía para ACS • producción de biomasa para calefacción CONCLUSIONES

Capítulo 2: • listar características geomorfológicas y climáticas • recogida, cálculo y elaboración de datos sobre la población y el sector de edificación de la isla datos climáticos: Normativa, Heliodon, windfinder.com datos demográficos: censo 2001 y datos de ELSTAT, estudio Gaitanis 2007 datos del sector de la edificación: censo 2001 y datos ELSTAT, Ayuntamiento

Capítulo 3: • recogida de datos directos • cálculo de los que faltan • desagregación, elaboración datos de generación/consumo de energía: DEI, RAE, EEA, BP

Capítulo 4: • utilizar como base los datos anteriores, elaboración • propuesta de medidas para bajar demanda • propuesta de producción de energía fuentes para estrategias: IteC, estudio de universidad de Guelph

Capítulo 5: • conclusiones y pensamientos sobre el desarrollo y los resultados del trabajo. Máster de Arquitectura Energía y Medio Ambiente Barcelona , Septiembre 2012

Maria Eleni Konstantinidou Tutora: Anna Pages

TEMA DEL TRABAJO - Definición - Objetivos - Metodología LA ISLA - Ubicación - Clima - Población - Sector de edificación EL FLUJO ENERGÉTICO - Generación de energía • No renovables • Renovables - Cálculo del consumo energético del sector residencial ESTRATEGIAS - Medidas de reducción de demanda • demanda eléctrica • demanda de ACS • demanda de calefacción con petróleo - Producción de energías renovables • producción energía eléctrica • producción energía para ACS • producción de biomasa para calefacción CONCLUSIONES

37o 5΄00”N, 25o 8΄00”O Náusa

Parikiá

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• superficie: 196,31 km2 • linea costera: 118.5 km • 90 millas náuticas del puerto más grande de Grecia • relieve marcado • suelos pedregosos, pero hay suelos fertiles en el centro

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TEMA DEL TRABAJO - Definición - Objetivos - Metodología

• Tmed año: 17.9 oC Tmed invierno: 11.2 oC Tmed verano: 25.5 oC Tmin promedio año: 13.5 oC Tmax promedio año: 22.2 oC HRmed año: 70 %

LA ISLA - Ubicación - Clima - Población - Sector de edificación

• Precipitaciones año total: 459 mm • Horas de sol en agosto: 14 horas

EL FLUJO ENERGÉTICO - Generación de energía • No renovables • Renovables - Cálculo del consumo energético del sector residencial

CONCLUSIONES

Temperaturas (oC)

T min

T med mes

T max mes 120

30

100

25

80

20

60

15

40

10

20

5

Precipitaciones (mm)

ESTRATEGIAS - Medidas de reducción de demanda • demanda eléctrica • demanda de ACS • demanda de calefacción con petróleo - Producción de energías renovables • producción energía eléctrica • producción energía para ACS • producción de biomasa para calefacción

Precipitaciones mes 35

0

0 E

F

M

A

M

J

J

A

S

O

N

D

Oscilación de temperaturas y precipitaciones por mes Máster de Arquitectura Energía y Medio Ambiente Barcelona , Septiembre 2012

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TEMA DEL TRABAJO - Definición - Objetivos - Metodología

EL FLUJO ENERGÉTICO - Generación de energía • No renovables • Renovables - Cálculo del consumo energético del sector residencial ESTRATEGIAS - Medidas de reducción de demanda • demanda eléctrica • demanda de ACS • demanda de calefacción con petróleo - Producción de energías renovables • producción energía eléctrica • producción energía para ACS • producción de biomasa para calefacción CONCLUSIONES

• Rhoriz global media día anual: 5,05 kWh/(m2day)

Radiación media mensual global en plan vertical (kWh/m2)

LA ISLA - Ubicación - Clima - Población - Sector de edificación

Horizontal

N

NE/NO

E/O

SE/SO

S

240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 E

F

M

A

M

J

J

A

S

O

N

D

Oscilación de radiación media global por mes

• Dirección de vientos predominantes: N Vmed invierno ‐verano: 24 km/h Frecuencia día invierno: 18 % N, 24 km/h Frecuencia día verano: 18% N, 17% NNO, 28-30 km/h

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TEMA DEL TRABAJO - Definición - Objetivos - Metodología

Descripción: variación de la población real de la isla a lo largo de un año, un dato necesario para definir la demanda por mes.

