ahorro

Celsius, un proyecto caliente caliente

0
El sistema eléctrico no es el mayor consumidor de energía en la Unión Europea. Tampoco el transporte. Es el calor, al que debemos casi el 50% del total del consumo energético en Europa. Hasta hace varios años este sector había sido olvidado no solo por las empresas de energía (excluyendo las de países como Dinamarca y Suecia), sino también por los responsables políticos. Sin embargo, en los últimos años el sector térmico ha tomado fuerza y proyectos como Celsius lo demuestran. El autor de este artículo es Aldo Armando Pérez Rodarte, que trabaja en el proyecto.
Celsius, un proyecto caliente caliente
Centro de almacenamiento térmico en Rotterdam, Holanda.

Celsius es un proyecto financiado por la Comisión Europea y por compañías del sector energético de cinco países. El consorcio de colaboradores está formado por más de 20 entidades del ámbito publico, privado y académico. Las ciudades socias del proyecto son: Gotemburgo (Suecia), Londres, Colonia (Alemania), Rotterdam (Holanda) y Génova (Italia). El proyecto se centra en la  integración de diferentes fuentes de calor residual en  los sistemas de calefacción urbanos. El argumento principal es que si se recuperara todo el calor que está siendo desperdiciado se podría abastecer la demanda total de calefacción y agua caliente de todos los edificios del continente.

Dentro del proyecto también se pueden encontrar plantas generadoras de calor con fuentes renovables como la biomasa y la solar. Aunque en menor grado, dentro de Celsius se prueban y difunden tecnologías con bajo o nulo impacto ecológico para la climatización de edificios. Un ejemplo de esto es la utilización del agua del mar en Gotemburgo y en Rotterdam para el suministro de aire acondicionado. En total, diez tecnologías están siento probadas en las ciudades antes mencionadas.

Cada tecnología es llamada demostrador y demuestra cómo se puede aprovechar el calor residual de diferentes fuentes, por ejemplo, la construcción de una red de 26 km de conductos de agua caliente, que conecta una planta incineradora de residuos a la principal red de distribución de agua caliente del centro de Rotterdam. Esta red principal abastece de calor y agua sanitaria a residentes, comercios, industrias y edificios municipales.

Plantas piloto en Suecia
Gotemburgo es la ciudad líder del proyecto debido a su gran experiencia en recuperación de calor residual y a su gran porcentaje de utilización de redes de calefacción urbana. Desde los años 50 la ciudad empezó a construir redes de calor urbanas basadas en el petróleo. Con la crisis petrolera en los 70 se buscaron alternativas para poder asegurar el abastecimiento de sus clientes. En la actualidad, la red de distrito de Gotemburgo está casi libre de combustibles fósiles, solo utiliza el gas natural. En Celsius la empresa Göteborg Energie muestra no solo proyectos de recuperación de calor, sino también fuentes alternativas para la refrigeración, como el agua del mar.

Los tres nuevos proyectos presentados en Celsius son la implementación de almacenamiento de calor utilizando la estructura de los edificios; la utilización de la red de distrito para el abastecimiento de calor del crucero Stena Line; y por último también para el abastecimiento de electrodomésticos.

El Stena Line navega diariamente entre Gotemburgo y la ciudad danesa de Hamina. El barco pasa la noche –aproximadamente seis horas– en el puerto, donde tradicionalmente se utilizaban generadores eléctricos y térmicos para cubrir la demanda energética. Antes de Celsius el puerto ya contaba con conexiones eléctricas para los barcos. Sin embargo, la demanda térmica para calefacción y agua caliente, así como para el calentamiento y precalentamiento de los motores aún se hacía por medio de calderas diésel.

