Almacenamiento térmico: Acelerando la independencia energética y descarbonización.

Mihaela Laima Popova

Mihaela Laima Popova

El gas natural ha adquirido una importancia considerable en el mercado energético en los últimos años, especialmente en la Unión Europea, debido a la guerra entre Ucrania y Rusia. Rusia era el principal exportador de gas natural a la Unión Europea, representando el 40% de las importaciones de gas en 2021. La dependencia de las importaciones de gas natural en la UE es un tema persistente, ya que en 2021 la tasa de dependencia fue del 83% (entendiéndose este indicador como el porcentaje del gas consumido por los países miembros que proviene de países externos a la unión), y en 2022 aumentó al 97% debido a las sanciones impuestas a Rusia y las estrategias de diversificación de proveedores, incluyendo importaciones de gas natural licuado de Estados Unidos o Qatar, así como gasoductos provenientes de Noruega o Argelia.

Una vista a la producción de energía térmica

El uso más relevante del gas natural a nivel industrial radica en la producción de energía térmica (calor) para llevar a cabo diversos procesos industriales. Superar la dependencia externa de este recurso es un desafío importante que debe abordarse. Según datos de la IEA (International Energy Agency) dentro del proyecto Solar Payback allá en 2014 mostraban que el consumo final de energía mundial en el sector industrial era el 32% del consumo total. Dentro del sector, el 74% de la energía se consumía en forma de calor y el restante en electricidad.

 

Fuente: IEA (International Energy Agency).

Esto sigue siendo cierto en 2021 para la Unión Europea también: al observar el consumo final de energía en el sector industrial (en GWh), se refleja que el 33,22% del consumo es en electricidad, mientras que el resto se consume principalmente en forma de calor y derivados, alrededor del 70% (66,78%).

Fuente: Elaboración propia a partir de Simplified energy balances. Eurostat.

Además, un vistazo a la producción bruta de calor (en GWh) para procesos industriales en la UE con los datos más recientes de 2021 nos da una visión más clara de las tendencias generadoras recientes

Fuente: Elaboración propia a partir de Simplified energy balances. Eurostat.

En primer lugar, el gas natural es el principal generador de calor en la UE con un 36,27% de la producción bruta total (651.314,84 GWh), seguido muy de cerca por las fuentes renovables y biocombustibles. Como la mayoría de las fuentes de generación de calor general son combustibles fósiles y no renovables, estos derivan a problemas medioambientales: de hecho, los sectores de energía y procesos industriales son los que más gases invernadero emiten en Europa, ya que el 70% de la energía que utilizan en sus procesos es calor. Adicionalmente, el problema de autonomía energética sigue presente por la gran dependencia de fósiles importados.

Pero tendencias de estos mercados y sectores muestran que están apostando cada día más por fuentes sostenibles y limpias de producción de energía como consecuencia de la concienciación sobre el cambio climático y políticas dirigidas hacia la descarbonización y aprovechamiento de residuos (tanto como orgánicos, energéticos, etc.). 

Por ejemplo, como muestra la siguiente gráfica, desde el año 2012, en la Unión Europea se ha pasado de un 16% de consumo de energía de fuentes renovables a un 21%, España del 14% al 20% y países como Noruega e Islandia contando ya en 2021 con un porcentaje superior al 70% y 80% respectivamente

Un ejemplo más son los datos más recientes de Eurostat (2021) sobre producción bruta de electricidad (en GWh): señalan a las fuentes renovables y biocombustibles como la mayor fuente generadora, mostrando un buen rumbo hacia la transición energética.

 

Fuente: Elaboración propia a partir de Simplified energy balances. Eurostat.

El gas natural se esfuma y las fuentes renovables de calor más almacenamiento térmico se consolidan

A pesar de la tendencia creciente de los mercados y sectores hacia fuentes de energía sostenibles y limpias, tanto en generación eléctrica como térmica, las fuentes renovables a menudo producen excedentes temporales (oferta superior a la demanda), siendo este excedente una oportunidad siempre y cuando pudiera almacenarse. Es en este punto es donde el almacenamiento de energía desempeñará un papel fundamental, ya sea mediante baterías eléctricas, sistemas de almacenamiento térmicos y otros, como el almacenamiento en gravedad y centrales de bombeo reversible de agua. Por su parte, las soluciones de almacenamiento térmico representan una innovación crucial para la descarbonización, ya que nos permiten eliminar por completo la necesidad de utilizar gas (y otros combustibles fósiles) incluso por la noche, contribuyendo así a alcanzar la tan ansiada independencia energética al 100%. Su despliegue industrial hará de las fuentes renovables líderes en producción de calor, las importaciones de gas natural se ralentizarán y no habrá tanta incertidumbre respecto a suministro energético.

