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Las soluciones propuestas están basadas en microrredes de generación combinada

El proyecto Improvement convierte edificios públicos en edificios de consumo de energía casi nulo

Redacción Interempresas26/05/2023

El pasado mes de marzo finalizó el proyecto Improvement, cuyo principal objetivo es convertir los edificios públicos existentes, en los que predominan las cargas críticas, en edificios de energía cero mediante la integración de microrredes combinadas de refrigeración, calefacción y potencia con inversores de control activo-neutro mediante sistemas híbridos de almacenamiento de energía. La tecnología propuesta tiene como finalidad garantizar la calidad de la energía y la confiabilidad del suministro eléctrico al tiempo que aumenta la eficiencia energética en este tipo de edificios.

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De forma más específica, Improvement tiene tres objetivos:

En primer lugar, desarrollar un sistema para mejorar la eficiencia energética en edificios públicos a través de un sistema de generación de calefacción y refrigeración solar, incorporando técnicas activas/pasivas para edificios de consumo de energía casi nulo.

Por otro lado, desarrollar un sistema de control de potencia resistente a fallos para microrredes bajo criterios de diseño de alta calidad de suministro.

Por último, desarrollar un sistema de gestión de energía para microrredes de generación renovable con sistema híbrido de almacenamiento de energía bajo criterios de degradación mínima, máxima eficiencia y prioridad en el uso de las energías renovables.

Bajo la coordinación del Centro Nacional del Hidrógeno, en el proyecto participan ocho socios: la Universidad de Castilla-La Mancha, el Instituto Superior de la Aeronáutica y del Espacio (ISAE), el Instituto Superior Técnico de Lisboa, el Laboratorio Nacional de Energía y Geología de Portugal (LNEG), la Junta de Andalucía, la Universidad de Córdoba, la Agencia Andaluza de la Energía y la Universidad de Perpiñán.

El proyecto tiene un presupuesto de 2,5 millones de euros y está cofinanciado al 75% por el Programa Interreg SUDOE y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) dentro del Eje prioritario 3, Economía baja en carbono.

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El principal objetivo de Improvement es convertir los edificios públicos existentes en edificios de energía cero mediante la integración de microrredes combinadas de refrigeración, calefacción y potencia.
El proyecto utiliza técnicas de control predictivo basado en el modelo en los sistemas que se desarrollen, garantizando la integración de las energías renovables y la mejora de la eficiencia energética de los edificios públicos para su transformación en edificios de balance energético cero (nZEB).

El proyecto Improvement plantea llevar a cabo dos plantas pilotos donde implementar y validar los nuevos desarrollos realizados, una situada en Lisboa y la otra en Puertollano (Ciudad Real).

Planta piloto de Lisboa

Bajo la dirección del Laboratorio Nacional de Energía y Geología (LNEG), con el apoyo del Instituto Superior Técnico de Lisboa (IST), la planta de Lisboa integra los sistemas de generación de calor/frío renovable en una microrred para la conversión de un edificio público existente en uno de balance energético cero (nZEB).

La planta piloto está alimentada por un sistema fotovoltaico de 4 kWp, un aerogenerador de 2,5 kW y un sistema de almacenamiento en baterías de 30 kWh, todo integrado en un sistema de trigeneración solar que proporciona electricidad para alimentar una microrred.

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La planta piloto de Lisboa está equipada con un sistema fotovoltaico de 4 kWp, un aerogenerador de 2,5 kW y un sistema de almacenamiento en baterías de 30 kWh.

La energía de confort térmico la proporciona una instalación solar de agua caliente sanitaria (ACS) de colectores solares de tubos de vacío de 4m2 y un acumulador de agua de 300 litros acoplado a una bomba de calor aire/agua de 16 kW de potencia asociada a un acumulador inercial de agua de 1.000 litros para calentar y enfriar individualmente las salas de reuniones de la planta piloto a través de cuatro fancoils.

Este piloto está especialmente interesado en la monitorización y modelado de las tasas de rampa de potencia de generación renovable y su impacto en el voltaje y la calidad de la energía dentro de los edificios, la vida útil de las baterías, el valor potencial para operar en los mercados de electricidad de reserva (secundarios) y la mejora del rendimiento energético del edificio al instalar los sistemas de climatización y calefacción previstos.

Planta piloto de Puertollano

El Centro Nacional de Experimentación de Tecnologías de Hidrógeno y Pilas de Combustible (CNH2) dirige la planta piloto de Puertollano, que integra las microrredes combinadas de refrigeración, calefacción y energía con funcionalidades de calidad de energía mejoradas para la rehabilitación de edificios públicos con cargas críticas hacia un edifico de balance energético cero (nZEB).

