La superfície de la Terra està majoritàriament coberta d’aigua salada, i l’ésser humà ha hagut d’adaptar-se a aquest medi per poder moure’s pel món, conèixer, comerciar, intercanviar i desenvolupar-se fins a crear la societat que som avui dia. El transport marítim de persones i béns ha evolucionat amb els segles, essent clau la transformació cap a vaixells de major capacitat, més duradors i que puguin viatjar de forma ràpida i eficient en termes energètics. La construcció i reparació de vaixells ha estat i continua sent un sector clau en l’economia, essent actualment el següent pas en la seva evolució la implementació de tecnologia que aconsegueixi la seva digitalització, optimització i descarbonització.

Actualment, les drassanes són grans consumidores energètiques, essent pràcticament la totalitat de 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 actualment comporta diverses problemàtiques:

• Les drassanes tenen una activitat discontínua i que varia segons la fase de construcció del vaixell en què es trobin, essent molt difícil caracteritzar la seva corba de consum diària o mensual.
• El tipus de consum varia segons la tipologia de drassana, existint principalment drassanes constructores i reparadores.
• La majoria de drassanes no tenen monitorats els seus consums energètics ni els seus principals actors, sent inviable la implementació validada d’estratègies d’estalvi energètic i descarbonització.
• El procés de construcció d’un vaixell involucra múltiples empreses subcontractades que efectuen les seves operacions a les instal·lacions de la drassana. Tanmateix, sovint es desconeix el consum elèctric, d’aire comprimit i de gasos de soldadura que realitzen.
• De la mateixa manera, aquest consum no es considera dins del seu contracte amb la drassana.
• Les drassanes compten amb un enorme llistat de maquinària i consumidors energètics, el seu ús varia en gran manera segons el tipus de vaixell que estiguin construint o la reparació que estiguin realitzant, quedant molts d’ells sense operació durant mesos, però podent utilitzar-se de forma intensiva ocasionalment. Un clar exemple són les grues, que representen la major potència instal·lada però el seu ús és esporàdic.

Drassanes en transformació: de grans consumidores a referents sostenibles

El projecte TECNAVAL, englobat dins del programa PERTE NAVAL i liderat per SOERMAR, ha permès a AIGUASOL aplicar la seva experiència en 5 drassanes ubicades 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’implementar 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 monitoratge amb comptadors i actuadors a la microxarxa de la drassana identificant els consumidors estratègics.
• Viabilitat de la implantació d’un mòdul de facturació energètica per controlar el consum energètic de les empreses subcontractades per les drassanes.
• Realització de simulacions energètiques, 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, validació dels avanços mitjançant entrevistes, ús d’eines de simulació energètica com Design Builder i SAM, i 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 es van agrupar en tres blocs:

Anàlisi energètica integral: auditories i mapatge de consums clau
Després dels consums horaris i la maquinària de cada drassana, es va identificar el sistema d’aire pressuritzat alimentat per compressors i els treballs de soldadura com els dos principals consumidors d’energia, podent suposar 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 planxes d’acer mitjançant processos de curvatura, 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 de major grandària fins a compondre el vaixell complet. Tota la construcció de l’interior es pot fer a terra o a flotació, sent crítics els treballs de xoc i pintura de totes les superfícies per protegir-les de les extremes condicions a què les sotmet el mar. Durant tot el procés es requereixen treballs de caldereria i soldadura, i tant per aplicar pintura com per treure-la per a la seva renovació periòdica, s’utilitzen grans quantitats d’aire comprimit. Altres consums secundaris provenen de l’ús d’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 cobertes avui dia 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:

• 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 ACS mitjançant bombes de calor d’alta eficiència: reducció de l’electricitat anual consumida entre un 4 i un 15% segons la climatologia i consum típic d’ACS de la drassana.
• Optimització de l’ús de transformadors: suposa fins a un 18% de reducció del consum elèctric.
• Sectorització i automatització d’interruptors: s’aconsegueixen estalvis entre el 4 i el 17% de l’electricitat consumida.
• Instal·lació de variadors de freqüència i reducció de fugues d’aire comprimit: s’aconsegueixen estalvis entre el 6 i el 14% de l’electricitat consumida.
• Instal·lació de fotovoltaica i aerogeneradors: cobreix l’electricitat consumida per la drassana entre un 20 i un 60% segons l’espai disponible.
• Optimització de potència i compensació de reactiva: estalvis econòmics de fins al 13%.

Monitorar per actuar: sensors, dades i decisions estratègiques
S’ha dissenyat un sistema de comptadors i actuadors a consumidors energètics basat en tres criteris. El primer és conèixer l’operació dels principals consumidors, el segon és monitorar aquells processos on existeixin mesures d’estalvi claus i calgui conèixer el seu consum per analitzar la seva viabilitat, i finalment el criteri de monitorar els equips relacionats amb l’aprofitament del recurs renovable. Les drassanes són àmplies instal·lacions al costat del mar i la seva major superfície es troba a l’aire lliure, per això s’ha proposat l’ús del sistema de comunicació LoRaWAN, que permet enviar petits paquets d’informació a través d’ones de ràdio de baixa freqüència. Gràcies a això, els sensors i comptadors poden enviar les seves dades de forma remota, recorrent grans distàncies, podent travessar parets i altres obstacles de la drassana amb un consum mínim d’energia.

Flexibilitat energètica: la nova frontera de les drassanes sostenibles
Red Elèctrica ofereix beneficis a les entitats capaces de flexibilitzar el seu consum elèctric sota petició, ajudant a descongestionar nodes. Aquests mecanismes s’han anat incorporant els últims anys davant la creixent electrificació de demandes i la integració de fonts renovables a la xarxa. S’ha estudiat l’oportunitat que suposa per a les drassanes, analitzant la seva capacitat de desplaçar pics de demanda horaris, 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 de les drassanes i, a més, un estalvi en costos al 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 major benefici en les drassanes a gran escala, permetent millor relació entre inversió i retorn, cosa que permet 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 descarregar i maximitzant els ingressos quan es prioritza la venda d’excedents. Mentre que estratègies d’emmagatzematge amb bateries són favorables amb nivells d’inflació alts i spreads horaris moderats, les estratègies basades en resposta a la demanda flexible 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, degut tant a la menor capacitat real de modulació horària de les càrregues, com a les restriccions actuals del marc regulador, que dificulten la participació efectiva de consumidors industrials en aquest tipus de serveis. Perquè aquestes estratègies es consolidin i es despleguin a gran escala, resulta clau una evolució del marc regulador, que ja en els últims anys ha avançat amb la creació de noves figures com l’agregador independent i serveis com el SRAD.
Aquest estudi fonamenta les bases per al desenvolupament d’un futur projecte d’R+D en què, amb la integració del sistema de monitoratge proposat, sigui possible dur a terme una anàlisi detallada del potencial de les mesures de descarbonització i de la participació en mercat 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 completa descarbonització de les drassanes. És possible augmentar el potencial de generació renovable a través de 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 posseeixen les drassanes i que només utilitzen de forma esporàdica suposen una oportunitat per emmagatzemar electricitat en forma d’energia potència, per ser alliberades 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 aprofitant 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 illes i zones costaneres, es converteixen en un problema per proveir d’aigua dolça drassanes i zones portuàries. Amb això apareix l’oportunitat d’integrar sistemes de dessalinització, que 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 emmagatzemen els excedents renovables.