Las redes de calefacción urbana pueden ahorrar energía gracias a las innovaciones desarrolladas por H-DisNet, un proyecto europeo del programa Horizonte 2020 que ha demostrado nuevas redes de fluidos termoquímicos que reducen las pérdidas térmicas mientras transportan y almacenan calor. Esta tecnología puede reducir el consumo de energía entre un 30 y un 50%.
El objetivo en Europa es reducir el consumo de energía e impulsar el uso de sistemas inteligentes de calefacción y refrigeración de distrito y la integración de energías renovables, calor residual y almacenamiento. En este contexto, bajo la coordinación de la Universidad KU Leuven (Bélgica) y con un presupuesto de 2,7 millones de euros, el proyecto H-DisNet mostró en emplazamientos de Berlín, Zúrich y Newcastle cómo las redes termoquímicas pueden facilitar el uso de calor a baja temperatura que de otro modo se desperdiciaría. Otras aplicaciones incluyen procesos de deshumidificación, calefacción y enfriamiento en la industria, y de aire acondicionado eficiente de edificios.
El proyecto H-DisNet contribuye a la próxima generación de redes de energía de distrito que desarrollan la tecnología de red termoquímica (TC), que aprovecha el alto potencial químico de los procesos de absorción para el transporte y almacenamiento de energía sin pérdidas. La innovación de H-DisNet, proyecto finalizado en diciembre de 2019, es el desarrollo de una tecnología de absorción abierta que permite aprovechar las fuentes de calor alejadas de la ubicación del servicio, así como los cambios de tiempo entre el uso de la calefacción y el servicio.
En Zúrich se demostró un nuevo sistema de distribución y control de aire energéticamente eficiente en un gran invernadero comercial; en Berlín nuevas formas de calentar, enfriar, deshumidificar y limpiar el aire en los edificios; y en Newcastle se mostró el potencial para vincular las soluciones H-DisNet con diferentes tecnologías, incluidas fuentes de calor residual, bombas de calor, redes de distrito y almacenamiento de energía.
Nuevo concepto de distribución de aire en invernadero
El gran invernadero comercial especializado en orquídeas Swissorchid, ubicado en Wangen, cerca de Zúrich (Suiza), fue el emplazamiento elegido para demostrar un nuevo sistema de distribución y control de aire energéticamente eficiente.
ZHAW, uno de los socios del consorcio del proyecto, probó el uso del potencial térmico a alta temperatura para la regeneración en combinación con un sistema de control de aire a baja temperatura. Probó un sistema de control de aire basado en el proceso de absorción, con una mejora significativa en el consumo de energía.
El sistema inyecta el aire acondicionado debajo de los cultivos. Esta configuración permite ahorrar energía porque ya no es necesario tratar el aire de todo el invernadero para alcanzar las condiciones requeridas, solo el aire de los cultivos. Además de un gran ahorro de energía, el sistema permite crear diferentes zonas climáticas en el propio espacio del invernadero, asociando un absorbedor para cada mesa que requirió diferentes condiciones de aire por los distintos cultivos.
El año pasado, el invernadero energéticamente eficiente de Zúrich recibió el premio Watt d’Or 2020 del Gobierno suizo al mejor proyecto de tecnología energética.
Aumento de la calidad del aire y de la eficiencia energética
El estudio de caso de Berlín demostró nuevas formas de calentar, enfriar, deshumidificar y limpiar el aire en los edificios. Los socios del proyecto Watergy GmbH y TU Berlin se centraron en la tecnología del lado de la demanda de la red termoquímica híbrida.
El trabajo de demostración e investigación incluyó áreas como el calentamiento, deshumidificación y limpieza del aire con una solución salina líquida en contacto directo con el aire ambiente, o el uso de la energía solar a partir del aire húmedo de la fachada urbana o invernaderos en azoteas, entre otros.