Los elementos que componen las instalaciones de Puertollano son una planta fotovoltaica de 100 kW, una pila de combustible de 30 kW, un electrolizador alcalino de 60 kW, un parque almacenamiento de hidrógeno, baterías de gel con una capacidad total de 156 kWh, almacenamiento de calor en un depósito de inercia con material de cambio de fase, almacenamiento de frío en depósitos de inercia y una instalación geotérmica con bomba de calor de 50 kW y seis pozos de intercambio geotérmico.

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Centro Nacional de Experimentación de Tecnologías de Hidrógeno y Pilas de Combustible (CNH2).
La planta solar produce electricidad, una parte se consume directamente en el edificio, mientras que los excedentes de producción que no se consumen en el momento se almacenan, primero en las baterías y cuando estas están llenas, estos excedentes se utilizan para producir hidrógeno verde en el electrolizador. El hidrógeno puede almacenarse a largo plazo y utilizarse bien para repostar los vehículos de hidrógeno de la flota móvil del propio centro, bien para producir electricidad a través de la pila de combustible para alimentar el centro cuando no haya sol.

Por otro lado, el calor residual generado por el electrolizador se almacena en los depósitos para unirse a la calefacción del edificio. La instalación de la bomba de calor geotérmica, que se alimenta de la electricidad producida por la propia microrred, produce calor en invierno y frío en verano con rendimientos muy elevados. Además, la acumulación térmica permite priorizar el funcionamiento de la bomba de calor cuando la producción eléctrica es más económica (producción fotovoltaica directa), almacenando el calor para utilizarlo cuando la producción eléctrica sea más cara (por ejemplo, utilizando el hidrógeno acumulado previamente en la pila de combustible).

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La planta piloto de Puertollano cuenta con una microrred en la que se combinan las tecnologías del hidrógeno, baterías y supercondensadores para cubrir las necesidades energéticas del edificio.
“Con este proyecto, el CNH2 pretende demostrar que el hidrógeno es una opción interesante como sistema de almacenamiento, dado que su densidad energética permite largos periodos de autonomía energética frente a otras opciones y es capaz de responder más rápidamente respecto a posibles alteraciones de potencia en la red que otros. Una mejora de la eficiencia energética de los edificios, junto con la reducción de las emisiones de carbono, traería importantes beneficios a los edificios, como una mayor durabilidad, un menor mantenimiento, un mayor confort, una reducción de los costes, un aumento del espacio habitable, una mayor productividad y una mejora de la salud y la seguridad”, explica Jesus J. Martin, jefe de Programas, Proyectos y Comunicación del CNH2.

Herramienta web para dimensionar autoconsumos

En el marco del proyecto Improvement, la Agencia Andaluza de la Energía ha desarrollado una herramienta web que permite almacenar información energética sobre los edificios y simula los autoconsumos fotovoltaicos necesarios para cubrir la demanda de dichos edificios.

La herramienta web almacena la información de los edificios tanto de carácter general (tamaño, uso, número de plantas, localización, etc.) como referente a sus instalaciones consumidoras de energía (climatización, ventilación, iluminación interior y exterior, instalaciones solares térmicas y/o fotovoltaicas, etc.) generando una base de datos de edificios, complejos de edificios y centros de consumo eléctrico ubicados en los países del consorcio de Improvement: España, Francia y Portugal.

Analiza, asimismo, las curvas horarias de demanda eléctrica: consumo anual, consumo mensual, potencia máxima demandada, consumos por periodos tarifarios, consumo base, etc. de dichos edificios.

La herramienta web, haciendo uso de las curvas de carga y los datos de radiación horaria registrados en estaciones climáticas, permite simular autoconsumos fotovoltaicos sin y con almacenamiento, generando un predimensionado básico de las instalaciones fotovoltaicas, que cumplen con una serie de requisitos seleccionados por el usuario (cobertura solar deseada, excedentes máximos admisibles, etc.).

Tras tres años de trabajo, el proyecto Improvement ha cumplido su objetivo de diseñar soluciones para convertir edificios públicos existentes en edificaciones de consumo de energía casi nulo con autoabastecimiento renovable y una mayor autonomía en su suministro energético al no tener que depender exclusivamente de la red convencional para abastecerse.

Los resultados de las soluciones Improvement, tras testearlos mediante la experimentación conjunta en ambas plantas piloto se podrán replicar en cualquier edificio público que necesite asegurar su suministro energéteico como se está estudiando en el hospital comarcal de La Axarquía de Málaga.

La tecnología Improvement asegura el suministro eléctrico al tiempo que aumenta la eficiencia energética de los edificios públicos.

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