Eficiencia energética: instrumento habilitador hacia un sistema de energía neutro en carbono

De entre su lista de Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) para 2030, la ONU destaca los objetivos relacionados con la “Energía asequible y no contaminante” y la “Acción por el clima”, en los que la energía se posiciona como motor de cambio hacia la descarbonización de la actividad mundial, a través del uso de combustibles no fósiles y fuentes renovables, así como la necesidad de tomar medidas urgentes para abordar la emergencia climática. La combinación de estos dos objetivos refuerza, una vez más, el compromiso global de la sociedad con la eficiencia energética y su necesidad para conseguir un cambio general.

Por su parte, la Unión Europea apuesta por reconstruir la economía del continente a través del Pacto Verde Europeo (European Green Deal) con el objetivo de caminar hacia una transición ecológica y alcanzar la neutralidad climática en 2050, transformando la UE en una sociedad sostenible y próspera.

Muchos sectores de actividad, entre los que se encuentra el sector de la edificación, se ven afectados por este proceso de descarbonización. Los informes de la Unión Europea evidencian que dicho sector es el responsable de aproximadamente el 40% del consumo energético y del 36% de las emisiones de CO₂ durante el tiempo de uso de la vivienda ya construida. Por otro lado, casi el 70% de las viviendas existentes en Europa son energéticamente ineficientes al presentar escasas medidas de conservación energética orientadas a ese fin. De este 70%, el 30% son viviendas con más de 50 años de antigüedad que requerirían intervenciones de rehabilitación y mejoras en su estructura o gestión para poder alcanzar valores de consumo energético acordes a lo dispuesto en la directiva Europea de Eficiencia Energética en la Edificación (EPBD – Energy Performance of Buildings Directive).

En consecuencia, y con la finalidad de contribuir eficazmente al objetivo climático global, el parque edificatorio existente debe experimentar una profunda transformación y volverse más inteligente y eficiente.

Para hacer frente a este reto, la aplicación de tecnologías habilitadoras que permitan favorecer e incrementar el uso eficiente de la energía en la edificación es fundamental, entendiendo estas tecnologías como soluciones que permiten reducir la cantidad de energía que es requerida por un edificio para ser construido o rehabilitado, habitado, mantenido y demolido. Dichos habilitadores se posicionan como elementos clave hacia una reducción de emisiones de carbono a la atmósfera, fomentando así el tránsito hacia un modelo energético más eficiente y menos contaminante.

El centro tecnológico Cartif es consciente de esta situación, y desde sus inicios ha destinado recursos humanos y técnicos para la investigación y el desarrollo de proyectos que guíen a la sociedad hacia la descarbonización, la sostenibilidad y la neutralidad climática.

Para poder canalizar todos estos puntos con mayor eficacia, Cartif cuenta con un equipo investigador y un área específica para ponerlo en valor: el área de Eficiencia Energética. Este área pone a disposición de organismos y empresas la aplicación de soluciones TIC (internet de las cosas, Inteligencia Artificial, Big Data, BIM, blockchain) para la digitalización y gestión energética eficiente y sostenible de los edificios. A través de la digitalización y el modelado del edificio, incluida la creación de gemelos digitales, el área contribuye a la generación de edificios más inteligentes, capaces de anticiparse a las necesidades de sus usuarios y de automatizar procesos de manera eficiente. En consecuencia, los propios usuarios están más informados, y son capaces de entender cómo funcionan sus edificios y de poder tomar decisiones más precisas y consensuadas.

Las líneas de investigación sobre las que se sustenta el área son:

1. Adquisición de datos y desarrollo de procesos de automatización.
2. Digitalización del edificio y generación de gemelos digitales.
3. Estrategias avanzadas e inteligentes para la gestión, operación y mantenimiento de edificios basados en AI/ML/DL que permiten la generación de sistemas de ayuda a la toma de decisiones.
4. Aplicación de la tecnología blockchain en el ámbito energético.

Cartif lleva más de 15 años desarrollando proyectos en el ámbito de la eficiencia energética. Desde 2010 su participación en proyectos financiados por la UE ha ido incrementándose, contando en la actualidad con un importante número de proyectos en este ámbito.