Aumentar la calidad del aire y la eficiencia energética en los edificios fue el objetivo de las nuevas medidas. En total, se alcanzó una mejora adicional del 30% de la eficiencia energética, y un incremento adicional total del 50% mediante el uso añadido de colectores solares de aire o invernaderos urbanos.
Demostrador de gestión térmica
Demostrar el potencial para vincular las soluciones H-DisNet con diferentes tecnologías -incluidas fuentes de calor residual, bombas de calor, redes de distrito y almacenamiento de energía- fue el objetivo de la instalación de prueba de Newcastle. Se desarrolló en hardware un demostrador de red termoquímica híbrida inteligente a escala de laboratorio en el Swan Centre de la Universidad de Newcastle (Reino Unido).
Esta red incluyó un acoplamiento virtual a fuentes térmicas como un sistema de calefacción de distrito y una red de gas, un sistema combinado de calor y energía renovable con paneles solares térmicos y fotovoltaicos instalados, así como bombas de calor y tecnología integrada de almacenamiento de energía.
La red se utilizó para simular una aplicación potencial del mundo real para una red híbrida. El demostrador replicó los perfiles de carga típicos de usuarios residenciales de alta energía como supermercados, gimnasios, piscinas, o el proceso industrial de línea de retorno de una red de calefacción urbana convencional.
Otras demostraciones
El proyecto europeo H-DisNet desarrolló varios estudios de caso para evaluar el potencial de la solución H-DisNet a través del modelado y la simulación, centrándose en una evaluación económica y ambiental para determinar el potencial de la aplicación y orientar el desarrollo de la tecnología.
Uno de ellos fue la red de distrito de calefacción urbana en Hasselt (Bélgica), demostración en la que se concluyó que la tecnología desarrollada tiene potencial para la reducción del consumo de energía primaria y del coste para el usuario final. H-DisNet demostró ser una solución viable en el transporte a larga distancia del excedente de calor entre el suministro y centros de demanda (50 km en Hasselt), donde el distrito convencional de calefacción no resulta práctico o económicamente es mucho menos atractivo.
Por otro lado, la reducción del consumo de energía en el taller de pintura de carrocerías era el principal reto para Nissan UK. El análisis preliminar mostró altos beneficios de la tecnología H-DisNet en términos de ahorro de energía para calefacción, humidificación, refrigeración, deshumidificación y defectos de pintura de los vehículos.
Y otro estudio de caso fue el del interconector HVDC Moyle entre Escocia e Irlanda del Norte. El proyecto se basó en la cuantificación de las fuentes de calor disponibles y la evaluación de las mejores tecnologías para su uso y recuperación. El objetivo principal era la recuperación de calor residual para el aire acondicionado de la sala de válvulas de tiristores. Entre las conclusiones destacó la capacidad de eliminación de humedad de H-DisNet, atractiva para el estudio de caso de Moyle.
Tecnología H-DisNet
La tecnología H-DisNet permite el transporte y almacenamiento del potencial energético sin pérdidas térmicas, lo que hace que el exceso de calor y las energías renovables no utilizadas estén disponibles en lugares distantes y en diferentes momentos y, como consecuencia, aumente la eficiencia energética primaria y reduzca los costes de energía. Utilizando el exceso de calor, la tecnología puede reducir la demanda de energía primaria y los costes del usuario final para el calor del espacio, refrigeración, control y reducción de la humedad. Además, la recuperación de calor para calefacción y refrigeración está integrada en la tecnología, mejorando aún más la eficiencia energética.
En el proyecto H-DisNet se desarrollaron nuevos modelos de simulación para respaldar el análisis de la solución HDisNet, así como de otros sistemas, y se llevaron a cabo nuevas estrategias y herramientas para planificar redes termoquímicas y garantizar que puedan interactuar con las redes de energía inteligentes modernas. En definitiva, se desarrollaron diferentes demostraciones proporcionando datos que pueden ser utilizados por empresas, responsables políticos e investigadores.