Este año la undécima edición del Congreso Internacional de la Bioenergía, que se celebra el próximo miércoles 27 de septiembre en Valladolid como parte de Expobiomasa, mira claramente al futuro desde su título: Bioenergía 4.0. Retos y oportunidades. Sus organizadores tienen claro que, ante una demanda de energía en aumento y la necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, “los pilares para lograrlo son mejorar la eficiencia de los sistemas de generación y distribución energética y seguir incrementando el uso de fuentes renovables”. Y ahí aparecen las redes de calor y frío de cuarta generación (RC4G).
Junto al concepto y desarrollo de herramientas disponibles para implantar la industria 4.0 en las pequeñas y medianas empresas (pymes), el uso de medidores inteligentes y su integración en la gestión energética y otras soluciones tecnológicas disponibles, las RC4G tendrán un peso específico en el congreso, principalmente de la mano de investigadores daneses, que son sus impulsores más destacados.
Dinamarca, la cuna
“A diferencia de las tres primeras generaciones, el desarrollo de las RC4G implica superar el reto de edificios más eficientes energéticamente, así como ser parte integrante de la operación de sistemas inteligentes de energía, incluidas redes de electricidad, gas y energía térmica”.
Esta afirmación está sacada de uno de los artículos científicos (es de 2014) más citados a la hora de hablar de este tipo de redes: «4th Generation District Heating (4GDH): Integrating smart thermal grids into future sustainable energy systems». Está liderado por miembros de la Universidad de Aalborg (Dinamarca), principal foco de investigación en este país, y desde el principio sienta las bases del cambio radical que conlleva la implantación.
Redes inteligentes
En la definición final de las RC4G el mismo artículo subraya que se trata de”un concepto tecnológico e institucional coherente que, mediante redes térmicas inteligentes, ayuda al desarrollo adecuado de sistemas energéticos sostenibles”. Es decir, las redes de calor tendrán sentido si se integran dentro de otros sistemas de producción, conducción y consumo de energía. Esto permitiría, entre otras cosas, que el mismo sistema que produce calor en invierno, produzca frío en verano.
Añaden además que “suministran calor a edificios de bajo consumo de energía y con bajas pérdidas en la red, de manera que el uso de fuentes de calor de baja temperatura se integra con el funcionamiento de sistemas de energía inteligentes”. Nuevas aportaciones: lo primero es contar con edificios de baja demanda energética, bajar la temperatura en la conducción e integrarla en redes inteligentes.
Desde la Asociación Española para la Valorización Energética de la Biomasa (Avebiom), organizadores de Expobiomasa y del congreso de bioenergía, “las redes de tercera generación son las que están vigentes desde los años setenta del pasado siglo, siguiendo el modelo de tecnología escandinava y que emplean agua caliente presurizada a unos 100ºC”. Destacan que las siguientes serán “redes de baja temperatura para calefacción y agua caliente sanitaria, a unos 30–70ºC, frente a esos 100ºC”.
Bajas pérdidas de calor
Avebiom también insiste en las “bajas pérdidas de distribución de calor en la red, de manera que el uso de fuentes de calor de baja temperatura (renovables y calor residual procedente de procesos industriales y edificios comerciales) esté integrado en la operación de los sistemas de energía inteligentes”.
Por último, en la definición incluida en el artículo liderado por los científicos de la Universidad de Aalborg se habla de otro punto clave: “el concepto implica el desarrollo de un marco institucional y organizativo para que se consigan unos costes adecuados y la motivación necesaria”.
La reforma de la directiva europea de energías renovables, con la aplicación de los criterios de sostenibilidad a la biomasa y el biogás, la implementación efectiva de la directiva de eficiencia energética y el desarrollo de la Estrategia de la Unión Europea referida a la Calefacción y la Refrigeración ayudarían a crear ese marco. En dicha estrategia se menciona que “algunas industrias (además de centrales eléctricas, servicios e infraestructuras como el metro) generan calor como subproducto, mucho más del que podría ser reutilizado en plantas o vendido para calentar los edificios en las proximidades”.
Aprovechar calores residuales
Para la CE, “los obstáculos a la utilización de estos recursos son la falta de sensibilización y de información sobre su disponibilidad; de incentivos y modelos empresariales inadecuados; y de redes de calor y de cooperación entre la industria y las empresas de calefacción urbana”.
