En esta revisión se discutirán la mayoría de las fuentes de calor disponibles para implementar una red de calefacción urbana, haciendo mención al calor residual procedente de las centrales eléctricas (incluyendo centrales nucleares), calor obtenido a través de energía solar, calor excedente de las industrias, bombas de calor, motores de gas, calderas, incinedadoras de residuos y calderas de biomasa. Ninguna de estas fuentes de calor son excluyentes entre sí, pudiéndose considerar las mismas como complementarias en la implementación de una red de calefacción urbana.
Se discutirá el almacenamiento de calor en grandes tanques de agua (ésta es una práctica habitual en muchos esquemas de calefacción urbana). Su uso posibilita la absorción de la energía eólica sobrante a través de bombas de calor o a través de una resistencia calefactora y su posterior transporte a los clientes a través de tuberías. Además, dicho almacenamiento posibilita también que la planta de cogeneración genere durante períodos de escasez de viento y almacene el calor residual hasta que sea necesario, maximizándose de este modo los beneficios económicos.
Es preciso indicar que los costes del almacenamiento térmico es claramente inferior a los que se incurrirían con una central hidroeléctrica reversible y que un almacenamiento masivo (con el objeto de suministrar la energía eléctrica almacenada a los consumidores) implicaría una inversión significativa en la actualización de la red eléctrica de distribución, no siendo éste el caso para la electricidad que se almacene en forma de calor en acumuladores térmicos.
Finalmente se analizará la tecnología de refrigeración urbana y cómo ésta puede formar parte de un sistema de calefacción urbana, discutiéndose por otra parte cómo se puede transmitir el frío/calor y los probables costes incurridos en el transporte y almacenamiento del mismo.
Índice de contenidos
INTRODUCCIÓN
FUENTES DE CALOR DISPONIBLES PARA LA CALEFACCIÓN URBANA
FUENTES DE CALOR ACTUALES PARA CALEFACCIÓN URBANA EN LA UNIÓN EUROPEA
CALOR RESIDUAL INDUSTRIAL
CALEFACCIÓN URBANA SOLAR
CALOR PROCEDENTE DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA
CALDERAS AUXILIARES
CALDERAS DE BIOMASA
COGENERACIÓN CON PEQUEÑOS MOTORES DE GAS
GRANDES BOMBAS DE CALOR PARA CALEFACCIÓN URBANA
CALOR RESIDUAL PROCEDENTE DE CENTRALES NUCLEARES
UTILIZACIÓN CONJUNTA DE DIFERENTES FUENTES DE CALOR
ALMACENAMIENTO TÉRMICO EN ACUMULADORES EN SISTEMAS DE CALEFACCIÓN URBANA
ALMACENAMIENTO ELÉCTRICO Y ALMACENAMIENTO TÉRMICO
BENEFICIOS DEL ALMACENAMIENTO TÉRMICO EN LA OPERACIÓN DE LAS PLANTAS DE COGENERACIÓN
DIAGRAMAS DE LA CONEXIÓN DEL ALMACENAMIENTO TÉRMICO EN REDES DE CALEFACCIÓN
REFRIGERACIÓN URBANA
INTRODUCCIÓN
SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO GRATUITO
REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN
REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN
COMPARACIÓN ENTRE LOS COSTES DE LA REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN Y LA REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN
TRIGENERACIÓN
TECNOLOGÍA DE TRANSPORTE DE CALOR A GRAN ESCALA
DISTRIBUCIÓN DE CALOR EN SISTEMAS DE CALEFACCIÓN URBANA MODERNOS
PERFILES DE CARGA Y DIMENSIONADO DE PLANTAS DE COGENERACIÓN
PERFIL TÍPICO DE CARGA PARA SISTEMAS DE CALEFACCIÓN URBANA
DIMENSIONADO DE SISTEMAS DE COGENERACIÓN Y SU IDONEIDAD EN REDES DE CALEFACCIÓN URBANA EN LA UNIÓN EUROPEA
CONCLUSIONES
Objetivos y temas de la investigación
El presente documento tiene como objetivo principal realizar una revisión exhaustiva de las diversas fuentes de calor disponibles para implementar redes de calefacción urbana de baja temperatura en la Unión Europea. La investigación busca analizar las ventajas, limitaciones, costes y mejores prácticas para integrar fuentes como el calor residual industrial, la energía solar térmica, la geotermia y la cogeneración, con el fin de mejorar la seguridad energética y optimizar la eficiencia de los sistemas de distribución térmica.
- Fuentes de energía renovables y calor residual para calefacción urbana.
- Estrategias de almacenamiento térmico en grandes acumuladores.
- Tecnologías de refrigeración urbana y su integración en sistemas de trigeneración.
- Optimización del transporte de calor a gran escala y redes modernas de distribución.
- Perfiles de carga y criterios técnicos para el dimensionado de plantas de cogeneración.
Auszug aus dem Buch
Calor residual industrial
Existen muchas industrias que requieren una gran cantidad de calor a una temperatura elevada para llevar a cabo diversas tareas entre las que se pueden incluir desde fundir metales o fabricar cemento hasta aquellas que lo necesitan en menor medida como es el caso de industrias de procesado de alimentos, elaboración de cervezas, fármacos (PHILIBERT, 2006) y fabricación de ladrillos de silicato de calcio que requieran de vapor a baja presión (KAKHIA, 2012). A menudo los productos (bien sea el hierro, el cemento, los alimentos o medicinas) requerirán un proceso de enfriamiento que inevitablemente provocará un rechazo de este calor a la atmósfera (para ello es necesario el empleo de ventiloconvertores o intercambiadores de calor localizados bien sea en ríos o en torres de refrigeración donde el agua se evapora para proporcionar este frío) (SKAGESTAD, 2001).
