Experiencia de la implantación de un sistema de gestión del alumbrado público en función de presencia de personas y vehículos

Comunicación Greencities&Sostenibilidad 2012/Comunicaciones Científicas/Espacio Urbano

RESUMEN

La presente comunicación expone la experiencia de implantación de un pionero sistema inteligente de gestión del alumbrado público capaz de generar un ahorro energético de más del 80% respecto a las tecnologías actuales. Para lograr el objetivo propuesto, se ha desarrollado una solución innovadora para el alumbrado exterior con el objetivo de reducir el consumo energético, los costes de mantenimiento y de mejorar la calidad del alumbrado, la seguridad y su tele-gestión a través de internet. Esta innovadora tecnología es capaz de hacer actuar la instalación de forma automática en función de la presencia humana o de vehículos.

El nuevo sistema se basa en el desarrollo de tecnologías de detección de bajo coste para la detección de movimiento y presencia de personas  y vehículos, inteligencia del sistema, comunicación entre luminarias y software de telegestión o gestión remota. Esta tecnología integra los mayores avances tecnológicos para proporcionar al alumbrado público el encendido lógico, tele-gestión, diagnóstico del sistema, envío de alarmas, gestión del mantenimiento y la posibilidad de actuación sobre cualquier luminaria, incluyendo la regulación de luminarias.

La comunicación incluye el caso práctico de Isaba, donde en 2011 se realizó la renovación de 148 puntos de luz con esta tecnología y las conclusiones, ventajas e inconvenientes.

CONTENIDO

 

INTRODUCCIÓN

 

El alumbrado público en ausencia de iluminación natural es una cuestión que afecta en todo el mundo. Su utilización supone actualmente un consumo tan sólo en Europa de 45 TWh/ año, con una generación de CO₂ asociada de 20 millones de toneladas. Sin embargo, el 70% del tiempo de dicha emisión de luz es innecesario debido a que se iluminan zonas vacías sin presencia de personas ni vehículos.

El proyecto ha consistido en desarrollar un pionero sistema inteligente de gestión del alumbrado público, con un coste de inversión que asegure su rentabilidad a corto plazo y que pueda lograr un ahorro energético de más del 80% respecto a las tecnologías actuales. Para lograr el objetivo propuesto, se constituyó en 2009 la empresa Iluminación Inteligente Luix S.L. (en adelante ii LUIX) , con base en Donostia – San Sebastián y que ha desarrollado una solución innovadora para el alumbrado exterior con el objetivo de reducir el consumo energético, los costes de mantenimiento y de mejorar la calidad del alumbrado, la seguridad y su tele-gestión a través de internet. Este proyecto está siendo desarrollado dentro del marco de la convocatoria INNPACTO-2011, habiendo sido financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad (antiguo Ministerio de Ciencia e Innovación, dentro del Plan Nacional de Investigación Científica, Desarrollo e Innovación Tecnológica, 2008-2011).

Su innovadora tecnología ofrece un sistema capaz de actuar de forma automática sobre el alumbrado exterior en función de la presencia humana o de vehículos. El nuevo sistema se basa en el desarrollo de tecnologías de detección de bajo coste  para la detección de movimiento y presencia de personas  y vehículos, inteligencia del sistema, comunicación entre luminarias y software de telegestión o gestión remota. Esta tecnología integra los mayores avances tecnológicos para proporcionar al alumbrado público el encendido lógico, tele-gestión, diagnóstico del sistema, envío de alarmas, gestión del mantenimiento y la posibilidad de actuación sobre cualquier luminaria, incluyendo la regulación de luminarias.

Durante 2011 se han ejecutado 4 instalaciones que implementan el sistema de ii Luix, y que están permitiendo generar un ahorro superior al 80% de energía. Un ahorro inalcanzable hasta ahora a través de la tecnología convencional de lámparas y sistemas de ahorro energético.

La presente ponencia pretende mostrar con datos, fotografías y vídeos la experiencia adquirida sobre este sistema de control principalmente en 4 instalaciones (Isaba, Salinas de Pamplona, Tolosa y Gabiria), entre las cuales se incluyen 2 localidades en las que se ha renovado total y casi totalmente el alumbrado de la localidad con 148 puntos de luz en Isaba y 138 en Salinas de Pamplona. El objetivo de la ponencia es demostrar la capacidad de ahorro energético de esta tecnología, ventajas e inconvenientes, control y capacidad de reducción de la contaminación lumínica.

