Tras tres años de trabajo, desde octubre de 2019 a marzo de 2023, el proyecto Improvement ha finalizado cumpliendo la finalidad de diseñar soluciones para convertir edificios públicos existentes, con equipamiento de alta tecnología (hospitales, universidades, centros militares, estaciones de transporte, etc), en edificaciones de consumo de energía casi nulo con autoabastecimiento renovable. Además, el proyecto ha logrado dotar a los edificios de una mayor autonomía en su suministro energético al no tener que depender exclusivamente de la red convencional para abastecerse.
Estas tecnologías están basadas en la integración de las energías renovables en los edificios a través del despliegue de microrredes de generación combinadas de frío, calor y electricidad y almacenamiento híbrido basado en hidrógeno, baterías y supercondesadores. Unas tecnologías innovadoras que han permitido a estos inmuebles avanzar hacia un modelo energético sostenible, aumentando su autonomía y su eficiencia energética.
El proyecto Improvement estuvo cofinanciado por el Programa Interreg Sudoe a través del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) que ha contribuido con 1.876.44,71 euros. El presupuesto total del proyecto fue de 2.345.555 euros.
Nueve socios principales participaron en Improvement, de los que cinco son españoles: Centro Nacional de Hidrógeno, Universidad de Castilla-La Mancha, Junta de Andalucía, Universidad de Córdoba y la Agencia Andaluza de la Energía. Además, contó con otros ocho miembros asociados.
Resultados de Improvement
Entre los resultados obtenidos por Improvement destacan seis. En primer lugar, mejoró la autonomía energética de los edificios públicos existentes mediante sistemas híbridos de almacenamiento, incluso bajo condiciones meteorológicas extremas; aumentó la eficiencia energética de los edificios públicos con la integración de técnicas de edificios de energía casi nulo, y sistemas de refrigeración y calefacción basados en energías renovables con almacenamiento térmico.
Además, desarrolló microrredes resilientes a fallos mediante el uso de inversores con control activo del neutro para garantizar la calidad de suministro, en presencia de cargas sensibles (equipos de alta tecnología); y llevó a cabo demostraciones en edificios públicos reales (y replicables).
Asimismo, desarrolló estrategias regionales y planes de implementación; y se ha elaborado, con la colaboración de las empresas asociadas, un plan de negocios para la comercialización de la tecnología desarrollada.
Proyectos piloto en España y Portugal
Enmarcados en Improvement se han realizado dos proyectos piloto: uno en la sede del Centro Nacional del Hidrógeno (CNH2) en Puertollano (Ciudad Real, España) y otro en las sedes del Laboratorio Nacional de Energía y Geología de Portugal (LNEG) en Lisboa, ambos con el objetivo de reducir en todo lo posible las demandas de climatización y ventilación de los edificios y satisfacer el resto de las necesidades energéticas mediante sistemas renovables.
El proyecto desarrollado por el Centro Nacional del Hidrógeno ha consistido en una microrred eléctrica capaz de ofrecer continuidad y calidad en el suministro eléctrico y una microrred térmica que reduce el uso de energía para calefacción y refrigeración. De esta manera, una instalación fotovoltaica produce energía eléctrica que abastece al edificio almacenando los posibles excedentes en baterías. Cuando éstas se llenan, los excedentes se emplean en producir hidrógeno verde con un electrolizador que puede utilizarse para repostar vehículos de hidrógeno del parque móvil del propio centro o para producir electricidad mediante la pila de combustible para alimentar el edificio cuando no hay sol.
Asimismo, con una bomba de calor geotérmica, sustentada por la electricidad que genera la propia microrred, se produce calefacción en invierno y refrigeración en verano con rendimientos muy altos. A su vez, el calor residual que genera el electrolizador se almacena también para apoyar la calefacción del edificio cuando la producción eléctrica resulta más costosa y cuando ésta es más económica prioriza la bomba de calor, optimizando así el sistema.
Los enfoques de innovación de este piloto se aplican a tres campos diferentes: el sistema de control de calidad de la energía, el sistema de confort y el sistema de gestión energética. El servicio de control calidad de la energía en esta planta piloto se garantiza y mejora mediante la integración de una microrred, cuyo flujo de energía se controla en modo isla y conectada a la red, mediante un inversor de fuente de tensión de dos niveles de cuatro hilos con control activo de neutro. Para supervisar las perturbaciones de la forma de onda de voltaje en varias cargas conectadas, se integra una red de sensores de calidad de energía de IoT en el edificio.
