El proyecto europeo RELaTED, perteneciente al programa Horizonte 2020, ha demostrado satisfactoriamente la viabilidad de una nueva generación de sistemas de calefacción urbana de ultra baja temperatura. En conjunto, los cuatro proyectos piloto de demostración llevados a cabo dentro de esta iniciativa lograron ahorros energéticos directos al reducir las pérdidas térmicas en hasta 570 MWh/año, con más de 10 GWh/año proporcionados por la inyección de calor residual.
Los casos prácticos se llevaron a cabo en cuatro emplazamientos, que ofrecían diferentes condiciones climáticas, infraestructuras y densidad urbana. Estos proyectos piloto incluyeron una gran red de calefacción urbana en Serbia, un nuevo desarrollo urbano en Dinamarca, una red de calefacción urbana funcional en Estonia y una red de calefacción urbana corporativa en España.
El proyecto estuvo coordinado por la Fundación Tecnalia Research & Innovation y contó con la participación de 14 socios, cinco de ellos españoles: Tecnalia, Ente Vasco de la Energía, Taller de Comunicación, Gobierno Vasco e Innometal. El proyecto, que finalizó el 30 de junio de 2022, contó con un presupuesto general de 4.650.631,53 euros con una aportación de la UE de 3.943.251,26 euros.
Resultados en materia de eficiencia energética
Según se desprende de los estudios realizados a través del proyecto RELaTED, la utilización de las energías renovables ha aumentado un 350% y se ha reducido el consumo de gas natural. También se ha reducido el consumo de electricidad porque las nuevas bombas de calor tienen un rendimiento mucho más alto, entre un 50 y un 60%.
Además, las emisiones de CO2 a la atmósfera se han reducido un 35%. En términos económicos se estima que el ahorro anual rondará los 9.000 euros. Estos resultados demuestran que la temperatura de distribución a 35 grados, que no había sido testada hasta ese momento, ofrece ventajas en materia de eficiencia energética y sostenibilidad.
Entre los resultados concretos obtenidos por RELaTED destacan además que el uso de Red de Temperatura Ultrabaja (ULT) y RES en sistemas de calefacción urbana (DH) ha conseguido ahorros de energía final de 570 MWh/año; el impacto de todas las intervenciones en RELaTED dio como resultado un ahorro económico de 7,5 millones de euros; proporcionó una mayor participación de fuentes residuales y renovables de energía térmica en el suministro de la demanda de calefacción; y permitió la replicación por parte de las redes de DH de los socios RELaTED, los operadores de DH, los socios institucionales y de investigación. Finalmente obtuvo la replicación por parte de terceros en la comunidad DH.
Sistema de calefacción urbana implantado en España
El innovador sistema de calefacción urbana implantado en el complejo de la Ertzaintza en Iurreta (Bizkaia) puede distribuir calor a una calefacción de distrito a ultra baja temperatura, lo que posibilita ahorrar energía y extender el uso de las energías renovables.
Se trata de una district heating (calefacción urbana) que suministra agua caliente sanitaria, así como calefacción y refrigeración a un complejo compuesto por un total de 14 edificios de varias plantas con diferentes características y usos. Las necesidades de calor del complejo se cubren mediante un sistema centralizado de producción de calor con una potencia total instalada de 650 kW, operativo a 80/60ºC, que suministra calefacción a los espacios y agua caliente sanitaria.
Además del sistema centralizado, se utilizan varias bombas de calor independientes para atender a un pequeño subconjunto de edificios pequeños. Varios edificios del campus están equipados con sistemas de refrigeración compuestos por enfriadores conectados a sistemas fan-coil.
Dentro del proyecto RELaTED se han realizado cinco actividades fundamentales. Se trata de la conversión ULT de la red DH, con conversión LT de los sistemas de suministro de calor dentro de los edificios. Se han adaptado las temperaturas de operación en la red de distribución principal a~40-45ºC. Los sistemas de distribución en edificios que requieren una temperatura de distribución más alta han sido alimentados por medio de DHRHP para permitir temperaturas de servicio en el rango de ~50-55ºC.
Además, se ha integrado el sistema Biltst en muros expuestos Sur, y el DHRHPs en edificios equipados con plantas de refrigeración. Por otro lado, se ha densificado la red de DH con la conexión de plantas de climatización actualmente aisladas. Finalmente se han adaptado las estrategias de control para asegurar el máximo aprovechamiento de la capacidad de Bilst y bomba de calor.