Los datos mostrados serán los aportados por auditores independientes a ii Luix y la ponencia se enfocará desde el punto de vista del ahorro energético al implementar un sistema de detección de presencia en las calles, que además, deja la puerta abierta a nuevos servicios.

Además, se expone la capacidad de comunicación del sistema de a través del cableado eléctrico generando una red inteligente que permite ofrecer servicios adicionales al de gestión del alumbrado público.

OBJETIVOS CIENTÍFICOS Y TECNOLÓGICOS

El objetivo del proyecto ha consistido en hacer realidad la implantación de un sistema de alumbrado público en base a presencia, probarlo, monitorizarlo y obtener datos reales para demostrar su viabilidad tanto técnica como económica.

Antecedentes

Las necesidades de seguridad y protección, así como de mejora de prestaciones ciudadanas hacen necesaria la existencia de alumbrado artificial durante las horas ausencia de iluminación natural. Sin embargo, esto supone tan sólo en España un consumo cercano a 7.500 GWh/año y un costo de 500 millones de euros al año[1]. El consumo generado por todos los países de Europa alcanza los 45 TWh/ año, existiendo alrededor de 90 millones de luminarias de alumbrado público, tratándose por tanto de una cuestión con repercusión internacional.

No obstante, estos volúmenes de consumo no están justificados dado que se ha estimado que el 70% del tiempo de dicha emisión de luz es innecesario. Este mal uso de la energía se traduce en un alto costo, tanto económico como para el medio ambiente.

La baja eficiencia en el alumbrado público contribuye al calentamiento global por generación de CO₂ y al agotamiento de los recursos energéticos, los cuales hay que recordar que son finitos. Se estima que se emiten alrededor de 119 gramos por cada kWh. consumido[2]; con lo que, dadas las posibilidades de mejora de la eficiencia en la iluminación exterior (70% consumo innecesario), esto supone un enorme potencial de ahorro energético mundial y reducción de emisiones de CO₂.

A su vez, el alumbrado público causa otro efecto medioambiental que resulta mucho más fácil de apreciar: la contaminación lumínica. Los científicos llevan años avisando de esta situación y se han escrito numerosos artículos en revistas científicas y periódicos alarmando del problema. Algunos de ejemplos son:

• Artículo “Light pollution in Spain. An European Perspective”  – Alejandro Sánchez de Miguel y Jaime Zamorano – Highlights of Spanish Astrophysics V – Astrophysics and Space Science Proceedings, 2010, Part 8, 535, DOI: 10.1007/978-3-642-11250-8_164
• Artículo “El derroche energético en el alumbrado público de España ya es oficial” – Alejandro Sánchez de Miguel y Jaime Zamorano – Nota de prensa de la Unidad de Información Científica y Divulgación de la Investigación, Universidad Complutense de Madrid, septiembre 2009, 2 pp.
• Artículo “Descontaminación lumínica y máxima eficiencia energética en las instalaciones de alumbrado exterior (2ª parte)” – Josep M.ª Ollé Martorell – XXXVI Simposium Nacional de Alumbrado. Cáceres, 19-22 de mayo de 2010.

Además, en el contexto de crisis económica actual, el aumento creciente en el coste de la energía viene a sumarse a la necesidad de las administraciones públicas por llevar a cabo acciones correctoras que vengan a frenar esta tendencia en el aumento y derroche del consumo energético. Por ello, al tratarse de una problemática mundial, los distintos gobiernos llevan a cabo políticas para la regulación del consumo en alumbrado público. Entre otras se encuentran:

UNE 13201: Norma europea sobre iluminación para exteriores, que también tiene por objeto reducir o evitar la luz molesta en los lugares donde no se necesita (deslumbramiento, contaminación lumínica, etc.).

Francia lanzará un plan de acción para gestionar la demanda energética, que comprenderá la instalación de unos 300.000 contadores inteligentes, alumbrado público más eficiente, regulación de la temperatura en edificios públicos además de animar a los consumidores industriales a gestionar mejor su demanda (EUE 23.04).

Reglamento de Eficiencia Energética en Instalaciones de Alumbrado Exterior – España, en vigor desde el 1 de abril de 2009 para Limitar el resplandor luminoso nocturno o contaminación luminosa que afecta a las grandes ciudades. Mejorar la eficiencia y el ahorro energético. Reducir la luz intrusa o molesta a los ciudadanos.

A partir del 01 de octubre de 1999 entró en vigencia la Norma de Emisión para la Regulación de la Contaminación Lumínica (Decreto Supremo Nº 686 del 7 de diciembre de 1998 del Ministerio de Economía, Fomento y Reconstrucción), que establece un marco legal para la protección de la calidad del cielo, en el contexto de la legislación ambiental.

