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La geotermia es clave para el consumo sostenible de biomasa en la calefacción urbana danesa

Christiansborg, Copenhagen, Denmark (source: flickr/ Maria Eklind, creative commons)
carlos Jorquera carlos Jorquera 9 Sep 2020

Para garantizar un acercamiento verde y sostenible al calor distrital en Dinamarca, se requiere de energía geotérmica. Para esto se requiere del impulso para introducir condiciones regulatorias y económicas para potenciar sistemas de calefacción geotérmicas de gran escala.

En un artículo de opinión publicado recientemente en la publicación “Ingeniøren – grid tech”, Susanne Poulsen, directora técnica de A.P. Moller Holding Geothermal describe cómo la calefacción geotérmica puede allanar el camino para el consumo de biomasa sostenible y producida localmente para la calefacción de distrito en Dinamarca. A continuación, puede leer su opinión.

Tenemos que acabar con el uso de carbón en nuestro sistema de producción de calor y reducir significativamente el uso de biomasa a niveles más sostenibles. La pregunta clave que surge entonces es qué fuentes de calor serán su reemplazo adecuado. La respuesta está en combinar diferentes fuentes verdes. Sin geotermia, el calor verde del núcleo de la tierra, no alcanzaremos este objetivo. Las grandes bombas de calor, que extraen calor del agua de mar o del aire, son excelentes fuentes de calor; sin embargo, no pueden suministrar suficiente calor para facilitar la eliminación gradual del carbón y reducir el consumo de biomasa. Dicho sin rodeos, si la geotermia no forma parte de la combinación energética del mañana, no habrá suficientes fuentes de calor sostenibles. Por lo tanto, alentamos la rápida introducción de condiciones marco regulatorias y económicas en apoyo de la calefacción geotérmica a gran escala.

Antes del receso de verano, una amplia mayoría de partidos políticos en el parlamento danés (Folketinget) acordaron una larga lista de temas relacionados con el clima, que se espera que se negocien en detalle este otoño.

Hoy en día, la biomasa sólida representa aproximadamente dos tercios de la energía renovable en el sistema energético danés, respaldado por el enfoque estadístico, de acuerdo con las normas de la ONU y la UE, que cuentan las emisiones de carbono de la quema de biomasa como cero en el clima danés. Sin embargo, el grupo de expertos danés CONCITO ha declarado que las emisiones de carbono danesas reales derivadas de la quema directa de biomasa son de 14 millones de toneladas al año, con repercusiones negativas en la biodiversidad mundial.

Según CONCITO, los recursos de biomasa sostenible son muy limitados y “el recurso de biomasa sostenible por persona a nivel mundial es aproximadamente un tercio de lo que quemamos por danés hoy”. En otras palabras, necesitamos reducir nuestro consumo de biomasa en dos tercios para que sea verdaderamente sostenible. La pregunta que entonces pide respuesta es ¿de dónde vendrá el calor?

La solución verde es una combinación de muchas fuentes de energía.

En nuestra opinión, existen dos soluciones distintas según el lugar donde viva: una solución para hogares individuales fuera de las principales ciudades y otra solución para ciudades donde ya existe un sistema de calefacción de distrito y/o un gran número de consumidores de calor. Para áreas menos densamente pobladas, las bombas de calor individuales probablemente podrían ser la opción obvia. Sin embargo, las bombas de calor individuales no son agradables a la vista ni al oído, por ruidosas y grandes que sean, por lo que la calefacción urbana es la mejor opción para las ciudades más grandes.

Picture: Effect curve for future heat production system. The white and dashed area
indicates the energy that cannot be produced without imported biomass. (source: AP Moller Holding Geothermal)

Las empresas de calefacción urbana dependen en gran medida de la incineración de residuos, el exceso de suministro de calor de las centrales eléctricas y la biomasa. En resumen, hasta ahora, las empresas de calefacción urbana han producido principalmente calor prendiendo fuego a algo, ya sea carbón, desechos, paja, madera, petróleo o gas. Todas estas son fuentes emisoras de carbono, cuando se queman, por lo que deben reducirse tanto como sea posible, si no eliminadas por completo, de nuestro suministro de calor.

En Dinamarca, una amplia mayoría parlamentaria acordó en junio que los residuos, en una medida mucho mayor que en la actualidad, deberían reciclarse o reciclarse. Esto, a su vez, significará menos calor proveniente de la incineración de desechos. También se acordó fomentar el uso de excedentes de calor y grandes bombas de calor, lo que sin duda es un buen avance.

Sin embargo, el desafío es que la cantidad de calor que generarán las bombas de calor, que funcionan con la energía del agua del mar o del aire, es inadecuada.

Durante los fríos meses de invierno, las bombas de calor se verán severamente desafiadas por la baja temperatura del agua de mar y del aire, o por el hecho de que el agua de mar adecuada no esté disponible en las cantidades requeridas y, por lo tanto, no pueda suministrar suficiente calor.

Por lo tanto, elegir solo bombas de calor grandes, basadas en fuentes de energía locales en forma de aire y agua, presentará un riesgo de suministro. La bomba de calor de agua de mar más grande actualmente en funcionamiento en Dinamarca solo entrega alrededor del 1 % del calor que necesita Aarhus, la segunda ciudad más grande de Dinamarca.

