O projeto IMPROVEMENT-“INTEGRATION OF COMBINED COOLING, HEATING AND POWER MICROGRIDS IN ZERO-ENERGY PUBLIC BUILDINGS UNDER HIGH POWER QUALITY AND CONTINUITY OF SERVICE REQUIREMENTS”, (SOE3/P3/E0901) possui um orçamento de 2,5 milhões de euros e é cofinanciado em 75% pelo Programa Interreg SUDOE e pelo Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER) ao abrigo do Eixo prioritário 3, Economia de Baixo Carbono.
O seu objetivo geral é converter edifícios públicos existentes em edifícios de consumo de energia quase zero, integrando microrredes de energia renovável com produção combinada de calor, frio e eletricidade, e sistemas de armazenamento especialmente concebidos para as condições climáticas dos países do sul da Europa.
O IMPROVEMENT tem uma duração de três anos e meio (até março de 2023).
Descrição do Projeto Improvement
O que há de inovador no PROJETO IMPROVEMENT?
Os edifícios são responsáveis por 40% do consumo de energia. Estudos recentes indicam que na região SUDOE as emissões de CO2 associadas ao consumo energético dos edifícios públicos com equipamento de alta tecnologia (hospitais, universidades, centros militares, estações de transporte, etc.) representam 13% de todos os edifícios existentes, com uma elevada componente no verão.
A maioria destes edifícios foi construída entre os anos 70 e 90 sem critérios de integração da Eficiência Energética (EE) e das Energias Renováveis (ER). E embora tenham sido realizados numerosos projetos em edifícios públicos para melhorar a eficiência e a implementação de energias renováveis, nenhum deles visou o problema específico relacionado com a melhoria da integração da eficiência energética, armazenamento e abastecimento com fontes renováveis em edifícios públicos com equipamentos de alta tecnologia (hospitais, centros de investigação, instalações militares, estações de transporte, etc.), nos quais, devido à natureza da sua atividade, a qualidade e a continuidade do abastecimento de eletricidade, aquecimento e climatização devem ser considerados aspetos fundamentais.
Nesta perspetiva, o IMPROVEMENT propõe soluções técnicas para a sua reconversão em Edifícios de Balanço Energético Zero (nZEB), propondo novos esquemas de controlo e integração de microrredes em edifícios públicos com produção combinada de calor, frio e eletricidade, gerindo sistemas híbridos de armazenamento de energia (elétricos e térmicos). Ao longo do projeto, serão desenvolvidos os elementos necessários para a implantação de uma nova geração de microrredes renováveis para o fornecimento de energia térmica (frio e calor) e energia elétrica.
O aspeto verdadeiramente inovador do IMPROVEMENT consiste em fornecer soluções para a integração de energias renováveis e o aumento da eficiência energética nos edifícios públicos que, devido à utilização de equipamento de alta tecnologia, têm cargas energéticas com uma elevada sensibilidade às perdas de qualidade/continuidade de abastecimento com consequências desastrosas, tais como a perda de abastecimento num bloco operatório ou num aeroporto. Estas soluções serão desenvolvidas sob as condições climáticas das regiões SUDOE com elevadas necessidades de climatização no verão.
O que são as microrredes e como estão envolvidas no projeto IMPROVEMENT?
As microrredes representam uma (pequena) revolução energética em que os consumidores e o ambiente são os principais beneficiários. São pequenos sistemas inteligentes de distribuição elétrica e térmica, autogeridos localmente, que podem funcionar quer ligados à rede pública quer isolados da mesma.
Os utilizadores de uma microrrede teriam à sua disposição uma rede elétrica e térmica baseada em várias fontes de produção energética renováveis e de armazenamento ou de alta eficiência: painéis solares, miniturbinas eólicas, microturbinas, energia geotérmica, células de combustível, sistemas de cogeração (geram eletricidade e calor) e trigeração (geram eletricidade, calor e frio), dispositivos de armazenamento de energia, tais como baterias ou armazenamento térmico, etc.