El Plan de Eficiencia Energética 2004-2012 para España marca el objetivo de 75 kilovatios por año y habitante. Además, la Estrategia de Ahorro y Eficiencia Energética en España 2004-2012 prevé el apoyo económico para acometer las actuaciones necesarias tendentes a la mejora de la eficiencia energética y la reducción del consumo energético. A tal efecto, las distintas comunidades han firmado diversos convenios de colaboración con el IDAE para la gestión de ayudas públicas.

Ley del Cielo que desde 1988 protege el cielo de las islas Canarias para evitar cualquier tipo de contaminación, ya sea lumínica, electromagnética o atmosférica (para el mantenimiento de los cielos en los observatorios astronómicos de las islas).

Las tecnologías e instalaciones existentes para dar solución a este problema se limitan a:

• Instalación de sistemas de doble circuito para el apagado parcial: con este sistema se reduce el consumo apagando parte de las luminarias durante un periodo de tiempo determinado. Produciendo un ahorro proporcional al número de luminarias apagadas, con lo que el sistema no resulta efectivo y empeora la uniformidad lumínica. No obstante, este sistema no está permitido por el actual reglamento: “ Cuando se reduzca el nivel de iluminación, es decir, se varíe la clase de alumbrado a una hora determinada, deberán mantenerse los criterios de uniformidad de luminancia/iluminancia y deslumbramiento establecidos en ésta instrucción ITC-EA-02”. (RD 1890/2008, Ministerio de Industria y Comercio)
• Sistemas de control punto por punto: un mayor control de las instalaciones permite reducir los consumos finales por averías, sobretensiones, factor de potencia inadecuado o encendidos innecesarios. Sin embargo, este ahorro es difícilmente cuantificable y el coste de estos sistemas no permite su amortización a través del ahorro de la energía.
• Desarrollo de sistemas de regulación / interruptores crepusculares: son células fotoeléctricas que detectan la cantidad de luz natural que existe y activan el sistema cuando la cantidad de luz natural baja de un determinado valor umbral.
• Relojes astronómicos: son programadores electrónicos en los que los momentos de apagado y encendido se realizan de acuerdo cálculos de geometría solar basados en el movimiento de la tierra respecto al sol.
• Balastos de doble nivel: elementos electrónicos que permiten tener dos niveles de tensión para las lámparas. De esta forma, se puede tener un régimen en el que la tensión en bornes sea menor, reduciendo por tanto el consumo eléctrico.
• Reductores de tensión: colocados en la cabecera de las líneas actúan sobre la tensión de alimentación de la instalación. Siendo capaces de suministrar energía a las líneas con una reducción de la tensión, consiguiendo a su vez una reducción en el consumo.
• Estabilizadores de tensión: controlan las sobretensiones y subtensiones que podrían dañar a los componentes de la instalación, con lo que mejora su vida útil.
• Reguladores-estabilizadores: estabilizan la tensión por un lado y por otro regulan los niveles luminosos por variación de la tensión.

Estos sistemas consiguen unas reducciones máximas de consumo de entre  25% y 40%, lejos de los valores óptimos, y en algunos casos a costa de una calidad lumínica inadecuada. Sin embargo, en ninguno de estos casos existe una inteligencia del sistema ni comunicación entre farolas que le permite mejorar en base a la experiencia, como si que lo hace el sistema de ii LUIX.

Por todo ello, en la búsqueda de una solución para esta problemática y en vistas de que ningún sistema actual era capaz y susceptible de ser aplicado para mejorar la eficiencia energética, se planteó un proyecto de investigación y desarrollo de un nueva tecnología.

NOVEDADES que plantea la tecnología de detección en función de presencia

Se ha desarrollado un sistema basado en cinco pilares fundamentales que gestiona individualmente el encendido y regulación de las luminarias para alumbrado público de forma automática e individual, y que permite su control de forma remota desde dispositivos móviles.

Las principales novedades que trae consigo  son:

Los actuales sistemas de iluminación sólo consiguen una reducción de energía muy limitada. Este nuevo sistema de gestión lógica de la iluminación permitirá un ahorro energético en funcionamiento y mantenimiento mayor al 60%.

Control punto por punto de la instalación de iluminación, realizando una regulación individual y más eficiente de cada una de las farolas. Frente a la situación actual en la que el control se realiza principalmente sobre conjuntos de luminarias que no permiten una actuación individual.

