Almacenamiento térmico industrial, parte II
Tanques de almacenamiento en construcción en Hungría. Fuente
En la publicación anterior, hablamos mucho sobre el almacenamiento de calor en las industrias. Establecimos los fundamentos de la tecnología, su nivel de madurez y su impacto ambiental. Pero en ningún momento discutimos de cómo se usan estos sistemas en la práctica, lo cual quizás sea la pregunta más interesante. Si has repasado lo escrito antes, te invito a profundizar en este nuevo artículo.
Aplicación 1: Almacenamiento térmico para la integración de energías renovables en la industria
El sector manufacturero consume grandes cantidades de energía, principalmente de origen fósil. Uno de los papeles importantes del almacenamiento térmico es facilitar la descarbonización de este suministro.
Mediante energía termosolar
Una opción para conseguir esto es emplear energía termosolar y producir el calor directamente. Esto es lo que hace Heineken en sus plantas en Valencia y Sevilla. En Sevilla la cervecería dispone de 68 MWh de almacenamiento de calor sensible, con ocho tanques de agua presurizada que se cargan mediante 30 MW de captadores cilindroparabólicos. En Valencia la planta es más pequeña, pero usa tecnología similar, con tanque de 1.5 MWh de agua presurizada, generada por captadores Fresnel. En ambos casos se evita la combustión de gas natural.
Ilustración 1: La fábrica de Heineken en Sevilla. Fuente.
Mediante electrificación
La otra manera de conseguir la descarbonización consiste en sustituir la combustión de combustibles por tecnologías que usan electricidad, como bombas de calor o calderas eléctricas. La penetración de energía renovable intermitente en las redes eléctricas, especialmente en España, se traduce en una huella de carbono baja por unidad de electricidad consumida y también, con frecuencia, provoca que los precios de la luz lleguen a cero. Al mismo tiempo, dificulta el balanceo de la red, ya que da lugar a picos de generación renovable en momentos ventosos o soleados.
La incorporación de almacenamiento térmico abre una vía de ahorro de costes para las industrias, al mismo tiempo que impulsa la transición energética. Los equipos eléctricos generan calor en momentos de alta oferta eléctrica, cuando los precios son bajos; este calor se almacena en los sistemas de almacenamiento y se consume según las necesidades de la fábrica. Este tipo de operación tiene el beneficio añadido de estabilizar la red eléctrica, ya que añade consumo en los momentos en que más se necesita.
Ilustración 2: La planta de demonstración de Hyme Energy. Fuente.
El proyecto de tecnología escalable de Hyme Energy en la planta de leche en polvo de Holstebro sigue exactamente la misma idea (Ilustración 2). Calentadores eléctricos operarán en momentos de alta penetración de electricidad eólica o solar, acumulando calor en tanques de calor sensible con sales fundidas. Una vez construido, será el proyecto de almacenamiento térmico industrial más grande del mundo, con una capacidad de 200 MWh.
Aplicación 2: Almacenamiento térmico para la utilización de calor residual en las fábricas
El desafío y su magnitud
Después de discutir la energía que “entra” en un proceso industrial, es importante hablar de la energía que “sale”. De origen fósil o renovable, la mayoría de la energía consumida se convierte en calor durante el proceso de fabricación. Este calor se libera a la atmósfera mediante intercambiadores o los gases de escape. Puede valorizarse de múltiples maneras, desde el uso directo del calor a la temperatura disponible, pasando por el empleo de bombas de calor o enfriadoras por absorción para generar calor o frío, hasta la producción de electricidad mediante ciclos Rankine orgánicos (ORC).
Debido a la gran escala del consumo industrial, los beneficios no serían insignificantes; un estudio concluye que ORC podrían producir hasta 20 TWh de electricidad cada año en la UE utilizando únicamente calor que se disipa en la atmósfera. Este ahorro equivale a la producción eléctrica anual de un país pequeño como Islandia, por ejemplo.
¿Y porque hablamos de esto en un texto de almacenamiento de calor? Una de las barreras de usar esta energía es su liberación en tasas de producción no uniformes, con grandes variaciones debidas, por ejemplo, a la producción por lotes. Esto complica el dimensionamiento de los equipos que valorizan el calor residual – si se diseñan para acomodar la capacidad mínima constante, no podrían arrancar en momentos de alta actividad y utilizar la energía extra disponible. Por el contrario, si se diseñan para ser lo más grandes posible, la inversión sería mayor y el equipo operaría con menor eficiencia a carga parcial en la mayoría del tiempo.
El almacenamiento como solución
El uso de almacenamiento puede ayudar con esto, ofreciendo un flujo de energía más estable y con una magnitud óptima. El equipo que valoriza la energía residual se diseña con para esta magnitud y así logra un mejor factor de capacidad – un índice que equivale al 100 % si un equipo se usa a su potencia máxima todo el tiempo, y es del 0 % si no se utiliza nunca. Esto también mejora la estabilidad operativa del equipo y puede aumentar su vida útil al reducir los ciclos térmicos extremos. Por último, el almacenamiento permite desacoplar temporalmente la generación de calor y su uso, facilitando la reutilización del calor residual por otros procesos industriales continuos.
Ilustración 5: (a) Sistema de utilización del calor residual con el tambor de vapor en la parte superior. (b) Vista lateral del acumulador de vapor de 150 m3. Ambos en planta siderúrgica en Brecia, Italia. Fuente
Ejemplos de proyectos comerciales incluyen dos ORC de 1.8 MWe y 2.7 MWe instalados en plantas siderúrgicas de arco eléctrico en Italia y Alemania, respectivamente, con sistemas de almacenamiento térmico de calor sensible con acumuladoras de vapor. En el caso italiano (Ilustración 5), los gases de escape se enfrían al evaporar agua. El vapor entra en el sistema de almacenamiento con el ritmo de producción, pero sale con flujo fijo y calienta el fluido de trabajo del ORC. La electricidad producida se utiliza en otros procesos en la planta y reduce sus costes operativos.
En FersiSolar S.L. somos expertos en energía solar concentrada, almacenamiento térmico y descarbonización industrial. ¿Estás ansioso por reutilizar el calor que tu fabrica tira por la chimenea? Cada grado que reaprovechas cuenta. Escríbenos y te contamos cómo hacerlo.