Además de los desafíos tecnológicos de la ampliación de grandes bombas de calor, podría ser relevante considerar cuestiones medioambientales relacionadas con la refrigeración a gran escala del entorno marino local, o relacionados con el ruido y el tamaño de las instalaciones de bombas de calor aire-agua en ciudades.

En otras palabras, las grandes bombas de calor basadas en aire y agua de mar no pueden por sí solas abordar el desafío de la producción de calor verde. Ciertamente es parte de la solución, pero no es la solución completa.

Solo la geotermia puede reemplazar la biomasa en la carga base e intermedia

La carga máxima, es decir, la energía requerida para cubrir la demanda de calefacción urbana cuando la demanda de calor es la más alta, puede cubrirse, como es el caso hoy, mediante el uso de cartuchos de (bio) gas o eléctricos que son baratos de construir, pero costosos de operar y son por tanto óptimos para cargas máximas. Además, la biomasa local, como la paja y las astillas de madera, puede formar la parte superior de la carga intermedia en el sistema. Sin embargo, actualmente no existen otras alternativas a la biomasa importada, cuando se trata del resto de la carga intermedia y partes de la carga base en el sistema de calefacción urbana.

Picture: Effect curve for future heat production system where base and intermediate load is supplied by geothermal and heat storage. The effect demand in the district heating system is the area under the dashed line. The heat
produced during the summer is used during the winter using heat storage. (source: AP Moller Holding Geothermal)

Curva de efecto para el futuro sistema de producción de calor donde la carga base e intermedia se suministra mediante almacenamiento de calor y geotermia. La demanda de efecto en el sistema de calefacción de distrito es el área debajo de la línea discontinua. El calor producido durante el verano se aprovecha durante el invierno mediante almacenamiento de calor.

Aquí es donde la calefacción geotérmica es la clave para el suministro de calor sostenible del mañana. La geotermia puede ser la fuente de energía que llena gran parte del vacío energético del sistema. De hecho, la geotermia es en la actualidad la única fuente de energía, además de la biomasa, que puede suministrar la energía necesaria al sistema y, por lo tanto, la geotermia juega un papel clave en la transición al suministro de calor verde en las áreas geográficas donde el agua caliente está suficientemente presente. en el metro.

La ventaja de la calefacción geotérmica es que la temperatura de la fuente de energía es constante (a diferencia del agua de mar y el aire).

La temperatura de la tierra está entre 40 ° C y 80 ° C a una profundidad de entre uno y tres kilómetros y constituye la ventana de profundidad donde se puede producir agua geotérmica si existen reservorios.

La cantidad de energía disponible de los depósitos subterráneos es grande y, cuando está presente, podría cubrir hasta el 30 por ciento de la demanda de efecto total de una red de calefacción urbana y hasta el 50 por ciento de la demanda de energía.

Además, una vez que se ha realizado la inversión de capital en plantas y pozos geotérmicos, la producción de calor geotérmico tiene bajos costos operativos, lo que la hace operativa competitiva con las bombas de calor de aire y agua de mar. Durante los meses de verano, cuando la demanda de calefacción urbana puede cubrirse principalmente con fuentes como energía solar y bombas de agua de mar, el exceso de calor geotérmico puede almacenarse en grandes pozos de agua caliente y servir como respaldo durante el verano o guardarse para uso en invierno. Esta combinación logra una mayor seguridad de suministro y una combinación energética más ecológica.

Este es el momento de crear el sistema de calefacción de distrito verde del futuro.

De cara al 2030, la visión es clara. Necesitamos eliminar el carbón y limitar el uso de biomasa a un nivel en el que la biomasa utilizada se presente principalmente en forma de paja o astillas de madera producidas localmente. Necesitamos electrificar la calefacción urbana y utilizar una variedad de fuentes de energía verde que juntas nos brinden la seguridad energética, de precios y de suministro que el carbón nos ha brindado durante muchos años.

Después de 2040, se prevén más fuentes de energía. Observamos que hay planes de incorporar gradualmente sistemas PtX a gran escala en combinación con tecnologías de captura y utilización de carbono (CCU). Los sistemas PtX generarán un exceso de calor a partir de la energía de la turbina eólica, que requieren, cuando producen combustibles verdes. Sin embargo, la producción de calor es en principio un subproducto no deseado de los procesos PtX: cuanto más ineficaces son los procesos PtX, más exceso de calor generan. A medida que se mejore la tecnología PtX en los próximos años, el exceso de calor de PtX disminuirá. El alcance y el momento del futuro exceso de calor de los procesos PtX son inciertos, mientras que la calefacción geotérmica es la única alternativa a gran escala lista para usar al calor de biomasa importado. Curva de efecto para el futuro sistema de producción de calor donde la carga base e intermedia se suministra mediante almacenamiento de calor y geotermia. La demanda de efecto en el sistema de calefacción de distrito es el área debajo de la línea discontinua. El calor producido durante el verano se aprovecha durante el invierno mediante almacenamiento de calor.

Tenemos la oportunidad en Dinamarca de crear un sistema de calefacción de distrito integrado, eficiente y ecológico; ahora los políticos deben crear el marco regulatorio y económico para que podamos comenzar.

Fuente: A.P. Moller Holding Geothermal / ThninkGeoEnergy