Nueva tecnología de detección con mejores prestaciones en cuanto a:

Alcance;

Velocidad de respuesta (la iluminación de las luminarias debe realizarse con anterioridad a la aproximación de la persona o vehículo en movimiento hasta él);

Precisión y exactitud (con algoritmos de control que procesen las señales para que no se produzcan falsos positivos por insectos, condiciones meteorológicas, vegetación, etc., aciertos del 95%);

Calibración (que no requieran mantenimiento); y

En todo momento el objetivo del desarrollo ha sido que la fabricación del sistema suponga un coste razonable para garantizar la rentabilidad de la implantación del sistema con un retorno de la inversión en 4-5 años

DESCRIPCIÓN TÉCNICA

Para lograr el objetivo de controlar el alumbrado exterior de forma automática en función de la presencia humana o de vehículos, se dota a las farolas de dispositivos electrónicos que les permitirán detectar presencia y movimiento, encender, apagar y regular la intensidad lumínica, así como comunicarse entre ellas. Aunque cada farola tenga individualmente inteligencia, el sistema en su conjunto dispone a su vez de un procesador que recibe las señales de todas las farolas y generará las órdenes de aumento o disminución del nivel de iluminación anticipándose a la llegada del objeto (persona o vehículo) y generando una sensación de espacios permanentemente iluminados.

En base a los objetivos planteados, la arquitectura del mismo será la que se muestra a continuación:

Modulo de cabecera: Ira ubicado en el armario eléctrico del alumbrado. Integrará un procesador con un programa de inteligencia artificial y un modulo de comunicaciones.

Nodo esclavo: Se trata de un dispositivo electrónico que irá ubicado en el interior del báculo, dispondrá de un modulo de comunicaciones y otro de control y regulación de la iluminación.

Nodo inteligente: Se trata de un nodo esclavo que dispone de sensor de presencia y movimiento por lo que genera información para el sistema. Los sistemas de detección son flexibles y pueden adaptarse a los báculos, o a cualquier punto que disponga de alimentación eléctrica.

Comunicación entre luminarias: Para que el sistema pueda funcionar con una lógica de encendido y regulación, es necesario transmitir la información obtenida de todas los puntos de detección y enviar las órdenes de actuación a todas las luminarias del sistema punto por punto. Esto se realiza a través de la infraestructura existente de distribución eléctrica.

Luminaria eficiente: Para conseguir el máximo rendimiento del sistema la luminaria empleada es preferible permitir un encendido, apagado y regulación inmediata de la luz y de forma eficiente. Las luminarias que mejor se adaptan al sistema serán las del tipo LED y fluorescente. Las de VSAP, y halogenuros metálicos son igualmente adaptables al sistema de iluminación inteligente, pero permiten una regulación y velocidad de respuesta más limitada y por tanto una menor posibilidad de ahorro.

Software de control remoto:

Permite monitorizar y controlar la instalación de alumbrado de forma remota, para programar las funciones y niveles de iluminación, parámetros, gestionar las órdenes de encendido y regulación, ver el estado de la instalación, controlar el número de detecciones, programar mantenimientos, recibir alarmas, etc.

ESTUDIO DE CASO PRÁCTICO: ISABA (NAVARRA), 2011

 

En octubre de 2011 se puso en marcha en la localidad del pirineo navarro de Isaba una instalación completa con 148 puntos de luz que implementaban el sistema de gestión automática del alumbrado público en función de presencia. A continuación se exponen los datos de la situación de partida, el estudio de viabilidad económica realizados y el estudio lumínico.

Situación de partida:

Luminarias tipo VILLA con lámparas VM y VSAP de 125, 150 y 250W.

Reloj astronómico como único sistema de control del alumbrado exterior.

Luminarias sin óptica para una correcta distribución de la luz que provocaban:

Deslumbramiento;

Contaminación lumínica; y

Luz intrusa.

Estudio Lumínico:

Las instalaciones se proyectan de manera individualizada para que el proyecto lumínico se ajuste en todo momento a la reglamentación vigente y además, mejore la iluminación resultante con la nueva instalación.

Una alta uniformidad en la zona de estudio garantiza la correcta visión de los objetos y por tanto el aumento de la sensación de seguridad de los ciudadanos.

El sistema está diseñado para aumentar el nivel de iluminación de forma automática cuando se detecta presencia, pero con un buen diseño de iluminación se consigue un resultado aceptable incluso con las luminarias trabajando a un 20% de su potencia.