Otra posibilidad de aprovechar los beneficios ecológicos y económicos de la red de calefacción urbana es conectando electrodomésticos que tengan una demanda térmica como  las lavadoras, secadoras o lavavajillas. Gotenborg Energie ha instalado hasta ahora 181 equipos de lavado. Para conectar las máquinas de lavado a la red de calefacción es necesario tener una entrada de agua caliente. Hoy en día son muchos los fabricantes que han dejado de producir este tipo de maquinas de lavado, ya que la mayoría utiliza una resistencia eléctrica para calentar el agua. Este problema se ha presentado ya antes en Reino Unido, donde no es posible encontrar máquinas capaces de aprovechar el agua proveniente de colectores solares térmicos.

Recuperación de calor de aguas residuales
En Colonia la red de aguas residuales tiene una longitud de 2.400 km y su tratamiento se lleva a cabo en cinco plantas distribuidas por la ciudad. La temperatura promedio del agua oscila entre los 12,5 y los 21,5° C. Estudios previos demuestran que es posible extraer de 2 a 3 grados de calor del agua y proveer a consumidores que se encuentren cerca de la red de drenaje. La empresa local Rheinenergie presentó este proyecto para ser desarrollado en Celsius.

Las tres plantas de recuperación de calor de la red que fueron construidas en tres distritos de Colonia (Porz-Wahn, Mulheim y Nippes) utilizan la misma tecnología, pero no los mismos métodos. Las plantas en Wahn y en Mülheim emplean un sistema de recuperación de calor indirecto, es decir que por medio de un intercambiador de calor adaptado al canal de agua residual, logran extraer calor y llevarlo hasta las bombas de calor. La tercera planta en el distrito de Nippes no utiliza intercambiador de calor, sino que por medio de un sistema especial de limpieza bombea directamente el agua del canal hacia las bombas de calor. Utilizando un ciclo de compresión, las bombas de calor elevan la temperatura del agua extraída del canal hasta 55–60° C. Esta se almacena en un tanque de agua caliente para después abastecer la demanda térmica de las escuelas.

Los tres sistemas instalados son bivalentes, es decir, que tienen dos tecnologías diferentes para la producción de calor. El segundo generador es una caldera que utiliza como combustible gas natural, y que suministra los picos de demanda de calor y sirve como respaldo. El calor producido por ambos generadores se almacena momentáneamente en tanques de agua caliente de diferentes capacidades. En 2015 la planta en Wahn logró recuperar 286 MWh mientras que la planta de Mülheim llegó a los 237 MWh. Las reducciones de CO2 fueron en la planta de Wahn de 33 toneladas y en la planta de Mulheim de 24. Además la energía primaria que se ahorró fue de 289 MWh y 216 MWh respectivamente. La planta en Nippes aún no cumple un año de continua operación para poder cuantificar los ahorros energéticos y la reducción de emisiones.

Almacenamiento y bombas de calor en Islington, Londres
En Londres ya ha sido instalada la bomba de calor que extraerá el calor de los túneles del metro. Y es que debido a la cantidad de trenes que se han puesto en circulación en las últimas décadas, el calor concentrado en el subsuelo puede ser, incluso en invierno, de hasta 30° C. Proviene en su mayoría de la fricción del frenado de los trenes, y el corto espacio en los túneles londinenses no permite instalar sistemas de aire acondicionado. En este proyecto piloto, la solución innovadora que se está implementando es la utilización de un ventilador que enviará el calor por los conductos de ventilación a la bomba de calor, que utilizará ese calor para calentar agua a mayor temperatura. Posteriormente la inyectará en una de las redes de calor del distrito de Islington.

Otra innovación que se está implementando es el enfriamiento de subestaciones eléctricas con la misma tecnología (recuperando el calor por medio de bombas de calor). El calor producido por esta segunda bomba también será inyectado a la red de calefacción urbana, donde ya se encuentra conectado con un sistema de cogeneración junto con un almacenamiento térmico.

El almacenamiento es clave pues le otorga la flexibilidad necesaria para equilibrar la producción y la demanda. La disponibilidad de calor residual de ambas fuentes pueden variar, según la temperatura ambiental, lo que resulta en tiempos de producción más eficientes que otros. Los de más alta eficiencia se pueden aprovechar con la disponibilidad de dicho almacenamiento.

