El almacenamiento de energía tiene aplicaciones prometedoras en edificios y generación de energía limpia. Aunque los medios de comunicación se han centrado recientemente en las baterías de iones de litio, existen otras formas viables de almacenamiento de energía, y un ejemplo es el almacenamiento de calor. Dado que la calefacción y el agua caliente representan una gran parte del consumo de energía en los edificios estadounidenses, las oportunidades para utilizar el almacenamiento de calor son abundantes.
Un sistema de almacenamiento de calor puede ser tan simple como un tanque de agua con un aislamiento eficaz, ya que el agua puede retener grandes cantidades de calor en un volumen compacto. Cuando un metro cúbico de agua reduce su temperatura 10°C, libera 41.870 kilojulios de calor, equivalente a 39.685 BTU. El agua caliente se puede utilizar directamente o puede proporcionar calefacción al espacio circulando a través de controladores de aire o tuberías de calor radiante.
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Aplicaciones de almacenamiento de agua caliente
Cuando los sistemas de calefacción utilizan gas natural o fueloil, su costo operativo no se ve afectado por el tiempo de uso: calentar 100 galones de agua cuesta lo mismo en cualquier momento. Sin embargo, la calefacción por combustión produce emisiones locales y la calefacción eléctrica de energía limpia se encuentra entre las alternativas propuestas para reducir la contaminación de los edificios.
La calefacción eléctrica es sensible al tiempo de uso, a diferencia de la calefacción por combustión, y su uso puede resultar muy caro si no se gestiona adecuadamente:
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Los consumidores de energía con tarifas por tiempo de uso pagan un precio muy alto por kilovatio-hora durante las horas pico de demanda.
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A los grandes consumidores con cargo por demanda se les cobra por sus mayores picos de consumo, además del cargo normal por la cantidad de energía utilizada.
La calefacción por resistencia eléctrica existe desde hace décadas, pero su costo operativo es alto porque cada kilovatio de producción de calefacción requiere un kilovatio de electricidad. Por otro lado, las bombas de calor eléctricas aportan entre 2 y 6 kilovatios de calor por cada kilovatio de electricidad. El coeficiente de rendimiento (COP) depende del tipo específico de bomba de calor, su diseño y sus condiciones de funcionamiento:
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Las bombas de calor de fuente terrestre son más eficientes energéticamente que las bombas de calor de fuente de aire.
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La eficiencia de la bomba de calor se reduce gradualmente a medida que baja la temperatura exterior.
La calefacción de espacios y el agua caliente sanitaria tienen un impacto ambiental mínimo cuando se utilizan bombas de calor alimentadas por electricidad de bajo costo procedente de turbinas eólicas y parques solares. La principal desventaja de esta configuración es la producción variable de los sistemas de energía solar y eólica, pero el almacenamiento de agua caliente puede equilibrar el suministro de energía y las necesidades de calefacción.
Como la electricidad es mucho más fácil de transportar que el agua, el lugar ideal para almacenar agua caliente es cerca del punto de uso. Cuando un tanque de agua caliente está lejos del punto de uso, el bombeo puede provocar un aumento significativo en los costos operativos. Tenga en cuenta también que las tuberías más largas provocan mayores pérdidas de calor.
Almacenamiento de calor a escala de servicios públicos
El almacenamiento de calor distribuido es una mejora viable para los sistemas de calefacción de espacios y de agua caliente sanitaria. Sin embargo, el almacenamiento de calor también se ha probado a escala de servicios públicos junto con la energía solar concentrada (CSP).
A diferencia de un conjunto fotovoltaico, que utiliza módulos solares, una instalación CSP concentra la luz solar con espejos. El intenso calentamiento localizado es suficiente para accionar una turbina de vapor y un generador:
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El calor concentrado derrite una sal especial, normalmente nitrato de sodio o nitrato de potasio.
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La sal fundida viaja a un intercambiador de calor, donde hierve el agua hasta convertirla en vapor para impulsar las turbinas.
Con esta configuración, la sal fundida se almacena en recipientes refractarios, donde retiene el calor durante largos periodos. De esta manera, el sistema puede seguir produciendo vapor para las turbinas incluso cuando no hay luz solar. Aunque los paneles fotovoltaicos ofrecen un coste de electricidad más bajo que los sistemas CSP de sales fundidas, no pueden proporcionar energía eléctrica según la demanda.
A diferencia de los conjuntos fotovoltaicos, las estaciones CSP requieren una gran escala para ser económicamente viables. Para el propietario de un edificio que busca maximizar el uso de energía renovable, un sistema solar fotovoltaico con almacenamiento de energía ofrece la flexibilidad de reducir su escala. Las estaciones CSP para autogeneración son posibles para usuarios que alcancen la escala de megavatios; los grandes parques industriales serían candidatos viables.
Este concepto es todavía relativamente nuevo y sólo se ha implementado en unas pocas centrales eléctricas en todo el mundo. La primera aplicación comercial de CSP con almacenamiento de calor en EE. UU. fue la planta Crescent Dunes de 110 MW en Nevada.
Conclusión
El almacenamiento de calor permite un mayor uso de energía limpia en aplicaciones de calefacción de espacios y agua caliente sanitaria, que tradicionalmente dependen de la combustión. El almacenamiento de agua caliente puede lograr sinergia con las bombas de calor, que proporcionan entre 2 y 6 kWh de calor por cada kWh de electricidad consumido. Aunque el almacenamiento de calor también se puede utilizar con calentadores de resistencia convencionales, el sistema resulta ineficiente y costoso de operar.
La sal fundida se ha utilizado con éxito como medio de almacenamiento de calor en la generación a gran escala, ya que puede producir vapor incluso cuando no hay una fuente de calor disponible. La sal fundida se ha utilizado para generar generación nocturna en plantas de energía solar concentrada y también puede capturar el calor del almacenamiento de energía en aire comprimido, otra tecnología emergente.