La Comisión también es consciente de que las redes, sistemas de medición, hogares y edificios inteligentes, la autogeneración y el almacenamiento térmico y eléctrico deben promoverse mediante un diseño de mercado moderno. Por este motivo se compromete a estudiar la adopción de normas para integrar el almacenamiento térmico (en edificios y calefacción urbana) en mecanismos de equilibrio y flexibilidad de la red.
Otras propuestas de la CE son “incentivar la participación de la ciudadanía en el mercado por medio de la producción y el consumo de electricidad descentralizados; el consumo de energías renovables en la producción de calor, incluida la cogeneración; y la adopción de soluciones de construcción de edificios inteligentes, sistemas y aparatos plenamente interoperables”.
Cómo explotar el potencial español
Con este desarrollo e impulso institucional es posible que se exploten de manera adecuada las potencialidades que se expusieron durante la presentación del último censo de redes de climatización a cargo de la Asociación de Empresas de Redes de Calor y Frío (Adhac). Miguel Manrique de Lara, jefe del Departamento de Transformación de la Energía del IDAE, realizó una exposición centrada en la “evaluación completa del potencial de uso de la cogeneración de alta eficiencia y de los sistemas urbanos de calefacción y refrigeración eficientes”.
La principal conclusión de Manrique de Lara fue que “la implementación del potencial coste eficiente supondría un 13,6 por ciento de la demanda de calor y frío en el año base (2013) con una inversión total asociada de 32.242 millones de euros”.
Se han tenido en cuenta soluciones tecnológicas asociadas a la biomasa, biogás, geotermia, solar térmica, cogeneración de alta eficiencia y calor residual de centrales térmicas de generación eléctrica, de plantas de valorización energética de residuos y de la industria (cemento, vidrio, hierro y acero, aluminio, metalurgia y fundición).
El resultado del potencial técnico y económico sitúa por delante de todas a la biomasa, con 38.000 gigavatios hora (31.800 en calefacción y agua caliente sanitaria y 6.200 en refrigeración). La cogeneración, con 33.000 gigavatios hora ocupa el segundo puesto. Según el propio IDAE, se estima que, partiendo de datos del año 2013, la demanda térmica para calefacción y agua caliente sanitaria en España es de 408.019 gigavatios hora y para refrigeración de 51.818. Red Eléctrica de España sitúa la demanda de energía eléctrica en 2016 en 250.266 gigavatios hora (GWh).
Bioeconomía y economía circular
Este potencial que se asocia a la biomasa tiene mucho que ver con el papel que desempeñan en la actualidad las redes de calor. Según los datos de Adhac, la biomasa se mantiene como la principal fuente de energía utilizada por las redes de climatización, al sumar 218 de las 225 aportadas por las renovables y de las 306 totales censadas.
El biogás, la geotermia y el calor residual, con dos cada una, y una híbrida entre biomasa y fotovoltaica completan el reparto renovable. A pesar de estos datos, el gas sigue ganando en potencia, ya que casi monopoliza las redes de calor y frío o solo frío.
Oddgeir Gudmundsson, director de Danfoss, multinacional danesa que, entre otros campos, trabaja en el desarrollo y venta de sistemas de ahorro y eficiencia energética, considera que “a pesar de que algunos aspectos del concepto de RC4G se aplican hoy en día en redes existentes, se espera que la implementación general o el período de mejor tecnología disponible sea a partir del año 2020”.
El empresario danés incide en que “el concepto de red de calor tiene que ser visto como una parte integrada del futuro sistema de energía inteligente, incluyendo también las redes de refrigeración, electricidad y gas, así como los sistemas HVAC (siglas en inglés de calor, ventilación y aire acondicionado) de edificios.
Centro de Investigación 4DH
Está claro que el potencial estimado por el IDAE vendrá de la mano principalmente de las redes de cuarta generación y, como se ha visto, es principalmente Dinamarca quien comanda los avances e innovaciones en este campo. Allí se ha establecido el Centro de Investigación 4DH (de district heating), en una colaboración que presentan como única entre la industria, las universidades y el sector público para investigar el potencial y desarrollar dichas instalaciones.
Su impulsor es el Fondo de Innovación de Dinamarca, que prepara en Copenhague la celebración de la tercera conferencia sobre sistemas inteligentes de energía y redes de calor de cuarta generación. Tendrá lugar los días 12 y 13 de septiembre.
Aseguran que “4DH ha creado un enfoque y conocimiento sobre el futuro potencial de las RC4G dentro de la industria de calefacción urbana. Los sistemas y tecnologías RC4G jugarán un papel im– portante en futuros sistemas energéticos sostenibles rentables y probablemente sustituirán la importación de combustibles fósiles y crearán empleos y crecimiento económico en Dinamarca y en Europa”.
