Bombas de calor gigantes diseñadas para calentar distritos enteros

Me dijeron que la tubería que alimentaba la bomba de calor, que extraía agua del río Rin en Alemania, era tan grande que se podía caminar directamente a través de ella.

“Prevemos tomar 10.000 litros por segundo”, dice Felix Hock, director de proyectos de la empresa energética MVV Environment, que describe las tuberías de 2 m de diámetro que aspiran el agua del río en Mannheim y la devuelven después de extraer calor del agua.

En octubre, la empresa matriz MVV Energy anunció su plan para construir módulos de bomba de calor más potentes. Dos unidades con una capacidad de 82,5 MW cada una.

Esto es suficiente para abastecer a los 40.000 hogares a través del sistema de calefacción urbana. MVV Energy tiene como objetivo construir el sistema en una central eléctrica alimentada por carbón que está en transición hacia tecnologías más limpias.

La escala de las bombas de calor estuvo determinada en parte por las limitaciones en el tamaño de la maquinaria que podía transportarse por las calles de Mannheim o, potencialmente, en barcazas a lo largo del Rin. “Aún no estamos seguros de eso”, dijo Hawke. “Puede venir por el río”.

Una persona familiarizada con el 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 a eso”.

Las bombas de calor absorben calor del aire, del suelo o, en este caso, de masas de agua. Los refrigerantes de las bombas de calor se evaporan cuando se calientan ligeramente.

Al comprimir el refrigerante, aumentas aún más ese calor. Un proceso similar ocurre en las bombas de calor diseñadas para abastecer a hogares individuales y, en una escala mucho mayor, en bombas de calor gigantes que abastecen a distritos enteros de la ciudad.

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

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

“Tenemos mucha presión para cambiar la producción de calor a nuevas fuentes, especialmente a fuentes renovables”, explicó Hauck al hablar del desmantelamiento de las unidades alimentadas con carbón en la central de Mannheim. El lugar está a orillas del Rin, ya cuenta con una abundante conexión a la red eléctrica y está conectado a la red de calefacción urbana, por lo que tiene sentido instalar aquí bombas 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, utilizados para comprimir combustibles fósiles para su almacenamiento o transporte, por ejemplo.

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, entren en pleno funcionamiento en el invierno de 2028-29. Hawke señala que un sistema de filtración de múltiples etapas evita que las bombas de calor succionen los peces del río y que el sistema de modelado afecta la temperatura promedio del río en menos de 0,1°C.

Estas instalaciones no son baratas. La instalación de la bomba de calor de Mannheim costó 200 millones de euros (2,3 millones de dólares; 176 millones de libras esterlinas). El señor de Rougemont, de Everllence, dice que en su empresa los equipos de bombas de calor cuestan alrededor de 500.000 euros por megavatio de capacidad instalada, sin incluir el coste adicional de los edificios, la infraestructura asociada, etc.

Everllence está trabajando actualmente en un proyecto en Aalborg, Dinamarca, que será 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, abasteciendo alrededor de un tercio de la demanda total de calefacción de la ciudad.

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

Los grandes tanques de almacenamiento de agua caliente, cada uno con capacidad para 200.000 metros cúbicos de líquido, dan al sistema una flexibilidad adicional, añade de Rougemont: “Cuando el precio de la electricidad es alto, apagas la bomba de calor y simplemente proporcionas calor del almacenamiento”.

“Las bombas de calor y los sistemas de calefacción urbana son muy adecuados”, afirma Veronika Wilk, del Instituto Tecnológico de Austria. Estos sistemas también pueden recoger calor de masas de agua o aguas residuales de plantas de tratamiento de aguas residuales.

Cuando se utilizan varias bombas de calor grandes en una red de calefacción urbana, se gana flexibilidad y eficiencia, afirma el Dr. Wilk. Puede hacer funcionar dos de las cuatro bombas de calor en otoño, cuando se necesita menos calor que en invierno.

Todos los sistemas mencionados hasta ahora funcionan con fuentes de agua, pero normalmente las bombas de calor de gran tamaño también pueden utilizar aire como fuente de calor. Incluso en una ciudad relativamente tranquila como Helsinki.

“Antes de Helsinki el mar era muy profundo”, explica Timo Aaltonen, vicepresidente senior de calefacción y refrigeración de la empresa energética Helen Oy. “Calculamos construir un túnel largo de más de 20 kilómetros hasta el mar, para conseguir que el agua tenga una temperatura lo suficientemente alta”.

Helsinki está en proceso de modernizar 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 alrededor del 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, mientras que las calderas eléctricas no pueden hacer esto y, por lo tanto, se consideran menos eficientes.

Le pregunté a Helen Oy por qué decidieron instalar cientos de megavatios de estas calderas, y Aaltonen dijo que son más baratas de instalar que las bombas de calor y que tenerlas significa que él y sus colegas no tienen que depender completamente del viento, que está limitado en términos de cuánto calor puede proporcionar a escala. Además, las calderas eléctricas ayudan a absorber el excedente de energías renovables y proporcionan una función de equilibrio de la red eléctrica, afirmó.

No hay bombas de calor en el Reino Unido que puedan rivalizar con los sistemas que se están desarrollando en Dinamarca, Alemania y Finlandia. Sin embargo, algunas nuevas redes de calefacción urbana están en camino, como la Exeter Energy Network, que abastece 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, cuya primera unidad estará operativa en 2028.

Keith Baker, de la Universidad Caledonian de Glasgow, que investiga los sistemas de calefacción urbana, dice que el Reino Unido tiene posibilidades de desarrollar aún más la tecnología. El agua de las minas no utilizadas, que mantiene una temperatura relativamente constante, Comenzó a suministrar Aquí están, por ejemplo, las grandes bombas de calor.

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