En la actual situación climática y ante la ineludible necesidad de abordar el extraordinario reto de hacer realidad, en las próximas tres décadas, un cambio radical de modelo energético que permita alcanzar la neutralidad en carbono para el año 2050, la producción conjunta de calor, frio y electricidad, lo que se conoce como un sistema de poligeneración, ofrece muy significativas ventajas y oportunidades viables para reducir las emisiones contaminantes, mejorar la eficiencia energética y favorecer el uso e integración de fuentes de energía renovable con bajo impacto ambiental y costes asumibles. El diseño y desarrollo de estos sistemas es una de las principales líneas de investigación del Grupo de Ingeniería Térmica y Sistemas Energéticos (GITSE), perteneciente al Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A - http://i3a.unizar.es/) de la Universidad de Zaragoza.

Además del reto climático al que se enfrenta el planeta, existe un reto económico para la sociedad. Los costes de la energía y sus fluctuaciones asociadas a conflictos o situaciones coyunturales de baja disponibilidad de los recursos fósiles crean una situación de incertidumbre económica, llegando en algunos casos a imposibilitar el acceso a los servicios energéticos que garanticen las condiciones de confort y habitabilidad en edificios residenciales o la producción de determinados productos en la industria. Por ello, los sistemas descarbonizados que no requieren de combustibles fósiles y que aprovechan el sol como fuente de energía pueden contribuir notablemente a la reducción de la incertidumbre económica y a garantizar el acceso a los servicios energéticos a un coste asumible y no fluctuante.

El proyecto TRIGENSOL, financiado por la AEI en la convocatoria de RETOS 2020, estudia la forma de aprovechar la energía solar para producir de forma más eficiente los servicios energéticos que se requieren tanto en sistemas residenciales como en la industria. El proyecto parte de la premisa ya conocida en la que la producción conjunta de calor, frio y electricidad, basada en una integración energética adecuada, es más eficiente que su producción por separado. Por un lado, se consigue que los equipos funcionen de forma más eficiente y además se posibilita el mayor aprovechamiento de los recursos renovables como es el sol.

Tanto en los edificios como en la industria, las necesidades de calor, frio y electricidad no son simultáneas, por ello el almacenamiento de la energía térmica producida (calor o frio) y de la electricidad son necesarios en los sistemas en los que se producen conjuntamente. Además, en el caso de la energía solar térmica, el almacenamiento del calor solar captado del sol permite extender su uso a horas nocturnas o en las que ya no se recibe la energía del sol con tanta intensidad. A pesar de la existencia de este almacenamiento, es necesario disponer de otra fuente de energía para los días/horas en los que las condiciones meteorológicas sean más adversas. En el proyecto TRIGENSOL se usa la biomasa como recurso renovable para apoyar la producción en estas circunstancias.

Tanto el coste económico como el impacto ambiental, que recoge efectos como el uso de materias primas, la energía y contaminación producidas en la fabricación de los equipos y también el consumo de energía y recursos durante la operación del sistema, están relacionados con qué componentes y de qué tamaño se instalan. Por este motivo, resulta crítico establecer qué equipos y de qué tamaño permiten cubrir las necesidades de electricidad, calor y frío, reduciendo al mínimo dicho impacto ambiental, con un coste asumible. A su vez, se busca también establecer la operación horaria que contribuye a reducir al mínimo el impacto ambiental con un coste asumible. En el proyecto TRIGENSOL se desarrollan códigos matemáticos que permiten tomar estas decisiones. Para poder desarrollar estos códigos, es necesario conocer los modos de operación de los equipos y su operación integrada. Por ello, el proyecto TRIGENSOL desarrolla prototipos experimentales para poder verificar dichos códigos.

Los casos de estudio escogidos en el proyecto TRIGENSOL para demostrar el potencial de estos sistemas son un caso de sector comercial-residencial, por ejemplo, un barrio residencial con un centro comercial y un caso de la industria agroalimentaria.

Como resultado del proyecto se espera poder demostrar el potencial de los sistemas de producción conjunta de calor, frio y electricidad empleando el sol como principal recurso energético para evitar las emisiones de CO2 asociadas a estos servicios energéticos con un coste tanto de inversión como de operación asumible y estable. Para ello se pretende disponer de una herramienta robusta y fiable que nos permita decidir los equipos y tamaños que instalar y la operación para aplicar en otros casos.