La instalación ha conseguido los siguientes resultados:

• Ahorro superior al 80% en el consumo energético;
• El nivel lumínico en el suelo resulta superior a la anterior instalación (Em:16,11lux), con una alta uniformidad de 0.48.
• La reproducción de los colores con la luz del LED resulta mucho mejor y permite distinguir los objetos con mayor nitidez;
• Por norma general, hasta las 22:00 h. las luminarias LED se encuentran al 100% de su potencia. A partir de esta hora bajan al 20% y es cuando empiezan a actuar los sistemas de detección.En caso de detección las lámparas suben al 50%. En función del lugar, estos parametros de minimos y maximos suelen variar.
• Con las luminarias LED al 20% el nivel de visibilidad de la zona es más que aceptable.
• Control punto por punto de la instalación a través de internet.

CONCLUSIONES

• La regulación lógica de una instalación de alumbrado permite ahorrar cantidades de energía inalcanzables hasta ahora (>80%).
• El control punto a punto de la instalación permite monitorizar el estado del sistema en todo momento y generar un ahorro adicional a través de la gestión del mantenimiento.
• Cada escenario exige un estudio detallado para diseñar una correcta estrategia de detección e iluminación.
• La uniformidad de la iluminación se convierte en un parámetro clave para permitir una reducción de los niveles de iluminación y mantener la sensación de seguridad.
• El ahorro energético y por tanto, el retorno de la inversión a través de una reducción de la factura de la luz depende de la eficiencia y tecnología de la instalación actual.
• La tecnología LED permite una adaptación del sistema de iluminación inteligente más sencilla que con el resto de lámparas debido a su capacidad de regulación de 0 a 100% y a su velocidad de respuesta.
• El sistema permite una reducción del calor generado por los LED, principal problema de esta tecnología y que reduce reduce su vida útil.
• La tecnología LED aumenta su eficacia (lm/W) a medida que se reduce su potencia, permitiendo un ahorro adicional.
• En un pueblo como Isaba con un gran componente turistico, durante muchos días del invierno no ha habido detecciones en numerosas calles del casco antiguo los días entre semana. El sistema faciita estadisticas de detecciones de las diferentes zonas de implantación.

CONSUMOS ENERGÉTICOS DE ISABA – Armario nº1

FECHA: 30 de Abril de 2012

Situación de partida e interpretación de datos:

El proyecto realizado por ii LUIX afecta a 148 luminarias  LED que se alimentan desde un armario eléctrico del que también derivan otras líneas de alumbrado. El armario se compone de:

Iluminación con el sistema de ii LUIX: 148 luminaria Led Isaba 50w.

Aparcamiento: 21 luminarias de 150 w tipo vial.

Proyectores  de la Iglesia = 6 proyectores (400w.ud)

Zona alta del pueblo = 8 puntos de luz (tipo bola o Villa de 125 y 250w)

RESUMEN DE CONSUMOS:

Enero – Abril (fin) 2011: 43.240 Kwh. (Anterior)

Enero – Abril (fin) 2012: 14.936 Kwh. (Actual)

Ahorro entre enero –abril 2012= 28.484 Kwh en 148 puntos de luz.

Ahorro sobre el consumo total del armario nº1 entero = 65% menor.

Consumo total de un año Sept 2010-Octubre 2011 = 116.814 Kwh/año.

Ahorro total  previsto para 2012 (65%) =116.814 Kwh/año x 65% = 76.629 Kwh/año.

NOTAS:

-22.000 Kwh/año corresponden a los proyectores, aparcamiento y zona alta que no han sido modificados y mantienes las luminarias de VSAP de origen.

La parte actuada consumió en 2010-2011 94.000Kwh/año y se prevén ahorrar 76.629 Kwh/año, esto significa un ahorro superior al 80% en consumo.

REFERENCIAS

Sánchez de Miguel, A., Zamorano J., “Light pollution in Spain. An European Perspective” – Highlights of Spanish Astrophysics V – Astrophysics and Space Science Proceedings, 2010, Part 8, 535, DOI: 10.1007/978-3-642-11250-8_164

Sánchez de Miguel, A., Zamorano J., “El derroche energético en el alumbrado público de España ya es oficial” – Nota de prensa de la Unidad de Información Científica y Divulgación de la Investigación, Universidad Complutense de Madrid, septiembre 2009, 2 pp.

Ollé Martorell J.M., “Descontaminación lumínica y máxima eficiencia energética en las instalaciones de alumbrado exterior (2ª parte)” – XXXVI Simposium Nacional de Alumbrado. Cáceres, 19-22 de mayo de 2010.

CORRESPONDENCIA (Para más información contacte con):

Felix Ezcurra Loyola

Ander de Bustos Almendros

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E-mail: info@iluminacionluix.com

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