A principal vantagem das microrredes é que permitem melhorar a qualidade do abastecimento através da regulação da voltagem, maior poupança e menor dependência da rede de distribuição, uma vez que o consumo é mais bem controlado e os elementos do sistema são otimizados. Além disso, a proximidade da localização das fontes de produção e a utilização da rede dos vários sistemas de energia e calor aumentam significativamente e melhoram a eficiência energética global.
Uma microrrede significa também que a energia é utilizada de forma descentralizada, o que reduz a dependência da rede convencional de distribuição elétrica.
Em situações de falha da rede pública, os utilizadores poderiam desligar-se da rede pública, abastecendo energia nesta procura interna crítica. Desta forma, a rede pública também beneficia destas microrredes, uma vez que melhoram o seu funcionamento. Por conseguinte, esta tecnologia permitirá melhorar a qualidade e a continuidade do abastecimento elétrico, que são, como já foi mencionado, aspetos fundamentais nos edifícios onde se concentra o equipamento de alta tecnologia sobre o qual incide o projeto IMPROVEMENT.
Do ponto de vista ambiental, as microrredes utilizam menos energia do que os atuais sistemas centralizados de produção e distribuição, reduzem as perdas de energia na distribuição e, por conseguinte, reduzem as emissões de gases com efeito de estufa que provocam as alterações climáticas. A sua utilização também fomenta a implementação de sistemas alternativos baseados em energias renováveis, que respeitem mais a natureza e o ambiente.
Objetivos
O seu objetivo geral é converter edifícios públicos existentes em edifícios de consumo de energia quase zero, integrando microrredes de energia renovável com produção combinada de calor, frio e eletricidade, e sistemas de armazenamento. Mais especificamente, o IMPROVEMENT possui três objetivos específicos:
- Desenvolver um sistema para melhorar a eficiência energética em edifícios públicos através de um sistema de produção de aquecimento e arrefecimento solar, incorporando técnicas ativas/passivas para edifícios com consumo de energia quase nulo.
- Desenvolver um sistema de controlo de potência resiliente a falhas para microrredes sob critérios de conceção de alta qualidade de abastecimento.
- Desenvolver um sistema de gestão de energia para microrredes de geração renovável com sistema de armazenamento de energia híbrido sob critérios de degradação mínima, máxima eficiência e prioridade na utilização de energias renováveis.
Atividades e fases do projeto
O IMPROVEMENT visa desenvolver microrredes baseadas em sistemas avançados de gestão de energia com armazenamento híbrido apoiadas por hidrogénio, baterias e supercapacitores. Além disso, serão utilizadas técnicas de controlo preditivo nos sistemas desenvolvidos, garantindo a integração de energias renováveis e melhorando a eficiência energética dos edifícios públicos para a sua transformação em Edifícios de Balanço Energético Zero (nZEB).
O projeto IMPROVEMENT prevê a realização de 2 fábricas piloto para implementar e validar os novos desenvolvimentos.
Fase A: Teste de soluções passivas
As soluções e estratégias passivas desempenham um papel fundamental na conceção dos Edifícios de Balanço Energético Zero (nZEB), uma vez que afetam diretamente as cargas aplicadas aos sistemas mecânicos e elétricos dos edifícios, e indiretamente, o esforço para a produção de energia renovável.
Fase B: Teste de soluções ativas
Para diminuir a procura energética dos edifícios, além de implementar soluções e estratégias passivas, os edifícios devem também contar com a melhoria da eficiência energética dos sistemas, neste caso o sistema de iluminação artificial e de ar condicionado (bomba de calor).
Fase C: Produção local de energias renováveis
Depois de terem sido tomadas todas as medidas necessárias para reduzir a procura energética do edifício, o último passo é a integração de sistemas renováveis na microrrede para a produção local de energia.
Armazenamento de energia: a gestão eficiente da energia renovável requer sistemas que armazenem a energia produzida e permitam a sua utilização mediante a procura.
