La superfície de la Terra està majoritàriament coberta d’aigua salada, i l’ésser humà s’ha hagut d’adaptar a aquest medi per poder desplaçar-se pel món, conèixer, comerciar, intercanviar i desenvolupar-se fins a crear la societat que som avui dia. El transport marítim de persones i mercaderies ha evolucionat al llarg dels segles, sent clau la transformació cap a vaixells de més capacitat, més duradors i que puguin viatjar de forma ràpida i eficient des del punt de vista energètic. La construcció i reparació de vaixells ha estat i continua sent un sector clau en l’economia, i el següent pas en la seva evolució és la implementació de tecnologia que permeti la seva digitalització, optimització i descarbonització.

Actualment, els drassanes són grans consumidores d’energia, essent pràcticament tota la seva demanda en forma d’electricitat, i utilitzant combustibles fòssils per al moviment de materials i persones, o per generar aigua calenta als edificis. Aquest consum elèctric comporta actualment diverses problemàtiques:

• L’activitat dels drassanes és discontínua i varia en funció de la fase de construcció del vaixell en què es trobin, cosa que fa molt difícil caracteritzar la seva corba de consum diari o mensual.

• El tipus de consum varia segons la tipologia de drassana, existint principalment drassanes constructores i de reparació.

• La majoria de drassanes no tenen monitoritzats els seus consums energètics ni els seus principals factors, cosa que fa inviable la implementació validada d’estratègies d’estalvi energètic i descarbonització.

• El procés de construcció d’un vaixell involucra múltiples empreses subcontractades que operen dins de les instal·lacions de la drassana. Tanmateix, sovint es desconeix el consum elèctric, d’aire comprimit i de gasos de soldadura que realitzen. Igualment, aquest consum no es contempla dins del seu contracte amb la drassana.

• Les drassanes compten amb un llarg llistat de maquinària i consums energètics, l’ús dels quals varia considerablement segons el tipus de vaixell que s’estigui construint o la reparació que s’estigui realitzant. Molts d’aquests equips poden romandre inactius durant mesos, però ser utilitzats de forma intensiva de manera puntual. Un clar exemple són les grues, que representen la major potència instal·lada, però el seu ús és esporàdic.

El projecte TECNAVAL25, emmarcat dins del programa PERTE NAVAL i liderat per SOERMAR, ha permès a AIGUASOL aplicar la seva experiència en 5 drassanes situades a Vigo, Huelva, Ceuta i Gran Canària, impulsant la seva transformació cap a un model més competitiu des d’una perspectiva energètica i mediambiental. Els principals objectius i tasques d’aquest projecte han estat:

• Analitzar la viabilitat d’implantar un sistema avançat de gestió i optimització energètica amb suport d’intel·ligència artificial.

• Realitzar auditories energètiques per definir el potencial de reducció d’energia i emissions.

• Dissenyar un pla de monitorització amb comptadors i actuadors a la microrxa de la drassana identificant els consums estratègics.

• Estudiar la viabilitat de la implantació d’un mòdul de facturació energètica dirigit a controlar el consum energètic de les empreses subcontractades per les drassanes.

• Realitzar simulacions energètiques per analitzar la viabilitat d’inversions en eficiència energètica i en tecnologies de generació renovable.

La metodologia implementada per dur a terme el projecte es va basar en l’obtenció d’informació a través de comunicació directa amb les 5 drassanes, la validació dels avenços mitjançant entrevistes, l’ús d’eines de simulació energètica com Design Builder i SAM, i l’aplicació d’eines pròpies d’anàlisi de consums horaris desenvolupades en Python. Els resultats obtinguts després de l’estudi realitzat per Aiguasol durant un any s’agrupen en tres blocs:

