Proyecto ENSURE (transición ecológica en zonas rurales)

Aumento del nivel de penetración de la generación distribuida en el medio rural con la ayuda de la electrónica de potencia y los sistemas de almacenamiento, considerando el aumento de cargas eléctricas derivadas de elementos como los vehículos eléctricos o la calefacción eléctrica. La realización de un control coordinado de los elementos de la red en el contexto de las comunidades energéticas rurales, así como la implantación de baterías de segunda vida para dar soporte a la red en zonas rurales.

Objetivos específicos

• Análisis de la máxima penetración de FV y eólica, con la inclusión del vehículo eléctrico, nuevos elementos de almacenamiento y su control para llegar al desarrollo eléctrico total (OE1).
• Validación de los modelos de simulación con un conjunto de simulaciones en el laboratorio de carga de vehículos eléctricos y su impacto en la red del Instituto Circe (OE2).
• Estudio de la conexión de baterías de segunda vida en redes rurales para dar soporte a la integración de EERR. Para ello se realizará un modelo de celdas de litio para diagnosticar su envejecimiento, diagnóstico y punto óptimo de uso en su aplicación a las cargas requeridas (OE3).

Aprovechamiento sostenible de la biomasa para su uso directo, como apoyo a la calefacción y el agua caliente sanitaria y la producción adicional de electricidad, así como su uso indirecto en la producción de carbón activado para diversas aplicaciones industriales de interés económico.

Objetivos específicos

• Desarrollo de un modelo físico-químico del proceso de activación con CO2 y vapor de agua en la producción de biocarbono activado (OE4). Ello hará posible la predicción de la evolución de la estructura porosa de un material carbonáceo de biomasa en función de sus propiedades intrínsecas y de las condiciones del proceso.
• Análisis experimental de la integración de una caldera apta para quemar diferentes tipos de biomasa con un motor Stirling, y en particular el efecto del ensuciamiento en el receptor de calor del motor y sus pérdidas asociadas de rendimiento (OE5).
• Integración del sistema de calefacción en una casa típica del entorno rural con aerotermia en condiciones desfavorables de baja insolación alta humedad relativa (niebla) y bajo recurso eólico, donde se prevé necesario incluir una caldera para cubrir la demanda (OE6).

Objetivos específicos

• Identificar posibles cuellos de botella en el suministro de los materiales esenciales para la implementación de las tecnologías renovables en zonas rurales (OE7).
• Cuantificación de la huella material de las tecnologías propuestas y comparación con el escenario BAS (business as usual) (OE8).
• Evaluación del impacto de las soluciones propuestas en el proyecto en forma de cohesión territorial y promoción local del cambio ambiental regional en términos socioeconómicos, usando indicadores como la calidad y cantidad el empleo generado (OE9).

El PT1 se ocupa de la gestión eficiente del proyecto, asegurando el progreso según el presupuesto y el cronograma. La gestión de riesgos y la orientación estratégica general del proyecto están integradas en el PT1. También incluye tareas de administración del proyecto, cumpliendo con todas las obligaciones de informes.

Responsables PT1: F. Javier Uche (JU) y Julio J. Melero (JM).

Tarea 1.1 Gestión, aseguramiento de la calidad y evaluación de riesgos.

Tarea 1.2 Actividades de difusión y explotación.

Periodo de implementación: T1-T8 (8 trimestres + 3 de ampliación).

Hitos y entregables:

• H1.1: Sitio web del proyecto (T2).
• E1.1: Informe de difusión del proyecto: artículos de revistas, actas de conferencias, notas de prensa y otros eventos en los que se participó (T8+3).
• E1.2: Informe administrativo completo (cumplimiento de objetivos, tareas finalizadas, justificación de costos, T8+3).

Este PT corresponde a los tres primeros objetivos específicos (SO) perseguidos en el proyecto ENSURE. La tarea 2.1 corresponde a los objetivos específicos SO1 (incluyendo tres subtareas principales) y SO2, y se desarrolla brevemente a continuación.

Responsable PT2: María Paz Comech (MC).

Tarea 2.1 Integración de recursos energéticos distribuidos en redes rurales:

• Subtarea 2.1.a Análisis de los límites de penetración de energías renovables y cargas eléctricas (VE y calefacción) en redes rurales.
• Subtarea 2.1.b Aumentar la penetración de ER y cargas eléctricas mediante la inclusión de nuevos elementos en la red: sistemas de almacenamiento y D-FACTS de 4 ramas.
• Subtarea 2.1.c Mejorar la penetración de ER y cargas eléctricas mediante estrategias de control coordinadas.

El segundo objetivo específico (SO2) tiene solo una subtarea asociada:

• Subtarea 2.1.d Validación experimental

En cuanto al objetivo específico del estudio del uso de baterías de segunda vida en redes rurales (SO3), se propone una tarea con cuatro subtareas.