Fase Final: Configuração de microrredes e controlo DSM
Através do estabelecimento de uma monitorização detalhada e sensores inteligentes IoT, é conseguida uma gestão correta e eficiente da energia através da obtenção de informações sobre o funcionamento das instalações do edifício e os parâmetros de controlo, permitindo ações de otimização.
Resultados do projeto
O IMPROVEMENT permitirá alcançar os seguintes resultados:
- Melhoria da autonomia energética dos edifícios públicos existentes através de sistemas híbridos de armazenamento, mesmo em condições climáticas extremas.
- Aumentar a eficiência energética dos edifícios públicos com a integração de técnicas de Balanço Energético Zero (nZEB), e sistemas de arrefecimento e aquecimento baseados em energias renováveis com armazenamento térmico.
- Desenvolvimento de microrredes resistentes a falhas utilizando inversores com controlo ativo do neutro para garantir a qualidade do abastecimento na presença de cargas sensíveis (equipamentos de alta tecnologia).
- Demonstração em edifícios públicos reais (e replicáveis).
- Desenvolver estratégias regionais e planos de implementação.
- Além disso, como resultado do projeto, e com a colaboração das empresas parceiras, será elaborado um plano de negócios para a comercialização da tecnologia desenvolvida.
O IMPROVEMENT irá desenvolver soluções alinhadas com o estabelecido no mesmo eixo prioritário 3 - Economia de Baixo Carbono, do programa SUDOE, implementando as seguintes soluções:
Eficiência energética
A maior parte do consumo de energia deste tipo de edifícios deve-se a necessidades de aquecimento e arrefecimento. Normalmente, os combustíveis fósseis são utilizados para cobrir esta energia de conforto. O IMPROVEMENT irá desenvolver uma tecnologia para produção de frio/calor com energia solar e armazenamento térmico, bem como a inclusão de técnicas nZEB.
Integração de energias renováveis
O projeto prevê um abastecimento de energia 100% renovável nestes edifícios, tanto no modo ligado à rede como no modo fora da rede, em caso de queda de tensão na rede de abastecimento elétrico, sem que o sistema de fornecimento energético perturbe a qualidade do abastecimento, garantindo assim que não sejam causados danos aos equipamentos de alta tecnologia (equipamento médico, científico ou tecnológico). A inovação baseia-se em dois aspetos:
AUTONOMIA EM CASO DE FALHA DA REDE ELÉTRICA. Os geradores são normalmente utilizados como sistemas de apoio. Para o fazer através de baterias, seriam necessárias grandes salas para as alojar, pelo que a densidade energética do hidrogénio será utilizada para garantir a autonomia em espaços reduzidos.
QUALIDADE DO FORNECIMENTO. Isto será assegurado através do desenvolvimento de uma rede de sensores inteligentes IoT ligados a inversores com controlo ativo do neutro para minimizar os desequilíbrios de energia e harmónicos.
Gestão inteligente da energia
O sistema de gestão de energia será baseado em técnicas de controlo preditivo fundamentadas no modelo MPC (Model Predictive Control) com os seguintes objetivos:
VIDA ÚTIL DO SISTEMA DE ARMAZENAMENTO. A intermitência e a flutuação dos sistemas de energia renovável provocam danos às baterias e aos sistemas de hidrogénio que diminuem a sua vida útil. Para melhorar a competitividade económica destes sistemas, serão hibridizados com supercapacitores, o que minimizará os processos de degradação.
MAXIMIZAR A UTILIZAÇÃO DAS ENERGIAS RENOVÁVEIS. O objetivo é demonstrar que o consumo 100% renovável pode ser alcançado tanto dentro como fora da rede.
Políticas regionais
O projeto prevê o desenvolvimento de políticas regionais para minimizar as emissões de gases com efeito de estufa e assegurar um consumo 100% renovável em edifícios públicos, tanto ligados à rede como fora da rede elétrica principal.