LA ISLA - Ubicación - Clima - Población - Sector de edificación

2 tipos de datos: - la población según el censo - la población real : • permanente real • veraneantes-turistas

EL FLUJO ENERGÉTICO - Generación de energía • No renovables • Renovables - Cálculo del consumo energético del sector residencial ESTRATEGIAS - Medidas de reducción de demanda • demanda eléctrica • demanda de ACS • demanda de calefacción con petróleo - Producción de energías renovables • producción energía eléctrica • producción energía para ACS • producción de biomasa para calefacción CONCLUSIONES

población censo

:

población real veraneantes - turistas población real total

Cálculo de permanente total basado en los siguientes datos directos: - estudio de Gaitanis de 2007 - censo de 2001y otros datos de ELSTAT - datos de desembarques de la autoridad portuaria y del aeropuerto Máster de Arquitectura Energía y Medio Ambiente Barcelona , Septiembre 2012

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TEMA DEL TRABAJO - Definición - Objetivos - Metodología

EL FLUJO ENERGÉTICO - Generación de energía • No renovables • Renovables - Cálculo del consumo energético del sector residencial ESTRATEGIAS - Medidas de reducción de demanda • demanda eléctrica • demanda de ACS • demanda de calefacción con petróleo - Producción de energías renovables • producción energía eléctrica • producción energía para ACS • producción de biomasa para calefacción CONCLUSIONES

población total 2001

población total 2009

población total 2010

población total 2011

70000 60000

Habitantes

LA ISLA - Ubicación - Clima - Población - Sector de edificación

80000

50000 40000 30000 20000

10000 0

Variación de la población total real en los últimos años

2001

2009

2010

2011

población según censo

12.853

14.491

14.695

14.900

población total real invierno

4.500

5.094

5.166

5.238

población total real verano

66.800

68.295

64.660

56.122

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TEMA DEL TRABAJO - Definición - Objetivos - Metodología LA ISLA - Ubicación - Clima - Población - Sector de edificación EL FLUJO ENERGÉTICO - Generación de energía • No renovables • Renovables - Cálculo del consumo energético del sector residencial ESTRATEGIAS - Medidas de reducción de demanda • demanda eléctrica • demanda de ACS • demanda de calefacción con petróleo - Producción de energías renovables • producción energía eléctrica • producción energía para ACS • producción de biomasa para calefacción CONCLUSIONES

Descripción: registro de todos los datos del sector de edificación que tienen que ver con el sector residencial, ayudan a definir la demanda con mas precisión.

Registro de: - viviendas convencionales/electrificadas - edificios que las contienen - número de plantas - hogares - superficie del sector residencial - superficie de las cubiertas de los edificios electrificados del sector residencial

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TEMA DEL TRABAJO - Definición - Objetivos - Metodología LA ISLA - Ubicación - Clima - Población - Sector de edificación EL FLUJO ENERGÉTICO - Generación de energía • No renovables • Renovables - Cálculo del consumo energético del sector residencial ESTRATEGIAS - Medidas de reducción de demanda • demanda eléctrica • demanda de ACS • demanda de calefacción con petróleo - Producción de energías renovables • producción energía eléctrica • producción energía para ACS • producción de biomasa para calefacción CONCLUSIONES

viviendas convencion ales total

viviendas añadidas por año

viviendas habitadas (invierno)

viviendas vacacion ales

viviendas vacías (para alquilar o vender)

2001

10582

373

4509

4936

2009

15317

445

6527

2010

15762

620

2011

16382

256

2012

16638

año

viviendas según sus servicios

hogares según sus servicios

Iluminación

calefacción central

total

iluminación

calefacción con petróleo

1045

10299

2745

4261

4230

1542

7145

1513

12016

3973

4804

4769

1739

6716

7352

1557

12231

4089

4872

4836

1764

6980

7641

1618

12445

4250

4940

4904

1788

12660

• superficie (electrificada) del sector residencial: 1.516.579 m2 • superficie de cubiertas (electrificada) del sector residencial: 1.083.819 m2

Cálculo de datos basado en los siguientes datos directos : - datos del censo de 2001y datos de ELSTAT - datos del Ayuntamiento de Paros

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TEMA DEL TRABAJO - Definición - Objetivos - Metodología LA ISLA - Ubicación - Clima - Población - Sector de edificación EL FLUJO ENERGÉTICO - Generación de energía • No renovables • Renovables - Cálculo del consumo energético del sector residencial ESTRATEGIAS - Medidas de reducción de demanda • demanda eléctrica • demanda de ACS • demanda de calefacción con petróleo - Producción de energías renovables • producción energía eléctrica • producción energía para ACS • producción de biomasa para calefacción CONCLUSIONES

