Comunicación presentada al III Congreso Ciudades Inteligentes:
Autores
- Pedro de Grado Sanz, Director Gral. Medio Ambiente y Eficiencia Energética, Ayto. Logroño
- Rafael Álvarez García, Adjunto D.G. y Responsable de Eficiencia Energética, Ayto. Logroño
Resumen
Los países miembros de la Unión Europea han desarrollado la estrategia EU2020 para aumentar la sostenibilidad en ambientes urbanos principalmente, donde tres de los sectores con mayor potencial de reducción de CO2 y consumo energético son las tecnologías de la información y la comunicación (TICS), el alumbrado público y el tráfico rodado. El Ayto. de Logroño ha creado, junto con otras instituciones asociadas, el proyecto Green Tic, que busca demostrar la capacidad de las TICS para minimizar el impacto ambiental y la polución mediante la creación de un sistema de sensorización y telegestión que optimice la infraestructura de iluminación exterior de una calle céntrica de la ciudad. También se ha renovado y mejorado la instalación de alumbrado, sustituyendo las lámparas antiguas por Leds con capacidad de regular el flujo a varios niveles luminosos según el tráfico de vehículos y peatones, ajustando el gasto a las necesidades de cada momento y lugar. Gracias a este sistema se ha logrado una importante reducción del consumo eléctrico. Además, la información recogida por los sensores es de libre acceso en la web y App municipal en tiempo real o por registros históricos.
Palabras clave
Alumbrado Público, Sensorización Urbana, Calidad Ambiental, TicS, Huella Carbono, Smart City
Introducción
Las políticas ambientales europeas se dirigen hacia el desarrollo sostenible y se han materializado en la ambiciosa estrategia EU2020 y más recientemente EU2030, que busca reducir un 20% (40%) los gases invernadero, alcanzar una cuota del 20% (27%) de energías renovables y mejorar un 20% (27%) la eficiencia energética en los países de la UE. Las ciudades concentran la mayor parte de la población y consumo, y deben por tanto tener un papel primordial en la reducción de la huella de carbono mediante la optimización del uso de recursos tecnológicos.
Para ello, hace falta desarrollar estrategias que primero, hallen el modo de reducir ese consumo y segundo, ajusten el gasto a las necesidades en cada momento y lugar. Son tres, las áreas principales en las que más hace falta actuar para minimizar sus impactos ambientales: Las tecnologías de la información y la comunicación (TICs), el alumbrado público y el tráfico rodado. El sector de las TICs representa actualmente alrededor del 10% del consumo eléctrico en la UE y el 4% de sus emisiones de CO2 (2% mundial) (Comission 2013). La fabricación de los dispositivos (ordenadores, teléfonos inteligentes, etc) representa solo el 25% de estas emisiones, mientras que el 75% restante se debe al uso de los mismos a lo largo de su vida útil. Ya de por si, estos porcentajes suponen una importante cantidad a reducir, pero se calcula que sería posible evitar un impacto ambiental mucho mayor mediante la aplicación generalizada de las TICs a otros ámbitos, como en este caso, el alumbrado público y la circulación de vehículos. A través de la implantación de sensores, para analizar el rendimiento energético, las emisiones y otras características ambientales, y la transmisión de información, se podría desarrollar una herramienta para controlar en tiempo real la infraestructura urbana, de modo que se satisfagan las necesidades existentes con el mínimo consumo.
La infraestructura para la iluminación pública en Europa es responsable del 50% del consumo eléctrico urbano y uno de los sectores con mayor indice de infrautilización (Comission 2013). El consumo de energía eléctrica en el alumbrado público conlleva la emisión de dióxido de carbono en las plantas generadores de energía eléctrica, además de contribuir con otros gases de efecto invernadero y residuos tóxicos que son perjudiciales para el medio ambiente. Por cada kWh producido en España se emite un promedio 350 gramos de CO2 equivalente al medio ambiente.
Una lámpara de vapor de sodio de alta presión (VSAP) de 150W consume aproximadamente 580 kWh anualmente, cada lámpara sería responsable de la emisión de 200 kg de CO2eq por año. Si se extrapola a toda España, se obtiene que el alumbrado exterior publico emite aproximadamente un total de 1.740.000 toneladas de CO2eq/año. Según la Comisión Europea, existen más de 90 millones de lámparas exteriores tradicionales en Europa, teniendo más del 75% una antigüedad de más de 25 años. Este envejecimiento del sistema de alumbrado público reduce su eficiencia, además de incumplir algunas de las normas ambientales actuales, especialmente en lo referente a contaminación lumínica (Popa y Cepişcă 2011). Este tipo de contaminación se manifiesta en un aumento del brillo del cielo nocturno, alterando el entorno e interfiriendo en los ciclos circadianos diarios de las personas, animales y plantas cercanas. Un mal diseño del sistema de alumbrado o la ineficiencia de las lámparas utilizadas generan solapamientos o sombras, provocando una mayor inseguridad vial y elevada contaminación lumínica.
