Bombas de calor gigantes diseñadas para calentar barrios enteros

Me dijeron que la tubería que alimentará la bomba de calor, que extrae agua del Rin en Alemania, es tan grande que se podría caminar sobre ella de pie.

“Tenemos previsto consumir 10.000 litros por segundo”, dice Felix Hack, director de proyectos de la empresa energética MVV Environment, al describir las tuberías de dos metros de diámetro que aspirarán agua del río de Mannheim y la liberarán una vez recuperado el calor del agua.

En octubre, la empresa matriz MVV Energie anunció planes para construir lo que podrían ser los módulos de bomba de calor más potentes jamás creados. Dos unidades con una capacidad cada una de 82,5 megavatios.

Esto es suficiente para alimentar a unos 40.000 hogares en total a través de un sistema de calefacción urbana. MVV Energie pretende construir el sistema en el emplazamiento de una central eléctrica de carbón que actualmente se está reconvirtiendo a tecnologías más limpias.

La escala de las bombas de calor estuvo determinada en parte por los límites en el tamaño de las máquinas que podían transportarse por las calles de Mannheim, o posiblemente en barcazas a lo largo del Rin. “Aún no estamos seguros”, dice Hack. “Podría venir por el río”.

Una persona familiarizada con el proyecto es Alexandre de Rougemont, de Everllence (antes MAN Energy Solutions), otra empresa alemana que también fabrica bombas de calor de gran tamaño. “Es una competencia, sí”, dijo. “Estamos abiertos al respecto”.

Las bombas de calor absorben calor del aire, del suelo o, en estos casos, de masas de agua. Los refrigerantes dentro de las bombas de calor se evaporan cuando se calientan aunque sea ligeramente.

Al comprimir el refrigerante, se aumenta aún más este calor. Este mismo proceso ocurre en bombas de calor diseñadas para alimentar hogares individuales, pero ocurre a una escala mucho mayor en bombas de calor gigantes que abastecen a vecindarios enteros de la ciudad.

A medida que las ciudades de todo el mundo buscan descarbonizarse, muchas están decidiendo comprar grandes bombas de calor, que pueden conectarse a redes de calefacción urbana.

Estas redes permiten que el agua caliente o el vapor lleguen a varios edificios, todos conectados por varios kilómetros de tuberías. Están surgiendo modelos de bombas de calor cada vez más grandes para satisfacer la demanda.

“Hemos estado bajo una fuerte presión para que la producción de calor sea reemplazada por nuevas fuentes, especialmente renovables”, explica Hack, refiriéndose al desmantelamiento de las unidades de carbón en la central eléctrica de Mannheim. El solar está situado justo a orillas del Rin, ya cuenta con una importante conexión eléctrica y está conectado a la red de calefacción urbana. Por eso tiene sentido instalar las bombas de calor aquí, afirma.

Señala que esta tecnología es posible en parte gracias a la disponibilidad de compresores de gran tamaño en la industria del petróleo y el gas, donde se utilizan para comprimir combustibles fósiles para su almacenamiento o transporte, por ejemplo.

Se espera que el próximo año comiencen los trabajos en el proyecto de Mannheim. Se espera que las bombas de calor, con una capacidad combinada de 162 MW, entren en pleno funcionamiento en el invierno de 2028-29. Hack añade que un sistema de filtrado de múltiples etapas evitará que las bombas de calor succionen peces del río y que los modelos sugieren que el sistema afectará la temperatura promedio del río en menos de 0,1°C.

Instalaciones como esta no son baratas. La instalación de la bomba de calor de Mannheim costará 200 millones de euros (2,3 millones de dólares; 176 millones de libras esterlinas). El Sr. de Rougemont d’Everllence explica que, en su empresa, los equipos de bombas de calor cuestan alrededor de 500.000 euros por megavatio de capacidad instalada, sin contar el coste adicional de los edificios, las infraestructuras asociadas, etc.