Por su parte, el sistema de confort se mejora mediante la instalación de un sistema de recuperación geotérmica conectado a un sistema de almacenamiento de energía de calor y frío basado en materiales de cambio de fase. El sistema de gestión energética se basa en microrredes con generación tanto solar como eólica, un sistema híbrido de almacenamiento de energía eléctrica compuesto por hidrógeno, baterías y ultracondensador, logrando un sistema de almacenamiento de alta potencia y densidad energética. Además, se implementa un sistema de control avanzado con el fin de mejorar la vida útil y la competitividad económica del sistema de almacenamiento de energía.
En las sedes del Laboratorio Nacional de Energía y Geología de Portugal (LNEG), con el apoyo del Instituto Superior Técnico de Lisboa (IST), se ha desarrollado el segundo proyecto piloto que ha convertido un edificio público, construido alrededor de 1980, en un edificio de energía casi nulo. La planta piloto ha integrado sistemas de climatización e iluminación pasivos con sistemas activos de generación de fuentes renovables y sistemas de almacenamiento térmico.
Los sistemas pasivos consisten en protecciones solares en forma de lamas exteriores que controlan la incidencia solar sobre las ventanas y las fachadas, vidrios con tratamiento de control solar que rechazan la mayor parte de la radiación térmica permitiendo el paso de luz, sistemas de ventilación natural y muros trombe, que son aquellos que aprovechan la radiación solar para calefactar las estancias. A ello se suma la generación renovable mediante módulos solares fotovoltaicos y térmicos, una microturbina eólica, una bomba de calor aerotérmica y baterías de almacenamiento.
LNEG puso a disposición su laboratorio en el Campus de Lisboa para testear las instalaciones de integración de energías renovables. La planta piloto está alimentada por un sistema fotovoltaico de 4 kWp y 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. En LNEEG se logró una reducción energética del 75%.
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 16kW 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 estuvo 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.
Herramienta sobre potencial fotovoltaico y almacenamiento
Ambos proyectos piloto se han complementado con una herramienta desarrollada por la Agencia Andaluza de la Energía para determinar el potencial de autoconsumo fotovoltaico y la capacidad de almacenamiento energético necesaria en función del consumo real de los edificios públicos. Esta aplicación permite también generar una base de datos de edificios y centros públicos de gran consumo energético.
Esta herramienta web almacena la información de los edificios tanto de carácter general (tamaño, uso, número de plantas, localización, dirección, tipología edificatoria, persona de contacto, teléfonos etc.) como el referente a sus instalaciones consumidoras de energía (instalaciones de climatización, ventilación, iluminación interior y exterior, horarios de uso, instalaciones solares térmicas y/o fotovoltaicas, etc.) generando una base de datos de edificios, complejos de edificios y centros de consumo eléctrico que abarca los países del consorcio de Improvement: España, Francia y Portugal.
Después, analiza las curvas horarias de demanda eléctrica: consumo anual, consumo mensual, potencia máxima demandada, consumos por periodos tarifarios, consumo base, etc. de dichos edificios. Por último, haciendo uso de las curvas de carga y de los datos de radiación horaria registrados en estaciones climáticas permite simular autoconsumos fotovoltaicos sin y con almacenamiento generando un pre-dimensionado básico de las instalaciones fotovoltaicas, que cumplen con una serie de requisitos seleccionados por el usuario (cobertura solar deseada, excedentes máximos admisibles, etc.).
Cualquiera de los socios del proyecto pueden solicitar el acceso a esta herramienta web escribiendo al correo electrónico fjose.macias@juntadeandalucia.es. Crearán un usuario y clave con acceso restringido para esos datos.
En resumen, Improvement ha desarrollado soluciones que se encuentran alineadas con lo establecido en el eje prioritario 3-Economía Baja en Carbono, del programa Sudoe, implementando soluciones relativas a la eficiencia energética, la integración de energías renovables, la gestión inteligente de la energía, y las políticas regionales.