• red eléctrica de Paros – Naxos (incluye 9 islas en total) • producción de electricidad por máquinas que consumen petróleo diesel y mazut

Descripción: registro de cantidad de energía eléctrica producida a partir de combustión en Paros para observar su variación a lo largo de un año y dentro de los últimos años. Máster de Arquitectura Energía y Medio Ambiente Barcelona , Septiembre 2012

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TEMA DEL TRABAJO - Definición - Objetivos - Metodología LA ISLA - Ubicación - Clima - Población - Sector de edificación EL FLUJO ENERGÉTICO - Generación de energía • No renovables • Renovables - Cálculo del consumo energético del sector residencial

200000 180000 160000 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0

Producción térmica eléctrica de Paros (MWh)

166.374

168.411

160.739 2009 2010 2011

30000 25000 20000 2009

15000

2010 10000

ESTRATEGIAS - Medidas de reducción de demanda • demanda eléctrica • demanda de ACS • demanda de calefacción con petróleo - Producción de energías renovables • producción energía eléctrica • producción energía para ACS • producción de biomasa para calefacción CONCLUSIONES

2011

5000 0

Cálculo de datos basado en los siguientes datos directos : - datos de Empresa Nacional de Electricidad - datos de Autoridad Reguladora de Energía Máster de Arquitectura Energía y Medio Ambiente Barcelona , Septiembre 2012

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TEMA DEL TRABAJO - Definición - Objetivos - Metodología LA ISLA - Ubicación - Clima - Población - Sector de edificación

Las energías renovables que se producen son la energía solar y la energía eólica. potencia de paneles fotovoltaicos instalada y funcionando: 243,94 kW Potencia de aerogeneradores instalada y funcionando: 3,6 MW

EL FLUJO ENERGÉTICO - Generación de energía • No renovables • Renovables - Cálculo del consumo energético del sector residencial ESTRATEGIAS - Medidas de reducción de demanda • demanda eléctrica • demanda de ACS • demanda de calefacción con petróleo - Producción de energías renovables • producción energía eléctrica • producción energía para ACS • producción de biomasa para calefacción CONCLUSIONES

Con el color negro están señalizadas las instalaciones fotovoltaicas, activadas y solicitadas Con el color verde están señalizados los parques eólicos, activados y solicitados, y con el azul se señalizan los aerogeneradores Fuente: RAE – Geospatial Map of Energy Units and Requests

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TEMA DEL TRABAJO - Definición - Objetivos - Metodología

Descripción: calcular con la mayor precisión posible la cantidad de energía consumida en el sector residencial de Paros que sirve para definir la demanda por mes, combinada con los datos ya registrados.

LA ISLA - Ubicación - Clima - Población - Sector de edificación EL FLUJO ENERGÉTICO - Generación de energía • No renovables • Renovables - Cálculo del consumo energético del sector residencial ESTRATEGIAS - Medidas de reducción de demanda • demanda eléctrica • demanda de ACS • demanda de calefacción con petróleo - Producción de energías renovables • producción energía eléctrica • producción energía para ACS • producción de biomasa para calefacción CONCLUSIONES

2 tipos de energías consumidas en el sector residencial: - la energía eléctrica producida por combustión - la energía producida por petróleo para calefacción Consumo de energía eléctrica total de Paros (MWh) 2009

2010

2011

2012

12000

10000

Consumo de energía eléctrica por mes y por uso (MWh)

8000

doméstico BT 6000

comercial BT

6000 5000

4000

4000 3000

2000

2000 1000

0

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0

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TEMA DEL TRABAJO - Definición - Objetivos - Metodología LA ISLA - Ubicación - Clima - Población - Sector de edificación EL FLUJO ENERGÉTICO - Generación de energía • No renovables • Renovables - Cálculo del consumo energético del sector residencial ESTRATEGIAS - Medidas de reducción de demanda • demanda eléctrica • demanda de ACS • demanda de calefacción con petróleo - Producción de energías renovables • producción energía eléctrica • producción energía para ACS • producción de biomasa para calefacción CONCLUSIONES

2006

2007

2008

2009

2010

2011

45000 40000 35000 30000

Consumo de petróleo para calefacción total en los últimos años (MWh)

25000 20000 15000 10000 5000

0 80000

residencial

total

70000 60000

Consumo residencial comparado con el consumo total (MWh)