Everllence está trabajando actualmente en un proyecto en Aalborg, Dinamarca, que será incluso más potente que el sistema de Mannheim, con una capacidad total de 176 MW. Sin embargo, utilizará módulos más pequeños (cuatro unidades de 44 MW) y se espera que entre en funcionamiento en 2027, cuando cubrirá casi un tercio de la demanda total de calefacción de la ciudad.

De hecho, estas máquinas de 44 MW son las mismas que se utilizaron en un proyecto anterior, ya en pleno funcionamiento, al sur de Aalborg, en Esbjerg. Allí no operan a su máxima capacidad pero cada uno proporciona 35 MW.

Los grandes depósitos de agua caliente, con capacidad para 200.000 metros cúbicos de líquido cada uno, darán al sistema una flexibilidad adicional, añade De Rougemont: “Cuando el precio de la electricidad es alto, se apaga la bomba de calor y sólo se proporciona calor almacenado”.

Veronika Wilk, del Instituto Tecnológico de Austria, afirma: “Las bombas de calor y los sistemas de calefacción urbana son ideales. » Estos sistemas pueden recuperar el calor de masas de agua o incluso de aguas residuales de plantas de tratamiento.

El Dr. Wilk señala que cuando se utilizan varias bombas de calor grandes en una red de calefacción urbana, se gana flexibilidad y eficiencia. Se podrían utilizar dos de cada cuatro bombas de calor en otoño, por ejemplo, cuando las necesidades de calor son menores que en pleno invierno.

Todos los sistemas mencionados hasta ahora obtienen energía de fuentes de agua pero, más raramente, las bombas de calor de gran tamaño también pueden utilizar aire como fuente de calor. Incluso en una ciudad relativamente fría como Helsinki.

“El mar frente a Helsinki es demasiado poco profundo”, dice Timo Aaltonen, vicepresidente senior de calefacción y refrigeración de Helen Oy, una empresa de energía. “Calculamos que necesitaríamos construir un túnel de más de 20 kilómetros de largo hasta el océano, para obtener suficiente agua (con una) temperatura lo suficientemente alta”.

Helsinki está renovando radicalmente su sistema de calefacción urbana. La ciudad ha añadido bombas de calor, quemadores de biomasa y calderas eléctricas a una red de 1.400 kilómetros que conecta casi el 90% de los edificios de la capital finlandesa, añade Aaltonen.

Las bombas de calor convierten un solo kilovatio hora de electricidad en varios kilovatios hora de calor, pero las calderas eléctricas no pueden hacer esto y, por lo tanto, se consideran menos eficientes.

Le pregunto por qué Helen Oy decidió instalar cientos de megavatios de estas calderas y el señor Aaltonen dice que su instalación es más barata que las bombas de calor y que su presencia también significa que él y sus colegas no tienen que depender exclusivamente del aire, que está limitado en términos de la cantidad de calor que puede proporcionar a gran escala. Además, las calderas eléctricas pueden ayudar a absorber el exceso de energía renovable y proporcionar una función de equilibrio a la red eléctrica, afirma.

Ninguna bomba de calor en el Reino Unido rivaliza con los sistemas que se están desarrollando en Dinamarca, Alemania y Finlandia. Sin embargo, están en camino nuevas redes de calefacción urbana, como la Exeter Energy Network, que abastecerá a la Universidad de Exeter y a otros clientes.

La capacidad mínima de red prevista es de 12 MW. Incluirá tres bombas de calor aire-agua de 4 MW y se espera que la primera unidad entre en funcionamiento en 2028.

Keith Baker, de la Glasgow Caledonian University, que estudia los sistemas de calefacción urbana, afirma que el Reino Unido tiene la oportunidad de aprovechar más esta tecnología. El agua de minas en desuso, que mantiene una temperatura relativamente estable, comienza a proporcionar Aquí, por ejemplo, bombas de calor más grandes.

Las zonas postindustriales y rurales donde hay suficiente espacio para instalar bombas de calor y tanques de almacenamiento de calor son “las zonas ideales”, afirma.