Por ejemplo, en la fabricación de vidrio flotado solamente el 8.1% de la energía utilizada es empleada en reacciones endotérmicas de fusión, pudiéndose en principio emplear una parte del calor liberado durante su producción en redes de calefacción urbana (VAN LIMPT, 2009).
Existen diversas tecnologías que incrementan la eficiencia térmica de las plantas y disminuyen el calor emitido hacia la atmósfera o agua de río pero debido a la ley de los rendimientos decrecientes inevitablemente se llegará a un punto en el que no merezca la pena (desde una perspectiva económica) incrementar la eficiencia del sistema (PETCHERS, 2003), llegando a ser más adecuado invertir en la reutilización del calor residual en redes de calefacción urbana que el intentar incrementar la eficiencia de la planta.
Resumen de capítulos
INTRODUCCIÓN: Presenta la importancia de diversificar las fuentes energéticas en la UE para incrementar la seguridad energética y detalla las principales procedencias de energía térmica disponibles.
FUENTES DE CALOR DISPONIBLES PARA LA CALEFACCIÓN URBANA: Analiza diversas fuentes como el calor residual industrial, energía solar, geotermia y biomasa, destacando que son complementarias entre sí.
ALMACENAMIENTO TÉRMICO EN ACUMULADORES EN SISTEMAS DE CALEFACCIÓN URBANA: Discute las ventajas del almacenamiento térmico para desacoplar la producción de electricidad y calor, y su papel en el aumento de la eficiencia económica.
REFRIGERACIÓN URBANA: Explora las tecnologías de enfriamiento gratuito, compresión y absorción, además de la trigeneración como medio para aprovechar el calor en la producción de frío.
TECNOLOGÍA DE TRANSPORTE DE CALOR A GRAN ESCALA: Examina el desarrollo de sistemas de tuberías preaisladas y su viabilidad económica para transportar calor a largas distancias.
DISTRIBUCIÓN DE CALOR EN SISTEMAS DE CALEFACCIÓN URBANA MODERNOS: Detalla las tendencias hacia temperaturas de suministro más bajas y el uso de contadores de calor para optimizar la eficiencia y facturación.
PERFILES DE CARGA Y DIMENSIONADO DE PLANTAS DE COGENERACIÓN: Analiza cómo se determina la capacidad de los sistemas de cogeneración en función de la demanda pico y el uso de calderas de respaldo.
CONCLUSIONES: Recopila los hallazgos clave sobre la viabilidad técnica y económica de las redes de calefacción urbana en Europa y las mejores prácticas detectadas.
Palabras clave
Calefacción urbana, Calor residual, Cogeneración, Energías renovables, Almacenamiento térmico, Refrigeración urbana, Eficiencia energética, Redes de calor, Geotermia, Biomasa, Emisiones de CO2, Seguridad energética, Transporte de calor, Bombas de calor, Trigeneración.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es el enfoque principal de esta investigación?
El estudio se centra en revisar las fuentes de energía y las mejores prácticas tecnológicas para implementar redes de calefacción urbana de baja temperatura en la Unión Europea, buscando optimizar la eficiencia y reducir la dependencia de recursos energéticos individuales.
¿Qué fuentes de calor se consideran para la calefacción urbana?
Se analizan fuentes como el calor residual de plantas eléctricas y centrales nucleares, energía geotérmica, solar, biomasa, incineradoras de residuos y calor excedente industrial, enfatizando que pueden utilizarse de forma complementaria.
¿Cuál es la función del almacenamiento térmico en este contexto?
El almacenamiento permite desacoplar la producción de calor de la generación de electricidad, facilitando el uso de energía eólica sobrante y mejorando la rentabilidad económica al operar las plantas de cogeneración en periodos de precios favorables.
¿Qué metodología destaca el documento para las redes de distribución?
El documento aboga por la transición hacia redes de baja temperatura, el uso de tuberías preaisladas y sistemas modernos de control y medición que permitan maximizar la eficiencia térmica y prolongar la vida útil de las infraestructuras.
¿Qué diferencia existe entre refrigeración por absorción y por compresión?
Mientras que la compresión es más barata en términos de inversión inicial, la refrigeración por absorción aprovecha el calor residual, lo que la hace más eficiente en términos de factor de recurso primario y emisiones de CO2.
¿Por qué se consideran los perfiles de carga en el diseño de plantas?
Son esenciales para dimensionar correctamente la planta de cogeneración, evitando sobredimensionar la capacidad y optimizando el uso de calderas de respaldo para cubrir las demandas pico durante los periodos más fríos del año.
¿Qué beneficios aporta la conexión directa frente a la indirecta en edificios?
La conexión directa elimina el coste del intercambiador de calor y permite una operación más eficiente a temperaturas más bajas, aunque requiere sistemas de control adicionales para garantizar la seguridad frente a fugas y presiones.
¿Qué relación existe entre el aislamiento térmico y la calefacción urbana?
El estudio sugiere que, en muchos casos, invertir en una red de calefacción urbana con bajo contenido de carbono es más rentable y efectivo para la reducción global de emisiones de CO2 que priorizar el aislamiento masivo de edificios existentes.
- Quote paper
- Enrique Rosales Asensio (Author), 2015, Revisión de las fuentes de calor utilizables en las redes de calefacción urbana de baja temperatura, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/303353