50000 40000 30000 20000 10000 0

Cálculo de energía consumida basado en los siguientes datos directos: • datos de la Empresa Nacional de Electricidad • datos de la Autoridad Reguladora de Energía • datos de Ministerio de Medio Ambiente, Energía y Cambio Climático • datos de EUROSTAT • datos de BP y de EEA Máster de Arquitectura Energía y Medio Ambiente Barcelona , Septiembre 2012

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TEMA DEL TRABAJO - Definición - Objetivos - Metodología LA ISLA - Ubicación - Clima - Población - Sector de edificación EL FLUJO ENERGÉTICO - Generación de energía • No renovables • Renovables - Cálculo del consumo energético del sector residencial ESTRATEGIAS - Medidas de reducción de demanda • demanda eléctrica • demanda de ACS • demanda de calefacción con petróleo - Producción de energías renovables • producción energía eléctrica • producción energía para ACS • producción de biomasa para calefacción CONCLUSIONES

Hacia el balance cero en el sector residencial Medidas propuestas para bajar la demanda de energía eléctrica: • sustitución de las bombillas por otras de bajo consumo (- 69,6 %) • sustitución de los aparatos electrodomésticos por otros más eficientes energéticamente (- 44,4 %) demanda inicial de electricidad (2011): 36.915 MWh año, demanda inicial diaria: 101.138 kWh/día demanda reducida por medidas de bajo consumo: 54.197 kWh/día

Reducción del consumo de electricidad por día en el sector residencial (kWh/día) 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0

consumo inicial

con bombillas de bajo consumo

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con aparatos de bajo consumo

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TEMA DEL TRABAJO - Definición - Objetivos - Metodología LA ISLA - Ubicación - Clima - Población - Sector de edificación EL FLUJO ENERGÉTICO - Generación de energía • No renovables • Renovables - Cálculo del consumo energético del sector residencial ESTRATEGIAS - Medidas de reducción de demanda • demanda eléctrica • demanda de ACS • demanda de calefacción con petróleo - Producción de energías renovables • producción energía eléctrica • producción energía para ACS • producción de biomasa para calefacción CONCLUSIONES

Hacia la autosuficiencia en el sector residencial Medida propuesta para bajar la demanda de energía para ACS: Según la Normativa del rendimiento energético de los edificios de Grecia (KEnaK), el consumo óptimo l/día de ACS por un día es un consumo 35% del inicial: consumo inicial habitante: 50 l consumo optimizado: 30 l consumo inicial turista: 60 l consumo optimizado: 35 l demanda inicial total l/día ACS para agosto (2011): 3.367.320 l/día, demanda de energía día agosto: 85036 kWh/día ahorro de demanda de l/día para ACS para agosto (2011) : 1.477.550 l/día, ahorro de energía día agosto: 37.313 kWh/día Demanda de ACS por día en el mes de agosto de 2011 (l/día de ACS)

Demanda de energía por día en el mes de agosto de 2011 (kWh/día) 90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0

4000000 3500000 3000000 2500000 2000000 1500000 1000000 500000 0 consumo inicial por día

con consumo más bajo de persona por día

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consumo inicial por día

con consumo más bajo de persona por día

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Hacia la autosuficiencia en el sector residencial Medidas propuestas para bajar la demanda de energía para calefacción con petróleo: • instalación de calderas de condensación para la calefacción con rendimientos superiores a las convencionales y mejora de la resistencia térmica de los cerramientos (- 47,1 %). • mejora del aislamiento térmico aumentando su grueso hasta 10 cm (-11 %). • envidriamiento con cámara de aire en todas las ventanas de las viviendas (-16 %).

demanda anual inicial de energía para calefacción de petróleo: 20.330.000 kWh/año, por hogar: 11.368 kWh/año demanda de energía de petróleo anual aplicando las mejoras: 12.289.883 kWh/año, por hogar: 4.496 kWh/año 25000000

20000000

Reducción del consumo de calefacción del sector residencial anual en el sector residencial (kWh/año)

15000000 10000000 5000000 0 consumo inicial

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con sustitución de con mejor con camara de aire calderas y mejor aislamiento térmico en todas las aislamiento de ventanas cerramientos

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TEMA DEL TRABAJO - Definición - Objetivos - Metodología

Hacia el balance cero en el sector residencial Demanda de energía eléctrica por mejoras: 54.197 kWh/día

