IEEE Power & Energy Magazine - Spanish - Enero/Febrero 2017 - 31
Los calefactores eléctricos por almacenamiento hacen uso de los
materiales sólidos alrededor del calentador de resistencia como
un almacén de calor y pueden utilizar un ventilador para liberar el
calor de una manera más controlada.
Calefacción y Refrigeración Local
El uso final de energía en edificios residenciales está dominado por el espacio y la demanda de calentamiento de agua,
aproximadamente un 80% en Europa y 60% en Estados Unidos. En todo el mundo, la mayoría de las casas residenciales y
establecimientos comerciales producen calor de forma local
dentro del edificio usando diferentes tecnologías de climatización y no están conectadas a redes de calefacción urbana.
Las tecnologías de calefacción se pueden distinguir principalmente por su combustible (madera, gas natural, biogás y
electricidad) y el proceso de conversión (combustión en una
caldera o quemador, evaporación de líquidos para bombas de
calor y la ley de Joule en los calentadores de resistencia). El
enfriamiento se basa generalmente en electricidad.
El aparato de calefacción o refrigeración conecta el edificio al sistema de suministro de energía. Debido a que los
combustibles sólidos y gaseosos se pueden almacenar fácilmente durante semanas, si no estaciones, estos sistemas de
abastecimiento tienen de por sí una flexibilidad considerable, y la planificación se reduce a la gestión de la oferta y la
infraestructura de almacenamiento, igual que con la mayoría
de los productos básicos. Por otro lado, los calentadores o
refrigeradores alimentados con electricidad requieren que el
sistema de energía equilibre la oferta y la demanda de forma
instantánea, cambiando el suministro a corto plazo y afectando a la cartera de producción a largo plazo.
Si la calefacción eléctrica se implementa de una manera
no coordinada, requiere flexibilidad adicional del sistema de
energía para cumplir con las variaciones diarias, estacionales y anuales. Por ejemplo, en Francia, la mayoría de la calefacción residencial se basa en calefacción eléctrica y causa
una sensibilidad de temperatura considerable en la demanda
de energía (2.300 MW/°C); esto representa una clave importante para las cargas máximas extremas y la seguridad del
suministro.
Sin embargo, un sistema de calefacción o refrigeración
eléctrico controlable puede aprovechar la flexibilidad potencial de calentamiento (inercia térmica) para facilitar la integración de las energías renovables y gestionar los picos de
carga. Por ejemplo, se están llevando a cabo algunos programas de gestión de la demanda en Francia como medidas
ad hoc para mejorar la flexibilidad. En otro ejemplo de Alemania, se dieron cuenta de que los calefactores eléctricos
por acumulación nocturna pueden ser una fuente de flexibibidad valiosa, por lo que se revirtió una decisión anterior
enero/febrero de 2017
para eliminarlos en 2013. El uso de tecnologías de la información y las comunicaciones en los calentadores eléctricos
podría, por lo tanto, ofrecer la opción de desplazar las cargas de demanda de acuerdo a las condiciones del sistema de
energía, al mismo tiempo que cumple los requisitos de confort de los ocupantes del edificio. Estos ejemplos ilustran la
fuerte interacción entre la calefacción eléctrica residencial y
el sector energético, pero también plantean el interrogante de
cómo debería gestionarse esta integración de la calefacción
eléctrica para proporcionar flexibilidad de la manera más
rentable y no intrusiva.
Los sistemas de calefacción eléctrica se basan principalmente en calentadores de resistencia (incluidos los calefactores por acumulación nocturna) y en las bombas de calor más
eficientes. Las bombas de calor hacen uso de la diferencia
de temperatura natural entre el exterior y el interior durante
un ciclo de condensación o evaporación. El ciclo de calor
solo requiere electricidad para hacer funcionar el compresor y otros equipos auxiliares, de este modo se produce de
dos a cuatro unidades de calor por cada unidad de energía
consumida en las bombas de calor de fuente de aire (aunque
la ganancia se estrecha en temperaturas más frías). La eficiencia puede ser aún mayor para las bombas de calor geotérmicas, alcanzando coeficientes de rendimiento de cuatro
a cinco. Esto minimiza los requerimientos de producción y
cargas pico, pero no permitirá tanta flexibilidad para utilizar
el excedente de electricidad renovable.
El enfriamiento local se suele realizar mediante bombas de calor (ya sea con sistemas de aire acondicionado que
solo enfrían o por bombas de calor reversibles que también
calientan). Cuando se utiliza la bomba de calor en modo de
refrigeración, se llama enfriador. El índice de eficiencia de
energía es normalmente menor, entre 1,5-2,5 unidades de
refrigeración por cada unidad de electricidad. En las regiones con altas cargas de enfriamiento, el enfriamiento coordinado de los edificios resulta en la demanda eléctrica pico
dominante.
En muchos casos en los que se instala una bomba de calor, se complementa mediante el uso de un calentador de resistencia eléctrico o una caldera de gas. La combinación con
una caldera de gas (la llamada bomba de calor "híbrida")
muestra un gran potencial de flexibilidad. Su integración
inteligente al sistema eléctrico podría permitir que el sistema de energía pueda acceder a la flexibilidad del sistema
de gas al cambiar de la bomba de calor a la caldera de gas
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