Inventari energètic i auditories

A partir dels consums horaris i la maquinària de cada drassana, es va identificar el sistema d’aire comprimit alimentat per compressors i els treballs de soldadura com els dos principals consumidors d’energia, podent representar entre el 30 i el 55% del consum elèctric anual de la drassana. La construcció d’un vaixell es desenvolupa per etapes, començant per donar forma a les planxes d’acer mitjançant processos de corbatura, doblegat, aplicació localitzada de calor i talls, i a partir de la seva unió es van conformant peces del casc i de l’interior, que al seu torn s’uneixen en blocs més grans fins a formar el vaixell complet. Tota la construcció de l’interior es pot realitzar en terra o a flotació, sent crítics els treballs de granallat i pintura de totes les superfícies per protegir-les de les condicions extremes a què les sotmet el mar. Durant tot el procés es requereixen treballs de caldereria i soldadura, i tant per aplicar pintura com per eliminar-la per a la seva renovació periòdica, s’empren grans quantitats d’aire comprimit. Altres consums secundaris provenen de l’ús d’Aigua Calenta Sanitària (ACS), climatització, il·luminació, grues i maquinària dels diferents tallers.

Per reduir la despesa energètica i avançar cap a la descarbonització de les drassanes, es van definir solucions per electrificar aquelles demandes que avui dia es cobreixen principalment amb gasoil, seguidament reduir els consums mitjançant mesures d’eficiència, i finalment aprofitar els recursos renovables locals per cobrir aquests consums. Entre les mesures més destacades hi ha:

• Electrificació de la flota de transport, carretons i elevadores: es minimitzen les emissions locals i es redueix l’energia consumida en un 70%.

• Electrificació i centralització de la climatització i de l’Aigua Calenta Sanitària (ACS) mitjançant bombes de calor d’alta eficiència: reducció de l’electricitat anual consumida entre un 4 i un 15% segons la climatologia i el consum típic d’ACS que realitzi la drassana.

• Optimització de l’ús dels transformadors: pot suposar fins a un 18% de reducció del consum elèctric.

• Sectorització i automatització dels interruptors: s’aconsegueixen estalvis d’entre el 4 i el 17% de l’electricitat consumida.

• Instal·lació de variadors de freqüència i reducció de fuites d’aire comprimit: s’assoleixen estalvis d’entre el 6 i el 14% del consum elèctric.

• Instal·lació de fotovoltaica i aerogeneradors: cobreixen entre un 20 i un 60% de l’electricitat consumida per la drassana, en funció de l’espai disponible.

• Optimització de potència i compensació de reactiva: estalvis econòmics de fins al 13%.

Sistema de monitorització

S’ha dissenyat un sistema de comptadors i actuadors sobre els consums energètics basat en tres criteris. El primer és conèixer l’operació dels principals consumidors; el segon, monitoritzar aquells processos on hi hagi mesures d’estalvi clau i sigui necessari conèixer-ne el consum per analitzar-ne la viabilitat; i finalment, el criteri de monitoritzar els equips relacionats amb l’aprofitament del recurs renovable.

Les drassanes són instal·lacions àmplies situades vora el mar i la seva major superfície es troba a la intempèrie, motiu pel qual s’ha proposat l’ús del sistema de comunicació LoRaWAN, que permet enviar petits paquets d’informació mitjançant ones de ràdio de baixa freqüència. Gràcies a això, els sensors i comptadors poden enviar les seves dades de forma remota, recorrent grans distàncies, travessant parets i altres obstacles de la drassana, i amb un consum mínim d’energia.

Participació en mercats de flexibilitat

Red Eléctrica ofereix beneficis a les entitats capaces de flexibilitzar el seu consum elèctric sota demanda, ajudant a descongestionar nodes. Aquests mecanismes s’han anat incorporant els darrers anys davant la creixent electrificació de les demandes i la integració de fonts renovables a la xarxa. S’ha estudiat l’oportunitat que això suposa per a les drassanes, analitzant la seva capacitat de desplaçar pics de demanda horària, l’acumulació tèrmica i elèctrica disponible i el gran potencial que tenen per incorporar sistemes renovables.