LA ISLA - Ubicación - Clima - Población - Sector de edificación EL FLUJO ENERGÉTICO - Generación de energía • No renovables • Renovables - Cálculo del consumo energético del sector residencial ESTRATEGIAS - Medidas de reducción de demanda • demanda eléctrica • demanda de ACS • demanda de calefacción con petróleo - Producción de energías renovables • producción energía eléctrica • producción energía para ACS • producción de biomasa para calefacción CONCLUSIONES

• panel de silicio policristalino

• superficie por panels: 0,65 m2 • dimensiones: 53,34 cm x 121,92 cm x 5,08 cm. • radiación media diaria de Paros: 5,05 kWh/ m2 • paneles que se necesitan: 138.687 • superficie de cubiertas necesitada: 90.191 m2

(8.32 % de la superficie de cubiertas total)

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Hacia la autosuficiencia en el sector residencial

Demanda de l/día para ACS por bajar el consumo diario: 1.889.770 l/día (mes de estimación: agosto 2011)

• colector solar de tubos evacuados, modelo 10VTN, de la empresa CALPAK • superficie por colector: 1,61 m2 • dimensiones: 1.600 mm x 1.193 mm x 110 mm • potencia para tener agua de 45 oC: 840 Wh/m2 • colectores que se necesitan: 62.993 • superficie de cubiertas necesitada: 101.418 m2 (9,36 % de la superficie de cubiertas total)

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TEMA DEL TRABAJO - Definición - Objetivos - Metodología LA ISLA - Ubicación - Clima - Población - Sector de edificación EL FLUJO ENERGÉTICO - Generación de energía • No renovables • Renovables - Cálculo del consumo energético del sector residencial ESTRATEGIAS - Medidas de reducción de demanda • demanda eléctrica • demanda de ACS • demanda de calefacción con petróleo - Producción de energías renovables • producción energía eléctrica • producción energía para ACS • producción de biomasa para calefacción CONCLUSIONES

Hacia la autosuficiencia en el sector residencial

Demanda final para calefacción por petróleo en el sector residencial aplicando medidas para reducirla, total año: 8.040.117 kWh/año • combustible alternativo al petróleo: biomasa

• la planta se llama pasto varilla, especie perenne y se cultiva para producir biomasa. No necesita mucha agua. • potencia térmica: 51.388 kWh/ha • potencia del cultivo en Grecia:

15-24 ton/ha/año • potencia por año: 100.207 kWh/ha/yr • superficie que se necesita cultivar: 80,2 ha

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TEMA DEL TRABAJO - Definición - Objetivos - Metodología LA ISLA - Ubicación - Clima - Población - Sector de edificación EL FLUJO ENERGÉTICO - Generación de energía • No renovables • Renovables - Cálculo del consumo energético del sector residencial ESTRATEGIAS - Medidas de reducción de demanda • demanda eléctrica • demanda de ACS • demanda de calefacción con petróleo - Producción de energías renovables • producción energía eléctrica • producción energía para ACS • producción de biomasa para calefacción CONCLUSIONES

Hacia el balance cero y la autosuficiencia en el sector residencial • En cuanto a la recogida de datos: hay que buscar maneras de calcular los que faltan, siempre en relación con los directos. En verano es más dificil buscar datos de servicios públicos. • La población en verano se incrementa hasta 10 veces. La demanda energética incrementa proporcionalmente a la ocupación, también hasta 10 veces. • Registros de demanda eléctrica inicial, ACS y calefacción en el sector residencial (2011): 101.138 kWh/día, 85.036 kWh/día (en agosto) y 20.330.000 kWh/año (11368 kWh/año/hogar), respectivamente. • Registro de los resultados obtenidos por la aplicación de medidas para bajar la demanda eléctrica, ACS y calefacción del sector residencial (2011): 54.197 kWh/día, 47.723 kWh/día (en agosto) y 8.040.117 kWh/año, (4496 kWh/año/hogar), la mayor reducción ha sido la de calefacción de 60 %. • Superficie de cubiertas que se debe ocupar: 8,3 % por paneles fotovoltaicos y 9,36 % por colectores solares.

• La cultivación de la planta pasto varilla debe ocupar el 1,2 % de los suelos que se cultivan para cubrir la demanda de 1788 hogares que utilizan petróleo. Una mayor parte también podría cubrir la demanda de petróleo como energía primaria (autosuficiencia a nivel de isla). • Para futuras investigaciones: utilizar datos reales (censo de 2011), mejor evaluación del perfil energético de la isla. Máster de Arquitectura Energía y Medio Ambiente Barcelona , Septiembre 2012

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