Sistemas de energía integrados, integración de sectores, acoplamiento de sectores: tiene muchos nombres pero es, en esencia, el mismo principio; crear un sistema de energía inteligente que vincule los sectores consumidores de energía a la red eléctrica para optimizar la sinergia entre la producción y el uso de la energía.
El movimiento inteligente hacia una economía libre de carbono
La integración sectorial va a ser un instrumento clave en la descarbonización de los sistemas energéticos y la reducción de las emisiones de CO2 para luchar contra el cambio climático.
La cuestión clave para descarbonizar la economía energética no es cuánta energía renovable se puede generar, sino cómo se puede integrar en nuestro sistema energético. Cuantos más sectores impulsados por combustibles fósiles pueda conectar a la red eléctrica y cuanto más flexibles sean estos en términos de uso de energía, mejor. La calefacción, la refrigeración, el transporte, el tratamiento del agua y la industria son todos sectores cuya demanda es lo suficientemente flexible como para explotar al máximo el potencial de las energías renovables. La electrificación de los mayores portadores de energía con la capacidad de almacenar energía, como district heating y district cooling, es una tarea clave para lograr la flexibilidad y la resiliencia que requiere un sistema energético basado principalmente en energías renovables.
Unir fuerzas en todos los sectores para explotar al máximo el potencial de las energías renovables
El principio de integración sectorial se aplica a cualquier sistema que pueda entregar energía o consumir energía de otro sector. Hay muchos ejemplos de industrias, o incluso en el comercio minorista, que generan calor como producto de desecho que luego se puede explotar en otros lugares para formar un sistema energético más sostenible y, posteriormente, un negocio con recompensa.
La integración sectorial es particularmente relevante cuando la producción de energía se basa en energías renovables como el viento y el sol. La integración sectorial permite la electrificación de más sectores y agrega la flexibilidad necesaria ya que la demanda de energía no siempre sigue el clima. Cuando las condiciones climáticas facilitan la generación de electricidad y la red tiene poca demanda, los sectores consumidores de energía que tienen la capacidad de almacenar energía térmica en sus sistemas o son flexibles sobre cuándo usar la energía, pueden intervenir y comprar energía a un costo más bajo. El almacenamiento térmico es como una batería virtual. Un ejemplo podría ser un sistema de district heating que puede usar electricidad cuando es abundante y barata para calentar agua que luego se almacena en tanques y en la red de tuberías para usarse cuando la electricidad es más cara.
De esta manera, la integración sectorial ayuda a que los sistemas energéticos puedan usar y reutilizar la energía de manera más eficiente.
Contribuir a los objetivos climáticos y sistemas más rentables
¿Cómo puede la integración sectorial ayudar a combatir el cambio climático? El principal desafío en la transición a una economía energética libre de carbono es que la demanda de electricidad no siempre coincide con la oferta. La energía a menudo se genera en momentos en que la demanda no es lo suficientemente alta como para explotar completamente la capacidad de la red, o viceversa; la demanda puede ser mayor en momentos de menor capacidad.
El acoplamiento sectorial con el almacenamiento de energía térmica que permite un uso flexible de la energía permite nivelar la discrepancia entre la oferta y la demanda para aprovechar al máximo la capacidad de la red. Y cuantos más sectores puedan reemplazar su energía de combustibles fósiles con electricidad para apoyar una economía energética libre de combustibles fósiles, mejor podrá la sociedad en su conjunto cumplir con el objetivo de CO2 del Acuerdo de París.
No hace falta decir que los sectores consumidores de energía que se acoplan en un sistema de energía inteligente disfrutarán de un funcionamiento más rentable, ya que podrán adaptar su compra de energía para utilizar las tarifas más bajas posibles en cada momento. Asimismo, el suministrador de energía podrá evitar situaciones de reducción de capacidad y pérdida de ingresos.
Una vez que el principio del acoplamiento sectorial se establezca plenamente como modelo para construir o renovar la infraestructura de la ciudad, la industria y los sectores del transporte, los costes de funcionamiento de estos sistemas inteligentes e integrados se reducirán. Esto se debe a las sinergias relacionadas con la calefacción y refrigeración de edificios, salas de servidores, congeladores en supermercados, carga de baterías, etc.