Proyectos y más proyectos

La demanda del mercado de soluciones tecnológicas de almacenamiento térmico está permitiendo el despliegue de un gran número de proyectos en fase de demostración o pre comercial que supondrán una aceleración imparable para la introducción de estos sistemas de manera integral y transversal a escala industrial. He aquí algunos proyectos destacables y recientes:
  • Proyecto Norbis Park: se han inaugurado sistemas de almacenamiento térmico de 18MWh para calefacción urbana en el complejo de centrales eléctricas Norbis Park, siendo conjuntamente la central de Nordjylland. Aalborg Forsyning es la utility propietaria del complejo, y su objetivo es la transición hacia la energía verde.
  • Una gigafactoría de almacenamiento térmico ha sido construida en Israel con el fin de producir 4GWh de energía térmica para finales de 2023. Además, el Hospital Wolfston ha incorporado la tecnología con un presupuesto de 3,7 millones de dólares estadounidenses para sustituir el sistema de calefacción en el hospital público de Tel Aviv.
  • La apertura de una planta de 4MW de solar fotovoltaica junto con almacenamiento térmico de 50MWh en Victoria, Australia. Esta planta puede almacenar el calor durante 17 horas.
  • Avery Dennison, una empresa holandesa que manufactura materiales y embalajes ha abierto en Bélgica probablemente la mayor planta de generación de energía termosolar concentrada en Europa. Esta planta contiene 6 módulos de almacenamiento térmico y proporciona calor industrial hasta 2,7 GWh equivalentes de consumo de gas. Su uso estará mayoritariamente concentrado en sus hornos industriales para fabricar materiales adhesivos.
  • Lake Sustainable Energy Precinct es un plan de recinto en Lake Cargelligo, New South Wales, Australia con valor de 18,6 millones de dólares estadounidenses para generar energía renovable. Este recinto consiste en 5MW de energía solar junto con sistemas de almacenamiento de energía, entre ellas la energía térmica para calefacción, refrigeración y secado. La energía se empleará en operaciones agrícolas como invernaderos o piscifactorías.

El papel de CADE en esta revolución tecnológica

CADE es una compañía líder e independiente en ingeniería, consultoría y tecnología, capaz de dar servicios especializados a sus clientes en cualquier parte del mundo y de desplegar soluciones tecnológicas e innovadoras, para liderar la transición hacia una industria descarbonizada, digital y sostenible.

Desde 2009, CADE desarrolla actividades de Investigación, Desarrollo e Innovación (I+D+i) en torno a nuevas tecnologías disruptivas y aplicaciones industriales relacionadas con energías renovables e industrias de tecnología limpia. Por ello, la empresa ha desarrollado la tecnología solidTES de almacenamiento térmico en sólidos, siendo esta la clave para una industria 100% renovable, permitiendo una mayor cobertura para los sistemas de generación de energía renovable y brindan flexibilidad en la gestión de la energía.

solidTES permite gestionar a demanda de manera inteligente un mix energético variable (eléctrico y térmico), ofreciendo coberturas renovables de hasta el 100%. La solución integrada y descarbonizada que permite la independencia energética de fuentes fósiles.

La evolución de esta tecnología ha tenido diferentes hitos:

  • Proyecto EDITOR (2016): CADE desarrolló una planta demostración con sistema prototipo de almacenamiento térmico basado en tecnología solidTES con carga termosolar para suministro de vapor a proceso para Kean Soft Drinks Ltd. en Limasol, Chipre. El sistema está basado en un haz de tubos(a través de los cuales circula un fluido térmico de alta temperatura) embebidos en una matriz de material compuesto de alto rendimiento térmico (similar al hormigón), cuya composición varía según el rango de temperatura operativa requerido (hasta 400ºC). Su potencia y capacidad son de 125 kW th / 600 kWh th, y está en funcionamiento desde 2018.
  • Proyecto TES4Trig (2021). El sistema de almacenamiento térmico solidTES de segunda generación hecho por CADE para este proyecto puede manejar temperaturas de hasta 400 ºC y se basa en áridos como material de almacenamiento de calor, y aire como fluido de transferencia de calor. Este TES absorbe los excedentes de generación de un campo solar de colectores cilindro-parabólicos y los cede posteriormente a un ciclo rankine orgánico que es capaz de suministrar electricidad, refrigeración y calefacción a un edificio de oficinas (trigeneración). Su potencia y capacidad es de 75 kW th/ 400 kW th y lleva en funcionamiento desde 2023.
  • Por último, en 2023 con el desarrollo de los sistemas de almacenamiento térmico monolit-e y megalit-e, con materiales de almacenamiento tanto innovadores como de bajo coste como son los sólidos, que retienen estos excedentes (en horarios en donde el precio de la electricidad sea bajo) en forma de calor de alta temperatura durante horas para después poder utilizarlo en procesos industriales cuando los precios de la electricidad estén al alza. Además, con estos sistemas, la energía térmica se gestionaría de forma eficiente bajo un sistema de control inteligente basado en un algoritmo de aprendizaje automático. (Con el Internet de las cosas (IoT), sería posible cambiar preferencias de gestión, dar órdenes al sistema o visualizar datos a tiempo real).

En resumen, la industria está encaminada hacia la descarbonización de la generación de calor industrial gracias a la implementación de estas soluciones de almacenamiento térmico. Aunque el uso del gas natural perdurará, la presión para reducir sus importaciones y abordar preocupaciones ambientales lo llevará a ser una fuente residual en la producción de calor, siendo remplazado por otras fuentes.

En la búsqueda de independencia energética, el almacenamiento térmico emerge como una apuesta clave. Aunque no es la tecnología más extendida en la actualidad, se espera que juegue un papel central en los procesos industriales y en el mercado de energía en un futuro muy cercano.

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