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Descarbonización de la demanda térmica de entornos industriales

proyecto decartherm

17/04/2024 El pacto verde europeo marca la dirección respecto a las políticas y estrategias a poner en marcha para alcanzar la neutralidad climática en Europa en 2050, fijándose para ello ambiciosos objetivos de mejora de la eficiencia energética, uso de energías renovables y reducción de las emisiones de GEI.  En este sentido, cabe destacar que los usos de energía térmica (calentamiento de agua y calefacción, refrigeración, calor de procesos industriales) representan aproximadamente la mitad del total de la energía demandada, siendo por tanto fundamental mejorar la eficiencia y la descarbonización en este ámbito.  Facilitar a las empresas, a la actividad productiva industrial, así como la relacionada con el hábitat y servicios, mecanismos efectivos para la puesta en marcha de soluciones que contribuyan a mejorar la sostenibilidad de los sistemas térmicos resulta pues fundamental para conseguir avanzar hacia la neutralidad.

Con este objetivo, el proyecto Decartherm, llevado a cabo por el Instituto Tecnológico de la Energía (ITE) y financiado por el Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial (IVACE+I), con número de expediente IMDEEA/2023/54, y con cofinanciación de la Unión Europea a través del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER), se centra en el desarrollo de una metodología sistematizada de análisis y detección de puntos de mejora de escenarios de descarbonización de la demanda térmica mediante:

  • La caracterización energética relacionándola con la productividad de los procesos y de las actividades de los pilotos que aborda, entre los que se encuentran de dos tipologías: procesos industriales de manufactura y entorno de edificación con alta demanda térmica.
  • Desarrollo del modelado y mecanismos de simulación de sistemas de generación y almacenamiento térmico para los entornos piloto mencionados.
  • Diseño de estrategias de gestión inteligente dirigidas a optimizar el balance energético, económico y medioambiental final.

Como se ha avanzado, el proyecto se focaliza en instalaciones industriales y edificios de uso terciario, debido a que son dos de los entornos que presentan mayor consumo de energía térmica a nivel de procesos productivos y de servicios de climatización, resultando una metodología que será adaptable a ambos ámbitos de aplicación, así como a distintas estrategias de descarbonización de las empresas.  Siguiendo los retos de descarbonización que marcan las directrices europeas de lucha contra el cambio climático, los sectores con mayor demanda de energía, como los anteriormente indicados, se enfrentan a la necesidad de acometer medidas urgentes para reducir a corto plazo su huella de carbono, resultando en ocasiones complicado para las empresas planificar adecuadamente estrategias de reducción debido al desconocimiento de tecnologías eficaces y viables así como a la falta de diagnósticos que identifiquen los puntos críticos a abordar. En este sentido, el proyecto proporcionará una herramienta de apoyo para la detección, planificación y toma de decisiones fundamentada de cara a implementar actuaciones para la transición hacia modelos energéticos más sostenibles y neutros.

La aplicación de las soluciones recomendadas por la herramienta permitirá a las empresas obtener significativos ahorros en el consumo de energía final, así como en el consumo de energía primaria y su huella de carbono, con una consecuente reducción del coste económico asociado al uso energético.  Cabe destacar que, en empresas industriales analizadas en el marco del proyecto se han identificado consumos de energía destinados a la generación de energía térmica que alcanzan hasta el 80% del consumo global, existiendo un elevado margen de mejora y ahorro.

Esquema conceptual proyecto Decartherm. Fuente: ITE

Como primera etapa, se ha desarrollado un procedimiento de caracterización de la demanda térmica de las empresas, contemplando el desarrollo procedimental y parámetros necesarios para poder determinar el perfil de demanda térmica de los usuarios, a partir del análisis de las instalaciones existentes, requerimientos operativos, recursos energéticos disponibles, fuentes de calor residual o patrones de consumo, entre otros.  Estandarizar el proceso de caracterización de la demanda permitirá replicar el método en diferentes empresas de los sectores analizados de manera ágil. Los resultados de esta etapa son fundamentales para llevar a cabo un adecuado dimensionamiento de los equipos de generación y almacenamiento térmicos, tanto de la situación de partida como de los distintos escenarios de mejora a evaluar.

Así, haciendo uso del perfil específico de demanda térmica obtenido se identificarán las mejores alternativas que contribuyan a la descarbonización del sistema y a la mejora de la eficiencia energética, generando un impacto positivo directo en el entorno. Para llevar a cabo esta identificación se diseñan y desarrollan modelos de simulación especializados que tendrán en cuenta el perfil de demanda térmica y las condiciones de contorno que afectan al caso de aplicación para obtener las mejores alternativas de descarbonización, tanto en el entorno industrial como terciario. Posteriormente el sistema establece una optimización y una serie de mejoras posibles a aplicar, y sus impactos.

En este sentido, a partir del análisis de la situación base térmica del entorno en estudio y la localización de oportunidades de descarbonización, que posibilita la metodología y sistema de análisis inteligente planteado, las empresas dispondrán de indicadores energéticos, económicos y ambientales con los que identificarán las ventajas de implementar diferentes soluciones tecnológicas apoyadas en el almacenamiento térmico, así como las posibilidades de optimización que les ofrece el control inteligente de estos sistemas.  Siendo los sistemas de almacenamiento térmico tecnologías prometedoras para contribuir a la descarbonización y eficiencia energética de sectores con elevado consumo energético, como los abordados. También pudiendo contribuir en la flexibilidad de dichos sistemas térmicos y optimizar el aprovechamiento de la energía procedente de fuentes renovables.

Con la creación y aplicación de esta metodología y sistema de análisis, se espera vencer algunas barreras en cuanto a la detección y cuantificación de puntos de mejora en la aplicación de los sistemas térmicos, asimismo del reaprovechamiento de fuentes de calor residuales, en los escenarios mencionados. Y, en este sentido, se pretende aportar una solución que permita sistematizar y agilizar el dimensionamiento y estudio de viabilidad de soluciones de descarbonización térmica (y, específicamente, las basadas en el almacenamiento térmico).

A este respecto, uno de los retos que aborda la ejecución del proyecto es revertir la situación detectada de alto potencial de los sistemas de almacenamiento térmico para mejorar la eficiencia, pero su muy baja implementación.  Así, se considera que los usuarios del sistema, con la información obtenida del mismo, dispongan de referencias sólidas y personalizadas acerca de la aplicabilidad de diferentes mejoras e impactos a obtener; y con ello, subsanar la desconfianza del usuario final en cuanto a la determinación de la rentabilidad de la aplicación de este tipo de soluciones. Por ejemplo, por falta de seguridad para asumir inversiones en relación con su coste beneficio.

El proyecto, que se encuentra actualmente en desarrollo por parte de ITE, cuenta con la colaboración activa de diferentes empresas destinatarias de la solución, desde fabricantes de equipos térmicos, ingenierías especializadas y empresas de arquitectura y urbanismo, hasta beneficiarios finales del sector industrial y terciario.

Proyecto DECARTHERM “Descarbonización mediante sistemas con almacenamiento térmico aplicada a edificación y procesos industriales con alta demanda energética”. Llevado a cabo por el Instituto Tecnológico de la Energía (ITE), financiado por el Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial (IVACE+ I), con número de expediente IMDEEA/2023/54, y con la cofinanciación de la Unión Europea a través del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) dentro del  Programa Operativo FEDER de la Comunitat Valenciana 2021-2027

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