Para solucionar esta situación, en los últimos años se ha empezado a sustituir las instalaciones antiguas por iluminación basada en tecnología LED (Europe 2008), que no sólo tiene un consumo y una necesidad de mantenimiento mucho menor, sino que también es más apta para la regulación del flujo luminoso, permitiendo crear fácilmente distintos ambientes luminosos según se necesite y temperaturas de color más confortables (Vitta, y otros 2012). Con la intención de reducir las externalidades negativas del uso de las TICs y demostrar su capacidad para minimizar los impactos ambientales en los sectores mencionados anteriormente, el Ayuntamiento de Logroño, junto con la Fundación Patrimonio Natural de Castilla y León y la Fundación San Valero en sus respectivas zonas de acción, ha puesto en marcha el proyecto Green TIC con la ayuda financiera del programa europeo LIFE.
El proyecto alumbrado público Green TIC
Este proyecto comprende la renovación y mejora de una instalación de alumbrado exterior público con un sistema de sensorización y telegestión para reducción del consumo energético e impacto ambiental. Plantea adecuar el alumbrado exterior público de la calle Avenida de la Paz en el tramo comprendido entre las calles Juan XXIII y Avenida de Colón tanto en el paseo central como en la margen Sur de la citada calle, sustituyendo la instalación existente de lámparas VSAP por iluminación LED y adaptándola al cumplimiento de la normativa vigente a fin de su posterior legalización, asi como la instalación de los sensores pertinentes. Las nuevas instalaciones se constituyen de:
- Alumbrado eficiente. Existen actualmente 36 luminarias de vapor de sodio a alta presión (HPS por sus siglas en inglés) en la zona descrita en el párrafo anterior. Se han sustituido por 36 luminarias con diodos emisores de luz (LED, light emitting diodes), logrando una reducción muy importante en la potencia consumida (Tabla I).
- Sensores medioambientales. Con el fin de obtener información para mejorar la utilización del alumbrado y para uso público se ha instalado una mini estación meteorológica-medioambiental. Dicha estación informa en tiempo real sobre parámetros climáticos y medioambientales (Tabla I. Comparativa instalaciones HPS y LED
- Sensores tecnológicos. Para adaptar la iluminación al flujo de vehículos/personas se han instalado tres tipos de dispositivos: dos clases de radar para detectar vehículos y personas a larga distancia (uno doble en ambos sentidos y 8 simples de un sentido) y un analizador de redes capaz de medir parámetros eléctricos diversos, como consumos energéticos o la intensidad máxima alcanzada.
Gracias a los sensores instalados se puede conseguir la iluminación adecuada a cada situación de tráfico en los viales. Existen tres niveles de iluminación:
- Primer nivel (100% de iluminación). Funciona desde el ocaso hasta la 1 de mañana. Es el plazo de tiempo en el que se espera mayor tránsito de vehículos y peatones en la zona.
- Segundo nivel (70% de iluminación). Se utiliza cuando se detecta tráfico en los viales o el bulevar entre la 1 de la mañana y el amanecer.
- Tercer nivel (45% de iluminación). Cuando no se detectan vehículos ni peatones entre la 1 de la mañana y el amanecer.
La comunicación de los sensores hacia centro de mando se realiza mediante comunicación Power Line (PLC) lo que permite controlar cada luminaria de forma individual evitar el exceso de cableado. El control desde el centro de mando puede ser manual o automático, y puede realizarse conectándose con un sistema de claves a la dirección IP desde cualquier dispositivo (móvil, tablet, ordenador, etc.). Desde el centro de mando se puede ajustar los parámetros de funcionamiento por horarios y niveles de iluminación o realizar una lectura de errores y alarmas. Es de hacer notar la posibilidad de consultar libremente la información recogida por los sensores, en tiempo real o mediante los registros históricos, de todas las variables medidas en la estación meteorológica-medioambiental, a través de la página web del ayuntamiento. Para esto último se ha desarrollado una herramienta de visualización de las variables, microsite, cuyo acceso se realiza desde la web o la aplicación móvil municipal.
Materiales y Métodos
El proyecto piloto pretende modificar la instalación de alumbrado exterior anteriormente referenciada con el fin de conseguir ahorros energéticos significativos en las instalaciones de alumbrado exterior de la ciudad de Logroño, de manera que los resultados obtenidos puedan exportarse al resto de zonas de la ciudad y a otros municipios. Se han examinado distintos escenarios de estudio de iluminación dependiendo de la estación y las horas de mayor tránsito de coches y peatones. Los tres escenarios considerados son:
- Escenario 1. Reducción del flujo luminoso. En él se reduce la tensión de alimentación de los LED, lo que ocasiona una disminución del flujo luminoso al nivel 2 (70%, respetando las condiciones mínimas establecidas en la legislación) y un ahorro energético asociado (kWh).