Vitoria–Gasteiz como ejemplo
Entre los ejemplos de redes que van en la dirección de la cuarta generación que se citan en el centro 4DH está el proyecto SmartEnCity del programa Horizonte 2020 de la Unión Europea, en el que participa el Ayuntamiento de Vitoria Gasteiz. En la presentación del mismo, este mismo verano, se hizo hincapié en la importancia de la participación ciudadana en los procesos de información e implantación de las redes, destacando así la necesaria implicación de la sociedad civil en estos procesos. Posiblemente así se evitaría el rechazo que empiezan a provocar entre la población afectada algunas redes de calor.
En SmartEnCity se plantea la rehabilitación integral del barrio de Coronación y, en línea con el concepto de RC4G, aparte de la creación de una red de calor con biomasa se busca la rehabilitación energética básica de entre 750 y 1.313 viviendas, desarrollar infraestructuras integradas eléctricas y térmicas; impulsar la movilidad sostenible con la introducción de tecnologías limpias en el parque de vehículos; y el despliegue de tecnologías de la información y la comunicación (TIC) y regeneración del espacio urbano con la renovación de calles y plazas”.
Suecia: 60 por ciento del calor con redes
Por otro lado, un estudio del pasado año de investigadores de las universidades suecas de Lund y Halmstad, hablaban también del potencial de las redes dentro de uno de los países igualmente avanzado en la materia. Las redes de calor satisfacen aproximadamente el 60 por ciento de la demanda de calor en los edificios suecos y más de dos tercios del suministro se basa en biomasa y residuos. “La biomasa por sí sola representa aproximadamente la mitad del suministro de calor”, apostillan.
Pero si la biomasa quiere mantener este papel relevante en el futuro, afirman que deberá afrontar su posible desvío hacia otras producciones: combustibles para el transporte, productos químicos y plásticos. Para los autores, “las redes de calor deben entonces concentrarse en reciclar el calor de estos nuevos procesos de transformación competitivos”.
Cuadro 1
Principales características de las redes de calor y frío de cuarta generación
• Capacidad para utilizar calor renovable y calor residual producido a partir de fuentes de energía de baja temperatura.
• Capacidad para integrarse en los sistemas de energía inteligentes. • Redes de baja temperatura para calefacción y agua caliente sanitaria (agua caliente a baja temperatura 30–70ºC frente al agua caliente presurizada por debajo de los 100 ºC de las redes de tercera generación).
• Control inteligente del calentamiento de edificios y de los picos de consumo.
• Bajas pérdidas en las redes de distribución.
• Menores dimensiones de las tuberías de distribución.
• Mejora de los materiales de aislamiento de las tuberías de distribución.
• Control y medición inteligente del rendimiento de la red.
• Abastecimiento a edificios de baja consumo de energía.
Cuadro 2
Las bajas temperaturas y el combate de la legionela
La legionela es una bacteria que crece en el agua a temperaturas comprendidas entre los 30 y los 50 grados centígrados (ºC), se puede transmitir a través de los sistemas de conducción de aire acondicionado y agua caliente sanitaria (ACS) y provoca enfermedades que derivan incluso en neumonías. Una de las principales características de las redes de cuarta generación es alcanzar un mayor rendimiento energético a temperaturas bajas, entre 30 y 70ºC, precisamente en las que se desarrolla la legionela.
Los expertos consideran que la temperatura ideal del suministro de calefacción estaría por debajo de 40°C con suelo radiante y de 50°C con radiadores. “Sin embargo, al reducir la temperatura del ACS se deben tener consideraciones especiales en el aspecto higiénico con respecto a la bacteria legionela”. Así se expresa Oddgeir Gudmundsson, director de Danfoss, en un informe sobre RC4G publicado en Linkedin.
Para este empresario, “una forma de reducir el riesgo de estas bacterias es reducir también el volumen de agua en el sistema de ACS y asegurarse de que no quede agua estancada. La mejor manera de conseguirlo es utilizar intercambiadores de calor instantáneos para la preparación del ACS, con especial atención a su volumen en la red de tuberías”.
Gudmundsson recuerda que “ya se han puesto en marcha los primeros proyectos con refuerzo eléctrico descentralizado de la temperatura de suministro, que se aumentaría en el lado de la alimentación o en el del ACS, y el refuerzo se hace por calentador eléctrico directo o por una bomba de calor. Dependiendo de la solución elegida se pueden aplicar tanques de almacenamiento primarios o secundarios”.