El potencial es enorme. Hoy en día, solo la calefacción y la refrigeración representan la mitad del consumo de energía de la UE y, en la actualidad, el 75 % se basa en combustibles fósiles. Un nuevo informe de la Universidad de Aalborg en Dinamarca afirma que la descarbonización del sector europeo de calefacción y refrigeración tiene el potencial de reducir los costes totales del sistema energético en 70 000 millones EUR al año.
Haciendo rentable la energía renovable
¿Qué podemos lograr a través de la integración sectorial? El principal reto de una economía eléctrica basada en recursos renovables es garantizar un suministro estable. La razón por la que a veces encuentra turbinas eólicas inactivas en un día ventoso puede ser que la demanda de electricidad no alcanza el potencial de mayor capacidad. El excedente de energía se puede almacenar en baterías, pero esta es una solución costosa que no contribuye a una economía energética rentable. Otra opción podría ser exportar el excedente de electricidad a otras regiones, pero esto tampoco es muy rentable ya que requiere grandes inversiones en infraestructura de cable. La mejor alternativa, con diferencia, es el acoplamiento del sector con sistemas de energía inteligentes que crean una demanda flexible que no depende de la estabilidad de la red y que puede proporcionar los picos de demanda necesarios al estar listo para usar la energía cuando esté disponible.
Los sistemas energéticos integrados permiten la interacción entre los sectores que consumen y suministran energía y minimizan el coste total del sistema energético. La industria, el transporte y los edificios son todos sectores consumidores de energía que pueden participar en un sistema de energía inteligente que implica el uso activo de almacenamiento de energía flexible en, por ejemplo, almacenamiento térmico para district heating y district cooling.
Como sociedad que depende de la descarbonización de la economía energética, tenemos que adoptar un enfoque de sistema y acelerar la integración de los sectores consumidores de energía con el sector proveedor de energía. Esto requiere un marco regulatorio que apoye la creación de sistemas de energía descentralizados que fomenten la integración de sistemas inteligentes capaces de combinar el almacenamiento de energía en los sistemas de calefacción y refrigeración con el uso flexible del calor residual y las bombas de calor.
Los marcos de regulaciones actuales no respaldan la interacción entre diferentes sectores ni reflejan las nuevas tecnologías que ayudan a facilitar los sistemas energéticos integrados. Las redes térmicas deben fomentarse permitiendo precios de energía flexibles y eliminando impuestos sobre el calor residual. Necesitamos asegurarnos de que los precios de la electricidad reflejen la combinación energética para fomentar la adopción de energías renovables, p. a través de la fijación de precios del CO2, y que las señales del precio de la energía recompensan el almacenamiento de energía y otros servicios de flexibilidad.
Calentar o refrigerar nuestros espacios de vida y de trabajo a través de district energy y district cooling en lugar de sistemas individuales es una gran oportunidad para explotar al máximo los recursos energéticos de la sociedad. La integración de la electricidad en district heating y district cooling con bombas de calor a gran escala puede resolver dos desafíos a la vez: el desafío de descarbonizar el suministro de calefacción y el desafío de absorber una parte cada vez mayor de la capacidad de electricidad fluctuante en nuestro sistema energético y evitar costes innecesariamente altos para infraestructura y almacenamiento. La palabra clave aquí es almacenamiento. Las bombas de calor individuales no pueden almacenar energía e incluso pueden contribuir a una mayor presión de demanda en la red eléctrica sin brindar la flexibilidad necesaria.
Los modernos sistemas de energía de distrito están diseñados como infraestructuras térmicas flexibles donde se pueden “enchufar” diferentes fuentes de energía a medida que estén disponibles. Si la electricidad es la mejor opción, el sistema la usará. Si las aguas residuales calientes o frías de un sector diferente están fácilmente disponibles, el sistema cambiará a eso. Cualquiera que sea la fuente de agua fría o caliente, se distribuye a los edificios a través de una red de tuberías para su uso inmediato o se almacena para su uso posterior.
