El potencial técnico de las bombas de calor grandes e industriales

El potencial técnico de las bombas de calor grandes e industriales

Se considera que las bombas de calor son grandes si superan los 100 kW de potencia. Pueden alcanzar fácilmente el rango de uno a varios megavatios y las unidades más grandes proporcionan 35MW en una sola máquina.

Latecnología de bombas de calor disponible en la actualidad puede proporcionar calor hasta 100°C con una diferencia entre la temperatura de la fuente y la del sumidero de aproximadamente 50 K por etapa. El uso de bombas de calor para aplicaciones por encima de los 100 °C sigue siendo un reto. Aunque se conocen los principios subyacentes y existen prototipos para estos niveles de temperatura, todavía no están disponibles en productos estándar. El nivel actual de los proyectos de investigación y desarrollo, así como el creciente interés de los nuevos actores por entrar en el segmento de las bombas de calor de gran tamaño, deja espacio para el optimismo. Se esperan nuevos y mejores productos en el mercado.

Al no existir soluciones para aplicaciones de bombas de calor para niveles de temperatura superiores a 150°C, este segmento no se ha incluido en la evaluación actual del potencial.

Teniendo esto en cuenta, se evaluaron los datos disponibles de Eurostat para determinar el potencial de aplicación de las bombas de calor en la industria.

Los datos de 2012 para la UE-28 revelan que la industria utiliza 3200 TWh de energía final y tiene una demanda de calor de aproximadamente 2000 TWh. La figura 2 muestra la división de esta demanda de calor.

Figura 2: Distinción de la demanda de calor en la industria por sector y rango de temperatura. [1]

Esta evaluación revela un potencial prácticamente alcanzable para las bombas de calor en el rango de temperaturas de hasta 100 °C de 68 TWh, principalmente en las industrias química, papelera, alimentaria/tabaco y maderera (véanse las barras sombreadas en azul en la figura 2). Si se añaden los sectores del agua caliente y la calefacción de espacios, se obtienen otros 74 TWh (véanse las barras sombreadas en naranja en la figura 2). Con el progreso técnico, se puede acceder a un potencial adicional de 32 TWh en el rango de temperaturas de 100 a 150°C (véase la barra azul más oscura de la fig. 2). En total, las bombas de calor pueden suministrar 174 TWh o el 8,7% de toda la demanda de calor de la industria. Los rangos de temperatura más altos mostrados en gris en el gráfico anterior siguen siendo inaccesibles para la tecnología de las bombas de calor.

El resultado de esta evaluación muestra el potencial realista de las aplicaciones de las bombas de calor. El potencial técnico es mucho mayor, pero a menudo no puede aprovecharse plenamente debido a consideraciones prácticas. Un análisis más refinado, basado en modelos, realizado por Wolf y Blesl llega a la conclusión de que el potencial técnico del uso de las bombas de calor en la industria de los 28 Estados miembros de la UE es de 1.717 PJ (477 TWh), de los que sólo 270 (75 TWh) o el 15% son accesibles si se aplican consideraciones económicas y prácticas. [1]

Por tanto, el enfoque basado en modelos conduce a un mayor potencial técnico, pero a un potencial económico mucho menor.

Los principales factores que influyen en la perspectiva económica del funcionamiento de las bombas de calor son

• El coste de los combustibles fósiles
• El coste de la electricidad
• El tipo de interés
• Eficiencia del sistema de bombas de calor
• Disponibilidad simultánea de suministro y demanda de calor, demanda simultánea de calefacción y refrigeración
• Diferencias en los costes de inversión.

El ahorro de costes de funcionamiento por el uso de la bomba de calor es posible si el coste relativo de los combustibles fósiles y la electricidad es menor que la eficiencia del sistema de la bomba de calor. Con un precio de la energía bastante distorsionado, esto es cada vez más difícil, ya que muchos gobiernos recuperan el coste de la ecologización del sistema eléctrico a través del propio coste de la electricidad. Al mismo tiempo, el precio de los combustibles fósiles no refleja el impacto medioambiental negativo de su uso. Así, el coste relativo del suministro de calor apunta a favor de los combustibles fósiles.

Figura 3: Potencial de las bombas de calor industriales en la UE-28 [2]

Dado que existe una relación directa entre la reducción de la demanda de energía y las emisiones de CO2, la ampliación del potencial económico de la reducción de la demanda también reducirá las emisiones de CO2 del sector industrial. El estudio concluye un potencial total de reducción de las emisiones de CO2 de 86,2 Mt, de las cuales 21,5 Mt (25%) son económicamente viables.

Obstáculos, retos y oportunidades

Los principales obstáculos que limitan el uso de la bomba de calor en la industria son los siguientes

• Exigencias extremas en cuanto al retorno de la inversión, a menudo no se aceptan más de 2 años. Esto se complica aún más por el precio comparativamente bajo de la energía fósil.
• La aversión al riesgo, en particular frente a las bombas de calor, que no son de confianza, sino que se perciben como una tecnología nueva y no probada.
• La escasa o nula disponibilidad de ejemplos de buenas prácticas que puedan generar confianza en las nuevas soluciones.
• Obstáculos estructurales en la industria, como el elevado coste de las transacciones para la conversión de los procesos, ya que muchos de los antiguos procesos se basan en el vapor, o la necesidad de integrar las competencias y las responsabilidades para adoptar una perspectiva sistémica con el fin de optimizar energéticamente los procesos industriales y las aplicaciones comerciales.

Elpotencial de ahorro energético y de reducción de CO2 de las bombas de calor en las aplicaciones industriales sigue sin utilizarse en gran medida. La creación de condiciones políticas más favorables permitirá invertir esta tendencia. Estas condiciones incluyen

• Añadir una señal de precio al uso de combustibles fósiles
• Reducir la carga de los impuestos y gravámenes sobre la electricidad cada vez más limpia
• Ofrecer tipos de interés bajos y garantías de préstamo a las inversiones en eficiencia energética que utilicen tecnologías de bajas emisiones de carbono, como las bombas de calor
• Aumentar la investigación y el desarrollo de soluciones estandarizadas de bombas de calor para los sectores industriales identificados
• Proporcionar más ejemplos de buenas prácticas.

Es necesario un esfuerzo conjunto de los responsables políticos y de la industria para desarrollar el potencial técnico y económico de las aplicaciones de las bombas de calor en la industria. Es necesario que ambos tiren de la misma cuerda (y en la misma dirección) para liberar plenamente el potencial.

Nota sobre la Asociación Europea de Bombas de Calor (EHPA) aisbl: Este artículo forma parte del folleto "Bombas de calor a gran escala en Europa", resultado del trabajo realizado en el grupo de trabajo sobre bombas de calor industriales y comerciales de la EHPA. Si tiene alguna pregunta sobre el uso de las bombas de calor en las áreas de aplicación presentadas o en otras, póngase en contacto con el presidente, Eric Delforge, a través de la secretaría de la asociación en info@ehpa.org.

Enlace web: http://www.ehpa.org/

Las mejores ideas para la eficiencia energética

Fuentes: [1] Wolf, S.; Blesl, M.: Cuantificación basada en modelos de la contribución de las bombas de calor industriales a la estrategia europea de mitigación del cambio climático. En: 2016: Actas de la Conferencia de ECEEE sobre eficiencia industrial 2016. Berlín, 12.-14.09.2016. Estocolmo, 2016