Uno de los proyectos europeos que ha puesto en valor las soluciones de Cartif en eficiencia energética ha sido el proyecto Matrycs (Modular Big Data Applications for Holistic Energy Services in Buildings). Financiado por el programa europeo H2020, Matrycs se ha encargado de definir y desplegar una arquitectura de referencia para el intercambio, gestión y procesado en tiempo real de datos de edificios. Dicha arquitectura es capaz de albergar un conjunto de analíticas basadas en datos de aplicación a la gestión energética eficiente de edificios a distinta escala (edificio, distritos, ciudades e incluso regiones).

Los resultados de Matrycs se han validado en once pilotos de gran escala, centrando la demostración en la generación de gemelos digitales, en la mejora de la operación de los edificios, en su diseño e infraestructura, en la evaluación de políticas europeas y nacionales, y la financiación de soluciones de eficiencia energética.

Por otro lado, en mayo de 2023 comenzó su actividad el proyecto BuildON (Affordable and digital solutions to Build the next generatiON of smart EU buildings), proyecto financiado por el programa Horizonte Europa. BuildON surge con el objetivo de conseguir edificios más inteligentes capaces de mejorar su rendimiento energético, tanto en el ámbito residencial como terciario, considerando diferentes zonas climáticas y múltiples y heterogéneos sistemas energéticos. Para ponerlo en práctica, el proyecto cuenta con cinco demostradores ubicados en Valladolid (España), Helsinki (Finlandia), Gdynia (Polonia), Moret Loing et Orvanne (Francia) y Atenas/Tesalónica (Grecia).

Con el fin de ayudar a construir la “nueva generación de edificios inteligentes de la UE”, BuildON pretende desarrollar una solución genérica y altamente replicable para ofrecer funcionalidades de control óptimo en edificios dotados de inteligencia. La digitalización, junto con el nivel de preparación inteligente del edificio en sus diferentes dominios (en línea con el marco SRI – Smart Readiness Indicator), constituyen las bases de actuación para ofrecer soluciones asequibles, adaptables, fáciles de instalar y próximas al mercado. A través de este proyecto se pretende dar un paso más en la transición energética hacia un sistema energético integrado y basado en energías renovables, en el que usuario juega un rol principal.

Las herramientas de transformación inteligente de BuildON facilitarán la integración de sistemas y tecnologías heterogéneas, y ofrecerá funcionalidades para supervisar (Monitor), evaluar (Assess), predecir (Predict) y optimizar (Optimise) de forma continua el rendimiento del edificio (servicios MAPO). Además, se ofrecerán interfaces amigables para ocupantes y gestores de edificios, que podrán interactuar con los edificios para simular su comportamiento y controlar sus sistemas.

BuildON surge con el objetivo de conseguir edificios más inteligentes capaces de mejorar su rendimiento energético, tanto en el ámbito residencial como terciario.

Como novedad, el área de eficiencia energética participa desde el 2019 en proyectos en los que se aplica la tecnología blockchain en el ámbito energético para garantizar el origen de la energía producida, o hacer confiable la compartición energética entre pares.

En términos de consumo y gestión energética, el autoconsumo de energía es una tendencia cada vez más en alza que permite al usuario explotar la energía solar fotovoltaica que él mismo produce. Esta tendencia hacia el autoconsumo ha motivado la aparición de nuevos modelos de mercado eléctrico, entre los que se encuentran las comunidades energéticas. Tecnológicamente, estas comunidades permiten utilizar redes Peer To Peer (P2P) para trazar de forma totalmente segura y transparente los intercambios de energía que realicen los usuarios de la comunidad energética. De esta forma, un usuario productor utiliza la energía que genera y, en caso de tener excedente, puede vender energía a otro miembro de la misma comunidad, formando así activos distribuidos y nuevos pequeños agentes de energía (microgrids).

En este contexto, Cartif implementa y utiliza la tecnología blockchain en:

1. Sistemas inteligentes de compra y venta de energía cifrado con tecnología blockchain.
2. Blockchan-based performance contracts.
3. Plataforma Marketplace basada en blockchain para contabilizar y ejecutar transacciones de energía en comunidades energéticas.