Un sistema de district energy tiene dos formas de brindar flexibilidad al sistema de energía: proporcionando almacenamiento y permitiendo el cambio entre diferentes fuentes de energía, que pueden ser desde bombas de calor a gran escala y calor residual hasta energía solar o geotérmica.
Regístrate en nuestra lista de correo y te mantendremos actualizado con nuevas opiniones sobre el viaje de descarbonización. De esa manera, siempre estará informado de las últimas soluciones para los desafíos más difíciles del mundo.
Hoy en día, se desperdicia mucho calor porque simplemente se ventila a la atmósfera. La demanda de calefacción se cubre principalmente con sistemas basados en energía de alta calidad en forma de gas, petróleo o electricidad. Hay varias razones históricas, logísticas y financieras para esto, pero con el conocimiento y la tecnología actuales, puede describirse como un enfoque excesivo. En cambio, necesitamos crear un sistema de energía más eficiente con un enfoque de baja energía que utilice fuentes de calor de bajo valor y permita la absorción del calor residual generado como subproducto de los procesos industriales y comerciales.
En general, las instalaciones de agua representan del 30 al 50% del uso de electricidad de un municipio, lo que las convierte en el mayor consumidor de electricidad en la economía de un gobierno local. Esto va a cambiar. En lugar de ser simplemente un consumidor de electricidad, las instalaciones de aguas residuales en realidad pueden producir electricidad, calor excedente y biogás, todo dependiendo de cómo se puede utilizar mejor la energía localmente.
Hay un par de oportunidades disponibles para que las instalaciones de agua desempeñen un papel en el acoplamiento del sector. Una es reutilizar el calor excedente de las aguas residuales tratadas usando una bomba de calor para aumentar la temperatura a niveles que puedan usarse en los sistemas de district heating. Otro es la combinación de hidrógeno verde y CO2 excedente de la producción de biogás, en sí mismo un ejemplo de integración del sector, que puede usarse para producir metano renovable.
Los supermercados representan una parte relativamente grande del consumo total de electricidad de la sociedad. En Alemania, el 1-2% de todo el uso de electricidad se puede asignar a la refrigeración de los supermercados.
La mayoría de los supermercados son gestionados energéticamente por una unidad central conectada a múltiples contadores de refrigeración para controlar sus niveles de temperatura. En lugar de dejar que el aire caliente resultante de los procesos de refrigeración se desperdicie, podría utilizarse para calentar el propio supermercado o, si se combina con el sector de la calefacción, servir como proveedor de energía para la red local de district heating.
Debido a la cantidad de alimentos almacenados en congeladores y refrigeradores, los supermercados también tienen el potencial de servir como una batería virtual y contribuir a la estabilidad de la red. Las instalaciones de almacenamiento de hielo o agua fría conectadas al supermercado podrían brindar una alternativa al uso de energía de la red en el sistema de refrigeración del supermercado durante las horas pico.
La industria pesada, como la metalúrgica o la química, representan el mayor potencial para la integración del sector con el calor residual. Los estudios muestran que entre 300 TWh y 800 TWh de calor residual industrial podrían recuperarse por año en la UE. Combinado con district heating, esto contribuiría considerablemente a las necesidades de calefacción y refrigeración de las ciudades de toda Europa, ahorrando miles de millones de euros en inversiones en instalaciones de producción de energía verde.
La sustentabilidad de los centros de datos es un tema importante ya que la cantidad de centros de datos está creciendo y actualmente representan alrededor del 1% del consumo de energía mundial. La mayor parte de la energía se convierte en calor en los equipos y servidores de TI que, por lo tanto, requieren refrigeración que genera mucho calor como "producto de desecho". Para ser precisos, la electricidad consumida se convierte casi por completo en calor (97 %), lo que hace que los centros de datos sean candidatos claros para la integración del sector con los servicios de district heating u otras instalaciones de calefacción en el área.
El aumento de la eficiencia energética de los edificios reduce su uso total de energía y contribuye a descargar la red. Los edificios inteligentes con gestión interactiva del lado de la demanda/respuesta de la demanda para la optimización del consumo de calor en el edificio permiten trasladar parte del consumo de energía de las horas punta a las horas valle.
