IEEE Power & Energy Magazine - Spanish - Enero/Febrero 2017 - 32

Calefacción y Refrigeración Urbanas
14%
34%
12%
20%

21%

Calefacción de Ambientes y
Agua Caliente <100 °C
Proceso de Calefacción <100 °C
Proceso de Calefacción 100-500 °C
Proceso de Calefacción 500-1.000 °C
Proceso de Calefacción >1.000 °C

Gráfico 3. Uso de diferentes grados de calor en las industrias de UE-28 (basado en Naegler et al., 2015).

cada vez que el sistema eléctrico está bajo tensión (esto podría representar un período prolongado de varios días). Los
sistemas de calefacción híbridos de calderas de combustible
o de resistencia podrían dar la opción de utilizar el exceso
de energías renovables al cambiar el combustible (a menudo
gas) por la electricidad.
El almacenamiento térmico en edificios puede permitir
la optimización del consumo de energía eléctrica y la carga
basada en los precios del mercado de la electricidad sin dejar
de ofrecer el confort térmico para el usuario. Si el calentador de resistencia está integrado con materiales de alta
capacidad térmica, entonces, los calentadores se denominan
calefactores por almacenamiento. 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. El uso de bobinas de resistencia
o sistemas hidrónicos en la losa radiante permite que también se almacene algo de energía en la capacidad térmica
del suelo. Otras tecnologías para el almacenamiento térmico
incluyen tanques de almacenamiento de agua y materiales
sólidos. En particular, en los sistemas hidrónicos, se puede
añadir un tanque de agua de forma relativamente fácil, aunque hay un costo relacionado con el uso del espacio, además
del costo del dispositivo de almacenamiento.
La energía también se puede almacenar con un almacenamiento en frío. Aunque las diferencias de temperatura son
menores que en el calentamiento; en consecuencia, el almacenamiento en frío necesitaría más volumen para el mismo
contenido de energía. Sin embargo, es posible aprovechar
el calor latente de congelación o fusión, que corresponde a
aproximadamente 80 °C de la diferencia de temperatura en
el agua. Los refrigeradores comerciales disponibles utilizan
almacenamiento de hielo; estos pueden alcanzar más horas
de funcionamiento y, en consecuencia, se puede reducir el
tamaño del enfriador mientras que también disminuye el
consumo de electricidad durante los picos diarios comparado con el aire acondicionado tradicional. Posiblemente,
estos enfriadores también podrían ofrecer flexibilidad para
mayores acciones de energía eólica y solar, aunque probablemente habría un óptimo diferente en el tamaño de
los componentes.
28

ieee power & energy magazine

Los tubos de calefacción urbana llevan el agua caliente procedente de centrales térmicas centralizadas a los edificios
con intercambiadores de calor. Después de que el calor se
haya transferido al sistema de calefacción del edificio, el
agua enfriada fluye de nuevo a las plantas a través de una
tubería adyacente. La calefacción urbana se utiliza principalmente en las zonas más densamente pobladas en las latitudes del norte (aunque no está muy extendida en América
del Norte).
Además de economizar con grandes calderas de combustible, la calefacción urbana ofrece la posibilidad de utilizar
las instalaciones de cogeneración (CHP, por sus siglas en
inglés). En algunos países (por ejemplo, Alemania y Dinamarca), incluso los pequeños sistemas de calefacción urbana
tienen a menudo unidades de cogeneración, mientras que en
otros (por ejemplo, Rusia y Finlandia), las unidades de cogeneración se encuentran principalmente en los sistemas más
grandes que pueden acomodar plantas más grandes y económicas. Cuando se utilizan en conjunto con las plantas de
CHP, las calderas de combustible hacen frente a los picos de
calentamiento y respaldan las unidades de cogeneración. Al
combinar las plantas de CHP y las calderas de combustible
se permite la sensibilidad a los precios de energía. Algunas
unidades de cogeneración también pueden cambiar la proporción entre la producción de calor y electricidad, lo que
aumenta su flexibilidad.
La flexibilidad de un sistema de calefacción urbana se
puede aumentar aún más con almacenamiento de calor (acumuladores) que ofrecen una forma muy barata de almacenamiento de energía a escala de calentamiento urbano (miles
de metros cúbicos en depósitos de acero aislados o cavernas).
Cuando los precios de la energía son ocasionalmente muy
bajos (por ejemplo, altos niveles de viento o energía solar
fotovoltaica (PV, por sus siglas en inglés)) y no existen obstáculos regulatorios, puede ser factible instalar bombas de
calor y calentadores de resistencia eléctricos en los sistemas
de calefacción urbana. Los calentadores eléctricos ofrecen
una solución de bajo costo para utilizar energía barata, mientras que las bombas de calor dan considerablemente más calor
por unidad de electricidad a un costo de inversión superior.
Instalar las tuberías de calefacción urbana en las ciudades
existentes es costoso e inadecuado. Sin embargo, los nuevos barrios son un objetivo potencial para redes de pequeña
escala. En comparación con la calefacción a nivel de los edificios, disminuyen el costo relativo de las unidades de producción de calor con una inversión limitada en tuberías de
calor. Pero, más importante, desde el punto de vista de la
flexibilidad, ofrecen economías de escala considerables para
el almacenamiento de calor, el coste específico de los cuales
disminuye casi logarítmicamente con el aumento de tamaño.
La refrigeración urbana es mucho menos común que la
calefacción urbana. El reto ha sido que las economías de
escala son más difíciles de lograr en unidades de refrigeración que en las unidades de calefacción. Sin embargo, debido
enero/febrero de 2017

Table of Contents for the Digital Edition of IEEE Power & Energy Magazine - Spanish - Enero/Febrero 2017