Otro factor que hace también fundamental el uso del almacenamiento térmico son las crecientes producciones de generación intermitente de renovables en Europa y en Gran Bretaña.  En el mes de mayo de 2016 por primera vez desde 1882 se dejó de producir electricidad por medio de carbón. Es posible que en los próximos años nos encontremos en ocasiones con excesos de electricidad verde en la red, y es aquí donde las bombas de calor con almacenamientos térmicos podrán ayudar al sistema a ajustar la demanda y la producción del sistema eléctrico, mientras que abastecerán de calor limpio las redes urbanas de calefacción y agua caliente. Por último, la unidad de cogeneración en la red es la única fuente de producción controlable y para lograr un alto rendimiento depende de las demandas simultáneas de calor y electricidad.

Como se mencionó antes, las más frecuentes variaciones de energía renovable en el sistema eléctrico provocan tiempos de operación  más inciertos para la unidad de cogeneración. El almacenamiento térmico permite al sistema abastecer de calor a la red aun cuando la unidad se encuentra fuera de operación y también le permite guardar y así aprovechar el calor en tiempos de generación eléctrica sin demanda térmica. Así el almacenamiento de calor se vuelve fundamental para la eficiencia energética y la integración de renovales.

Almacenamiento y recuperación de calor en Rotterdam, Holanda
Otra fuente de calor residual son las plantas de incineración de residuos.  En la ciudad de Rotterdam, Holanda, esta planta se encuentra a 26 km del centro de la red de calor urbano por la que se decidió construir una red de conductos que captura el agua caliente que la planta desecha y la transporta hasta el llamado “heat hub”, un tanque de almacenamiento de agua caliente con capacidad de 150 MWh que une la nueva red de recuperación de calor residual con la principal red de calefacción urbana de la ciudad.

De esta manera la planta abasteció a la red de calor urbano con 3.186 MWh de calor recuperado. Lo que se significa 4.110 MWh de ahorro de energía primaria. El equipo de bombeo utilizado para el transporte y distribución del agua caliente no genera emisiones extras de CO2 ya que la empresa tiene certificados de compra de energía eólica de parques cercanos a la ciudad. Además de los beneficios ecológicos, esta nueva planta también incrementará la capacidad pico del sistema, aumentará la seguridad del abastecimiento energético y servirá como fuente de reserva en caso de fallo de alguna de las plantas.

Turboexpansor en Génova, Italia
En Génova, Italia, la quinta ciudad socia del proyecto, está por terminar la instalación de una de las tecnologías más innovadoras en el proyecto Celsius. La planta consiste en recuperar la energía mecánica producida en la despresurización que el gas natural sufre cuando pasa de la red nacional de transmisión a la red local de distribución de la ciudad.

Anteriormente, esta energía no se recuperaba, dejándose escapar en válvulas en el proceso estándar de laminación. En este proceso de expansión del gas, la presión se reduce de 24 bares a 6 bares. Además de la despresurización del gas con el acoplamiento del turboexpansor se estima que este producirá 2.800 MWh de electricidad al año. Para el proceso de expansión es necesario también aumentar la temperatura del gas, ya que esta disminuye cuando es expandido. Para esto se incluyó en el proyecto una unidad de cogeneración que proveerá del calor necesario para el proceso y el resto se utilizará en la demanda local de los edificios del parque industrial.

Con el acoplamiento de la unidad de cogeneración se estima la producción de 2.300 MWh extras de electricidad por año, por lo que en total la reducción de emisiones anuales estimada es de 1.090 toneladas de CO2.