Tarea 2.2 Evaluación del uso de baterías de segunda vida en redes rurales:

• Subtarea 2.2.a Modelado de celdas de litio.
• Subtarea 2.2.b Envejecimiento de celdas de litio.
• Subtarea 2.2.c Diagnóstico del estado de la celda.
• Subtarea 2.2.d Evaluación de la aplicación óptima de la celda.

Periodo de implementación: T1-T8+3.

Hitos y entregables:

• H2.1: Modelado y simulación de redes rurales, definición de escenarios de integración para las diferentes tecnologías (T4+2)
• H2.2: Caracterización del envejecimiento de celdas de batería en vehículos eléctricos (T6+3)
• E2.1: Informe técnico: Integración de generación renovable y cargas eléctricas en la red rural (T7+3).
• E2.2: Informe técnico: Aplicaciones de baterías de segunda vida en redes rurales (T8+3).

Participantes: José Sanz (JS), Julio J. Melero (JM), María Paz Comech (MC), Juan Luis Villa (JV).

Este PT está dedicado al primer objetivo específico relacionado con la biomasa (SO4), la caracterización de materiales renovables (biomasas de diferente origen) como materia prima para la producción de carbón con nanoestructura (carbón activado), y en sus destacadas aplicaciones, se planifican tres actividades.

Responsable PT3: Cristóbal Cortés (CC).

Tarea 3.1 Experimentos a escala piloto en laboratorio, con determinación analítica integral de propiedades.

Tarea 3.2 Desarrollo de un modelo predictivo de las propiedades significativas del carbón activado.

Tarea 3.3 Estudios de aplicaciones directas y concomitantes.

Periodo de implementación: T1-T8 (+3).

Hitos y entregables:

• H3.1: Modelo confiable y extrapolable sobre la formación de biochar (T6).
• H3.2: Modelo experimentalmente validado como el propuesto en H3.1 (T7+1).
• E3.1: Informe teórico con los principales desafíos encontrados en el modelado e investigación sobre biochar a base de biomasa (T7+3).
• E3.2: Informe final sobre las aplicaciones del biochar en el marco del proyecto (T8+2).

Participantes: Cristóbal Cortés (CC), Antonia Gil (AG), Inmaculada Arauzo (IA), Javier Pallarés (JP).

Este PT se centra en los objetivos específicos SO5 y SO6 e incluye dos tareas.

Responsable PT4: Sergio Usón (SU).

Tarea 4.1 Integración de la demanda de energía (caldera de biomasa con motor Stirling):

• Subtarea 4.1.a Modelado de un ciclo Stirling según las especificaciones de una caldera de biomasa comercial existente de 25 kW_th.
• Subtarea 4.1.b El motor se instalará en la caldera y utilizará el mismo circuito de refrigeración.

Tarea 4.2 Integración de la demanda de calefacción (análisis del rendimiento de bombas de calor y calderas de biomasa):

• Subtarea 4.2.a Modelado de una vivienda típica en un entorno rural bajo diferentes tipologías climáticas.
• Subtarea 4.2.b Análisis del rendimiento de sistemas de bombas de calor en condiciones ambientales adversas (por ejemplo, alta humedad) o dificultad de suministro eléctrico estable (sin contribución renovable).

Período de implementación: T1-T8(+3).

Hitos y entregables:

• M4.1: El motor Stirling está en funcionamiento. (T5+1).
• M4.2: Pruebas de la caldera de biomasa con el motor Stirling completadas. (T7+1).
• D4.1: Informe detallado de las principales pruebas experimentales del motor Stirling (T8+3).
• D4.2: Informe final con los principales resultados obtenidos con la simulación integrada de la bomba de calor y la caldera de biomasa en condiciones meteorológicas reales (T8+3).

Participantes: Sergio Usón (SU), Javier Uche (JU), Amaya Martínez (AM).

Además de las tareas asociadas a las actividades técnicas, experimentales y de simulación, hay dos tareas transversales del proyecto que se describen brevemente aquí.

Responsable PT5: Alicia Valero (AV).

Tarea 5.1 Impacto socioeconómico de las medidas y soluciones propuestas por el proyecto.

Tarea 5.2 Análisis de la huella de materiales.

Periodo de implementación: T1-T8(+3)

Hitos y entregables:

• H5.1: Panorama actualizado del entorno rural español y su camino hacia la descarbonización (T6+2).
• H5.2: Inventario de datos reales para realizar la MF del proyecto (T7+2).
• E5.1: Informe del proyecto sobre el impacto económico, laboral y de género del proyecto en las áreas rurales españolas (T7+3).
• E5.2: Informe detallado de la MF del proyecto (T8+2).

Participantes: Eva Llera (EL), Sabina Scarpellini (SS), Jesús Valero (JV) y Miguel Marco (MM) en la tarea 5.1;  Alicia Valero (AV), Antonio Valero (AV) y Jorge Torrubia en la tarea 5.2