- Escenario 2. Detección de presencia. Se produce una alternancia entre los niveles 2 y 3 acorde a tráfico de vehículos o personas que detectan los radares. Si los detectores de presencia perciben que aumenta el tránsito, se manda una señal a los controladores de las luminarias para que se incremente el flujo (nivel 2), y si no se detectan transeúntes se reduce el flujo (nivel 3).
- Escenario 3. Reducción de la velocidad a 30 km/h. Se ha establecido una restricción de velocidad para los vehículos en los viales para determinar su influencia en la reducción del flujo luminoso y en los parámetros de contaminación ambiental.
Los registros históricos de los parámetros medidos por los sensores instalados ofrecen una ingente cantidad de información que se analiza mediante programas de minería de datos como R-project. Gracias a esta clase de software se pueden extraer conclusiones que sirvan para establecer protocolos para rebajar la contaminación y el gasto energético. Para cada escenario, se han recogido y analizado datos cuartohorarios durante una semana completa, para cada una de las 7 variables introducidas: AFORO (vehículos) – SONÓMETRO (dB) -PM10 (µg/m3) – SO2 (µg/m3) – NOx (µg/m3) – O3 (µg/m3) – ENERGÍA (kWh). En cada caso, se han cruzado aproximadamente 4.700 valores.
Resultados
Con ayuda del programa estadístico R-project, se analizan todos los datos recogidos en campo para llegar a las diversas conclusiones sobre la correlación entre parámetros.
Discusión y Conclusiones
Se puede afirmar que tanto el ruido registrado como la energía consumida por el alumbrado tienen una clara correlación con el aforo en todos los escenarios, al ser la principal fuente de ruido y motivo de encendido de las farolas. También las variables de polución ambiental crecen de forma acorde a la intensidad del tráfico, que es la principal fuente de contaminación de la zona. Para las variables de polución ambiental la correlación es manifiesta por la naturaleza y comportamiento en zonas urbanas o vías de tráfico rodado.
En el caso del escenario 1, con una bajada de nivel luminoso al 70%, se ve un aumento en el nivel de ruido a causa de los vehículos. Posiblemente por el descenso de flujo luminoso de las farolas, lo que causaría una falta de visibilidad a larga distancia y reducción de la marcha de los vehículos para mayor seguridad. Las variables ambientales no muestran incrementos significativos.
Para el caso del segundo escenario, con o sin detección de presencia, se descubre la diferencia sobre el consumo de energía de existir a no existir la detección de personas o coches en la Avenida de La Paz. Cuando no se detectan vehículos o peatones no se reduce nunca el flujo luminoso y por tanto el consumo energético.
En el último escenario, reducción de velocidad, la bajada de velocidad media viaria puede relacionarse con un aumento del nivel de polución mayor que en el resto de los escenarios. Igual que en el caso 1, al obligar a reducir la marcha del transporte rodado se consiguen más revoluciones en el motor y por ende, un mayor ruido y contaminación a causa de los vehículos.
Con estos resultados se deduce y viene a corroborar que la mejor solución para mejorar la calidad del aire pasa por desarrollar la movilidad sostenible (vehículos eléctricos, bicicletas, transporte público, peatonalización de vías principales del casco urbano, estrategias de vehículos de alta ocupación, aparcamientos regulados, aparcamientos disuasorios, etc.) y no por una reducción de velocidad del tráfico rodado con motores de combustibles fósiles. Gracias a las actuaciones del proyecto piloto se han logrado reducciones en la energía consumida de hasta el 75% respecto a la instalación superior, ahorrando alrededor de 23.000 kWh a la ciudad y 8.050 kg CO2 al medio ambiente. La sensorización provee de datos no solo para la gestión del alumbrado, sino para todos los estudios ambientales y de ruido llevados a cabo en la ciudad, además de poder ser consultada fácilmente en la web y aplicación móvil, APP municipal.
Referencias
- Comission, European. Lighting the Cities. Accelerating the Deployment of Innovative Lighting in European Cities. . Digital Agenda for Europe., 2013.
- Europe, I. E. . Project Report. Intelligent Road and Street lighting in Europe. . European Commission-Executive Agency for Competitiveness & Innovation (EACI)., 2008.
- Fundación San Valero. Demostración de modelos para la optimización de tecnogías para la construcción inteligente. Zaragoza: Fundación San Valero, 2012.
- Popa, M., and C. Cepişcă. «Energy consumption saving solutions based on intelligent street lighting control system.» UPB Science Bulletin, 2011: 73, 297-308.
- Sánchez, L., Elicegui, I., Cuesta, J., Muñoz, L., & Lanza, J. » Integration of utilities infrastructures in a future internet enabled smart city framework.» Sensors, 13(11), 2013: 14438-14465.
- Vazquez, Jesus Diaz, and Soledad Gomez González. Reducir la huella de carbono de las tecnologías de la información y de la comunicación. Logroño, 2015.
- Vitta, P., L. Dabasinskas, A. Tuzikas, A. Petrulis, D. Meskauskas, and A. Zukauskas. «Concept of intelligent solid-state street lighting technology.» Elektronika ir Elektrotechnika, 2012: 18(10), 37-40.