Bombas de calor gigantes diseñadas para calentar distritos enteros

La tubería que alimenta la bomba de calor que extrae agua del río Rin en Alemania es tan grande que se podría caminar a través de ella, y me han dicho que está perfectamente recta.

“Prevemos tomar 10.000 litros por segundo”, explica Felix Haack, jefe de proyecto de la empresa energética MVV Environment, al describir un tubo de 2 metros de diámetro que absorberá el agua del río en Mannheim y luego la devolverá después de extraer calor del agua.

En octubre, la empresa matriz MVV Energie anunció sus planes de construir el módulo de bomba de calor más potente jamás creado. Dos unidades de 82,5 MW de capacidad cada una.

Esto es suficiente para abastecer a un total de 40.000 hogares mediante sistemas de calefacción urbana. MVV Energie tiene como objetivo construir sistemas in situ para centrales eléctricas de carbón que se están convirtiendo a tecnologías limpias.

La escala de las bombas de calor estuvo determinada en parte por las limitaciones de la maquinaria que podía transportarse en barcazas por carretera hasta Mannheim o a lo largo del Rin. “Aún no estamos seguros de ello”, afirma Hack. “Puede venir por el río”.

Una persona muy versada en este proyecto es Alexandre de Rougemont de Everlens (anteriormente MAN Energy Solutions), otra empresa alemana que también fabrica bombas de calor de gran tamaño. “Es una competición, sí”, afirma. “Estamos abiertos al respecto”.

Las bombas de calor absorben calor del aire, del suelo o, en este caso, de una masa de agua. Los refrigerantes de las bombas de calor se evaporan después de calentarse ligeramente.

Al comprimir el refrigerante, aumentas aún más ese calor. Si bien el mismo proceso ocurre en las bombas de calor diseñadas para abastecer a hogares individuales, solo ocurre a mayor escala en bombas de calor gigantes que dan servicio a distritos enteros de la ciudad.

A medida que ciudades y pueblos de todo el mundo intentan descarbonizarse, muchos están decidiendo comprar bombas de calor grandes, que pueden conectarse a redes de calefacción urbana.

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

“Estábamos bajo mucha presión para cambiar la generación de calor a nuevas fuentes, especialmente a fuentes renovables”, explica Hack mientras habla del desmantelamiento de las unidades alimentadas con carbón en la planta de Mannheim. El lugar está cerca del Rin, ya tiene una gran conexión a la red eléctrica y está conectado a la red de calefacción urbana, por lo que tiene sentido instalar aquí una bomba de calor, afirma.

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

Está previsto que los trabajos en el proyecto de Mannheim comiencen el próximo año. Está previsto que las bombas de calor con una capacidad combinada de 162 MW estén en pleno funcionamiento en el invierno de 2028-29. Hack añade que el sistema de filtrado de varios pasos evitará que las bombas de calor absorban peces del río, y los modelos sugieren que el sistema afectará la temperatura media del río en menos de 0,1°C.

Instalaciones como estas 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 señor de Rougemont, de Everlens, dice que en su empresa los equipos de bombas de calor cuestan alrededor de 500.000 euros por megavatio de capacidad instalada, sin incluir los costes adicionales de los edificios y la infraestructura asociada.

Everlens 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 estará operativo en 2027, cuando abastecerá casi un tercio de toda la demanda de calefacción de la ciudad.

Esas máquinas de 44 MW utilizadas en un proyecto anterior, ahora en pleno funcionamiento, están ubicadas al sur de Aalborg en Esbjerg. Allí no operan a su máxima capacidad, sino que suministran 35 MW cada uno.

Grandes tanques de almacenamiento de agua caliente, cada uno con capacidad para 200.000 metros cúbicos de líquido, darán flexibilidad al sistema, añade de Rougemont: “Cuando los costos de electricidad son altos, se detiene la bomba de calor y solo se proporciona calor del almacenamiento”.

“Las bombas de calor y los sistemas de calefacción urbana encajan perfectamente”, afirma Veronika Wilk, del Instituto Tecnológico de Austria. Estos sistemas también pueden extraer aguas residuales de cuerpos de agua o plantas de tratamiento de aguas residuales.

El Dr. Wilk señala que cuando se utilizan varias bombas de calor grandes en una red de calefacción urbana, se gana flexibilidad y eficiencia. Puede utilizar dos de cada cuatro bombas de calor en otoño, por ejemplo, cuando se necesita menos calor que en invierno.

Todos los sistemas mencionados hasta ahora almacenan energía a partir de fuentes de agua pero, con menos frecuencia, 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 muy poco profundo”, explica Timo Aaltonen, vicepresidente senior de calefacción y refrigeración de la empresa energética Helen Oy. “Calculamos que tendríamos que construir un túnel de más de 20 kilómetros hasta el mar para conseguir suficiente agua (con una temperatura) adecuada”.

Helsinki está en el proceso de revisar fundamentalmente 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 kilovatio-hora de electricidad en varios kilovatios-hora de calor, pero las calderas eléctricas no pueden y, por lo tanto, se consideran menos eficientes.

Le pregunto por qué Helen Oy decidió instalar estas calderas de cientos de megavatios, y Aaltonen dice que son más baratas que las bombas de calor y que eso significa que él y sus colegas no tienen que depender completamente del aire, que está limitado en términos de cuánto calor puede proporcionar. Además, las calderas eléctricas pueden ayudar a absorber el excedente de energías renovables y proporcionar una función de equilibrio de la red eléctrica, afirma.

No hay bombas de calor en el Reino Unido que puedan rivalizar con los sistemas desarrollados en Dinamarca, Alemania y Finlandia. Sin embargo, algunas nuevas redes de calefacción urbana están en camino, como la Exeter Energy Network, que abastecerá a la Universidad de Exeter y a otros clientes.

La capacidad mínima prevista de la red es de 12MW. Contará con tres bombas de calor aire-agua de 4MW, la primera unidad que se pondrá en servicio en 2028.

Keith Baker, de la Glasgow Caledonian University, que investiga los sistemas de calefacción urbana, afirma que el Reino Unido tiene la oportunidad de hacer un mayor uso de esta tecnología. El agua de las minas de desecho, que mantiene una temperatura relativamente constante, El suministro ha comenzado Aquí, por ejemplo, hay grandes bombas de calor.

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