La generació elèctrica amb tecnologia fotovoltaica i bateries ha demostrat ser una estratègia d’alt impacte en la reducció d’emissions, la millora de la sobirania energètica de les drassanes i, a més, un estalvi en costos en poder participar en mercats de compravenda d’electricitat. L’estudi ha avaluat el potencial de participació de les drassanes en els mercats de flexibilitat a partir de simulacions amb perfils reals de consum, generació fotovoltaica i preus horaris de mercat. S’han analitzat 100 combinacions diferents de potència FV, capacitat de bateria i estratègies de resposta a la demanda, incorporant escenaris amb diferents nivells d’inflació energètica i diferència relativa (spread) de preus entre hores punta i vall.

Els resultats mostren més benefici en les drassanes de major escala, permetent una millor relació entre inversió i retorn, cosa que facilita assolir majors graus de sobirania energètica i reduir significativament el cost nivellat de l’energia (LCOE). Les bateries permeten realitzar arbitratge energètic, aprofitant els moments de preu alt per a la descàrrega i maximitzant els ingressos quan es prioritza la venda d’excedents. Mentre que les estratègies d’emmagatzematge amb bateries són favorables amb nivells alts d’inflació i spreads horaris moderats, les estratègies basades en resposta flexible a la demanda obtenen millors resultats en entorns amb alta inflació i spreads elevats, on el valor de desplaçar consum és més significatiu.

La participació en el Servei de Resposta Activa de la Demanda (SRAD) permetria ingressos addicionals, encara que més limitats, tant per la menor capacitat real de modulació horària de les càrregues, com per les restriccions actuals del marc regulador, que dificulten la participació efectiva dels consumidors industrials en aquest tipus de serveis. Per tal que aquestes estratègies es consolidin i es despleguin a major escala, és clau una evolució del marc regulador, que ja ha avançat els darrers anys amb la creació de noves figures com l’agregador independent i serveis com el SRAD.

Aquest estudi assenta les bases per al desenvolupament d’un futur projecte d’R+D en què, amb la integració del sistema de monitorització proposat, sigui possible dur a terme una anàlisi detallada del potencial de les mesures de descarbonització i de la participació en mercats de flexibilitat de la demanda, emprant eines d’anàlisi amb intel·ligència artificial, acompanyant així grans i petits constructors de vaixells en l’evolució contínua d’un dels oficis més antics i essencials per a la nostra societat.

A més, l’estudi també obre la porta a investigar sobre l’aplicació de noves solucions que portin a la descarbonització total de les drassanes. És possible augmentar el potencial de generació renovable mitjançant la creació de comunitats energètiques entre les empreses portuàries, que puguin aprofitar tot el potencial de les seves àmplies cobertes per consumir conjuntament energia solar i aprofitar les sinergies entre les diferents corbes de consum.

Davant la creixent necessitat d’estratègies d’emmagatzematge més enllà de les bateries convencionals, les grans grues de molt elevada potència que tenen les drassanes i que només s’utilitzen de forma esporàdica suposen una oportunitat per emmagatzemar electricitat en forma d’energia potencial, per ser alliberada quan es demandin pics d’electricitat o calgui descongestionar nodes de xarxa.

De la mateixa manera, l’ús de combustibles alternatius per a vaixells emprant metanol o hidrogen dona l’oportunitat a les drassanes de convertir-se en productores d’aquests combustibles o d’aprofitar la reversibilitat de les piles de combustible d’hidrogen per emmagatzemar els seus excedents fotovoltaics i vendre part de l’hidrogen generat.

Finalment, les creixents sequeres al sud d’Europa, molt crítiques a les illes i zones costaneres, esdevenen un problema per proveir d’aigua dolça les drassanes i zones portuàries. Davant això, sorgeix l’oportunitat d’integrar sistemes de dessalinització, els quals poden flexibilitzar el seu consum elèctric per adaptar-se a la corba de generació solar o eòlica i aportar l’aigua dolça requerida a la zona portuària, alhora que s’emmagatzemen els excedents renovables.