Los edificios inteligentes también pueden usar el propio edificio y su equipo como almacenamiento de energía donde la estructura y/o la masa térmica de los edificios pueden usarse para almacenar calor durante varias horas. Un informe de la UE de 2014, Building Heat Demand, estima que se puede obtener hasta un 40 % de ahorro de energía si se adoptan sistemas de calefacción basados en la demanda.
La digitalización es la mente maestra detrás de un sistema energético más eficiente, resistente y sostenible que minimiza el desperdicio de energía y reduce los costos. A lo largo de toda la cadena de valor, desde los portadores de energía sostenible, las redes eficientes hasta el uso eficiente de la energía, la tecnología digital garantiza un rendimiento energético óptimo.
En el sector de la calefacción y la refrigeración, las tecnologías digitales ayudan a gestionar los cada vez más complejos sistemas de energía de distrito. Al integrar una multitud de fuentes de energía renovable intermitentes, así como conectar infraestructuras térmicas y eléctricas, las herramientas digitales deciden qué fuente de energía usar, cuándo y dónde, y hacen posible cambiar de una fuente a otra en cuestión de minutos.
La clave para la integración exitosa de los sectores energéticos y la optimización de toda la cadena es la capacidad de comprender y predecir la demanda. Mediante el uso de IA para procesar datos recopilados, la calefacción centralizada se puede controlar y optimizar de acuerdo con el clima, la ventilación y los patrones de vida de los habitantes. Los beneficios de la gestión del lado de la demanda (DSM) para un sistema de district heating son significativos: los cálculos de cientos de sitios que han implementado este tipo de DSM inteligente muestran un ahorro promedio en la potencia máxima del 20 %.
En Europa, el 30 por ciento de todo el consumo de energía se destina a calentar o refrigerar edificios. Danfoss tiene la solución para reducir el uso de energía y mejorar el clima interior al agregar un elemento digital: el software Leanheat.
Leer el caso de éxito (en inglés)
El principio de integración sectorial se aplica a cualquier sistema que pueda entregar energía o consumir energía de otro sector. Esto podría, por ejemplo, integrar el sector de la calefacción o el sector del transporte con el sector de la energía. A veces también se lo denomina sistemas energéticos integrados o acoplamiento sectorial.
La integración sectorial permite un uso flexible de la energía y permite equilibrar la discrepancia en la oferta y la demanda de energía, por lo que la capacidad de la red se aprovecha al máximo. Esto es particularmente importante a medida que aumenta la proporción de energías renovables y se electrifican más sectores. Además, la integración sectorial permite reutilizar la energía de la misma forma que se utiliza el exceso de calor en los sistemas de district energy.
La integración sectorial va a ser un instrumento clave en la descarbonización de los sistemas energéticos y la reducción de las emisiones de CO2 para luchar contra el cambio climático. La cuestión clave para descarbonizar la economía energética no es cuánta energía renovable se puede generar, sino cómo se puede integrar en nuestro sistema energético. Cuantos más sectores impulsados por combustibles fósiles pueda conectar a la red eléctrica y cuanto más flexibles sean estos en términos de uso de energía, mejor. La integración sectorial lo permite.
Cuantos más sectores impulsados por combustibles fósiles pueda conectar a la red eléctrica y cuanto más flexibles sean estos en términos de uso de energía, mejor. La integración sectorial lo permite.
Calentar o refrigerar nuestros espacios de vida y de trabajo a través de district heating y district cooling en lugar de sistemas individuales es una gran oportunidad para explotar al máximo los recursos energéticos de la sociedad. La integración de la electricidad en district heating y district cooling con bombas de calor a gran escala puede resolver dos desafíos a la vez: el desafío de descarbonizar el suministro de calefacción y el desafío de asumir una parte cada vez mayor de la capacidad de electricidad fluctuante y evitar costos innecesariamente altos para la infraestructura y el almacenamiento.
Tiene muchos nombres pero es, en esencia, lo mismo; crear un sistema de energía inteligente que vincule los sectores consumidores de energía a la red eléctrica para optimizar la sinergia entre la producción y el uso de la energía.