Mucha información
Todo el conocimiento generado en las plantas piloto es recopilado y analizado por investigadores de diferentes universidades y centros de investigación de las cinco ciudades antes mencionadas. Durante el segundo y tercer año del proyecto Celsius se han escrito decenas de artículos de todos los temas incluidos en el proyecto, como redes urbanas de baja temperatura, almacenamiento térmico y sus beneficios, bombas de calor, diferentes fuentes de calor residual, casos de estudio sobre otras plantas en Europa utilizando tecnologías similares, etc. No solo se han escrito temas técnicos, también artículos de aspecto social y político como los modelos de negocio, reglamentos y políticas, mejores prácticas en las estrategias de las ciudades, recomendaciones para normas, lecciones aprendidas y modelos para replicar cada proyecto.

Toda esta información necesita ser difundida y catalizada de la mejor manera, para esto se ha desarrollado un portal en internet llamado Celsius Toolbox, que categoriza y facilita el acceso de la información. Todos los artículos están accesibles desde la herramienta Celsius Roadmap, que facilita al usuario la navegación sobre la plataforma, y provee de una manera sencilla y estructurada cada uno de los temas.

Sus tres principales áreas son “creating the market”, que se refiere a la red y el mercado del calor urbano; “production”, donde se encuentran todos los artículos sobre las diferentes fuentes renovables y de recuperación de calor dentro del proyecto; y por último la sección “optimization”, que cubre los temas relacionados con la mejora y optimización de las tecnologías.

Las herramientas “technical toolbox” y “social toolbox” muestran los árticulos técnicos y sociales del proyecto  mientras que la herramienta “demonstrators” lista todas las plantas piloto investigadas dentro de Celsius. Aquí se pueden encontrar artículos sobre el monitoreo y el rendimiento de las plantas. Y sobre los principales obstáculos y las lecciones aprendidas durante la construcción y operación de las plantas. Por último, la herramienta “celsius cities” sirve para dar seguimiento a las actividades en cada una de las ciudades que forman parte de Celsius .

Y es que uno de los objetivos más importantes del proyecto era reclutar 50 ciudades europeas que estén interesadas en pertenecer a Celsius. Hasta ahora 64 ciudades de diferentes partes de Europa han firmado una carta donde se  comprometen con el apoyo de Celsius a poner en marcha acciones en temas englobados dentro del proyecto. 220 cuentas privadas se han abierto ya para el acceso a la plataforma Toolbox que servirá para la toma de la información surgida del proyecto, así como para la participación y creación en eventos creados por Celsius como workshops y seminarios online.

Ciudades que forman parte de Celsius: Aberdeen, Antwerp, Bergamo, Birmingham, Bolzano, Bonn, Bristol, Bydgoszcz, Cagliari, Chemnitz, Copenhagen, Delft, Dublin, Dundee, Dusseldorf, Edimburgo, Enfield, Exeter, Ferrara, Frankfurt, Main, Gdynia, Gent, Glasgow, Granollers, Greenwich, Groningen, Guidonia, Montecelio, Haringey, Helsingborg, Helsinki, Inverness, Issy-les Moulineaux, Krakow, Leeds, Leiden, Leipzig, Lille, Limoges, Ljubljana, Lund, Lyon, Manchester, Manisa, Merton, Mikkeli, Oslo, Parkstad Limburg, Pijnacker-Nootdorp Reggio Emilia, Riga, San Sebastián, Stirling, Stoke-on-Trent, Tallin, The Hague, Tilburg, Torino, Turku, Valladolid, Warsaw, Westland, Viladecans, Vilnius, Zaanstad.

Añadir un comentario
Baterías con premio en la gran feria europea del almacenamiento de energía
El jurado de la feria ees (la gran feria europea de las baterías y los sistemas acumuladores de energía) ya ha seleccionado los productos y soluciones innovadoras que aspiran, como finalistas, al gran premio ees 2021. Independientemente de cuál o cuáles sean las candidaturas ganadoras, la sola inclusión en este exquisito grupo VIP constituye todo un éxito para las empresas. A continuación, los diez finalistas 2021 de los ees Award (ees es una de las cuatro ferias que integran el gran evento anual europeo del sector de la energía, The smarter E).