Casos de éxito en Serbia, Dinamarca y Estonia
Además del caso de éxito español, el proyecto RELaTED ha sido probado en otros tres países más: Serbia, Dinamarca y Estonia con resultados positivos en todos ellos. La red de calefacción urbana de Belgrado (Serbia) comprende 750 km y entrega 3.500 GWh a aproximadamente el 50% de la ciudad. La ciudad de Belgrado cuenta con el servicio de calefacción urbana operado por Beoelektrane.
Dentro de RELaTED, Beoelek ha implementado cuatro actividades de conversión a la red de calefacción urbana en Belgrado. Se trata de la conversión a baja temperatura de una subred que comprende varios hogares y edificios de apartamentos con niveles de aislamiento modernos. En esta conversión se han alcanzado niveles de temperatura de red de ~50-55ºC.
Otras actuaciones son la conexión de gran planta de producción de calor solar; la planificación, licitación y construcción de una planta de cogeneración de 10MW de potencia eléctrica con una potencia calorífica estimada de 64.000MWt/año; y la promoción de la adopción de nuevas tecnologías desarrolladas por clientes y socios conectados a la red DH de Belgrado.
En cuanto a Dinamarca, se propuso mostrar el concepto ULT DH en un nuevo desarrollo urbanístico en Vinge, donde se iban a construir 36 casas adosadas interconectadas (con conexión obligatoria) y 23 viviendas unifamiliares (con conexión voluntaria). Debido a razones externas al consorcio RELaTED, la capacidad de demostración de Vinge se redujo en gran medida en relación con la integración de las tecnologías del proyecto en los edificios.
Se utilizó una vivienda unifamiliar alternativa en DTI (Energy Flexhouse) como ubicación equivalente. En las Casas Energy Flex, se probaron los impulsores 3FS, DHRHP, BILTST y DHW en condiciones de contorno realistas, conectados a la red de DH que da servicio a las dos casas (una está habitada). También se estudiaron esquemas de flexibilidad en relación con las señales de precio y los niveles de temperatura de flujo de DH. Los resultados mostraron la viabilidad de estas tecnologías.
En el caso de Tartu (Estonia) cuenta con un sistema de calefacción de distrito de propiedad privada y operado por Gren. Anualmente se entregan 500GWh a más de 1.500 consumidores de la ciudad, el 94% de esta energía se obtiene a partir de biomasa y turba. Los principales consumidores son viviendas colectivas (49%), edificios industriales y comerciales (33%) y viviendas individuales (18%), con 40-60 nuevas conexiones a la red por año.
Dentro de RELaTED, Gren desarrolló cuatro implementaciones fundamentales. Se trata de la conversión ULT del área de red Tarkon-Tuglase DH compuesta por 54 consumidores que suman 4,3MW con una longitud de red de 4,6 km. Así, se han investigado las limitaciones técnicas de la red de DH y se han identificado escenarios de conversión técnica y económicamente viables asociados. La reducción de temperatura logró ahorros térmicos en el rango de 400MWh/año.
También ha realizado la conexión del exceso de calor de las aplicaciones de refrigeración a la red de DH, con una inyección total de 2,5 GWh en el primer año de funcionamiento; la conexión del exceso de calor de las aplicaciones de refrigeración a la red de DH; y la ejecución de un proyecto de réplica con el objetivo de recuperar calor del sistema cerrado de refrigeración de una planta CHP, con un potencial estimado de 1,3 MW de recuperación de calor y 10 GWh/año de calor producido.
Proceso de las redes de calefacción urbana
Las redes de calefacción urbana tuvieron que reducir su temperatura funcional para poder integrar fuentes industriales de calor de baja temperatura y asimilar una mayor proporción de fuentes de energía renovables.
Para lograr este objetivo, se discutieron diferentes opciones y barreras tecnológicas que incluían retos relacionados con la producción de agua caliente sanitaria y la garantía de niveles de comodidad adecuados, mientras que tecnologías viables incluían una nueva tecnología de subestación, la tecnología de bomba de calor, y la tecnología de sistemas solares térmicos integrados. A continuación, se demostró el concepto de redes de calefacción urbana de ultra baja temperatura integrados en los cuatro emplazamientos citados anteriormente.