Optimización multiobjetivo con TRNSYS: aplicación a plantas solares de almacenamiento térmico estacional en edificios

Abstract

Según datos de la Agencia Europea de Medio Ambiente, en el año 2010 el sector residencial comercial supuso aproximadamente el 40% del consumo total de energía. Por lo tanto, la mejora de la eficiencia energética en este sector podría contribuir de manera importante a la reducción de costes económicos y emisiones de gases de efecto invernadero. Una tecnología prometedora para el sector de edificios es el uso de plantas solares térmicas centralizadas con almacenamiento estacional (CSHPSS). Hay diferentes tipos de CSHPSS, donde las más comunes emplean colectores solares de placa plana junto con acumuladores de agua caliente. Debido a los avances tecnológicos de hoy, la implementación de CSHPSS en el sector residencial comercial representa una alternativa potencialmente viable y eficaz ante las formas convencionales de suministro de energía. Estos sistemas aprovechan la energía de la radiación solar y la almacenan para su uso posterior en periodos de mayor demanda de calefacción del edificio. El uso de CSHPSS podría reducir el consumo de energía no renovable en más de 50%. Desafortunadamente, no existen plantas de este tipo instaladas en España, lo cual abre una oportunidad de investigación que se ajusta a las metas ambientales de la Comisión Europea para 2020. La simulación del modelo de CSHPSS se realiza con el software TRNSYS 17, en el cual se incorporan ecuaciones para la estimación de los costes de los equipos del sistema, y además, ecuaciones para evaluar su impacto medioambiental. La principal novedad de este trabajo consiste en la implementación de un modelo de optimización multiobjetivo (OMO) que contrasta criterios económicos y medioambientales mediante el uso del algoritmo híbrido de optimización multidimensional de tipo metaheurístico, GPSPSOCCHJ, incorporado en GenOpt. Esta metodología se ha aplicado a un caso de estudio donde se ha considerado una CSHPSS situada en Barcelona con capacidad para cubrir la demanda de calefacción de más de 1,000 viviendas de una comunidad de vecinos. Tomando como caso base una instalación convencional con caldera de gas natural se han identificado soluciones que reducen hasta un 83% el impacto ambiental y hasta un 14% el coste total de la instalación.