¿Qué tiene que ver el abandono de la energía nuclear con los costes de calefacción?

Producción bruta de electricidad en Alemania en 2006
Fuente: Asociación Alemana de Industrias de la Energía y el Agua (BDEW)

Estimado señor o señora,

Nuestro gobierno federal acaba de aprobar una resolución:

•  Las siete centrales nucleares más antiguas de Alemania, que inicialmente se cerraron temporalmente tras la catástrofe nuclear japonesa, nunca volverán a conectarse a la red.
• La vida útil restante de las otras diez centrales nucleares se limitará a una fecha fija.
• La energía nuclear se eliminará definitivamente a finales de 2022, pero se mantendrá el impuesto sobre las barras de combustible nuclear.
• La búsqueda de un depósito definitivo se está intensificando y ampliando.
• Las redes eléctricas se ampliarán rápidamente para transportar la energía eólica del norte de Alemania al sur, por ejemplo. También se utilizarán cables subterráneos más caros.
• Los parques eólicos marinos, la energía hidroeléctrica y la geotérmica recibirán más subvenciones, mientras que se reducirán las de las plantas solares y los aerogeneradores terrestres. Al mismo tiempo, se sustituirán los aerogeneradores más antiguos por otros nuevos y más potentes.
• Además de las nuevas centrales de carbón y gas que ya se están construyendo, se añadirán otros 10 gigavatios de capacidad de centrales alimentadas con combustibles fósiles. Sin embargo, estas centrales deberán ser lo más eficientes y flexibles posible. No obstante, se mantendrán los objetivos nacionales de reducción de las emisiones de CO2.
• La financiación para la rehabilitación de edificios energéticamente eficientes aumentará inicialmente a 1.500 millones de euros anuales para los años 2012 a 2014. Además, las medidas para reducir el consumo de energía serán más fácilmente desgravables. De este modo, el Gobierno pretende que cada año se renueve el 2% del parque inmobiliario para ahorrar energía y reducir las emisiones de CO2.

Fuente: AFP, WELT ONLINE, WIKIPEDIA

¿Qué significa eso para nosotros?

Con efecto inmediato, prescindimos de siete de las últimas 17 o 41% de nuestras centrales nucleares, que aún representaban 23% de la producción bruta de electricidad en 2009 según la Asociación Alemana de Industrias de la Energía y el Agua (BDEW). Esto significa que ahora nos faltan unas buenas 9% de nuestra capacidad de generación de electricidad, que obviamente aún podemos cubrir sin problemas con las reservas existentes. Como actualmente no hay más capacidad eólica, hidroeléctrica, de residuos o fotovoltaica disponible, esta carencia tendrá que cubrirse probablemente con combustibles fósiles (2009: 57% de producción de electricidad) o biomasa (2009: 4% de producción de electricidad). Hay que tener en cuenta aquí que las capacidades de reserva de las centrales eléctricas sólo pueden utilizarse, no obstante, ¡a través de un mayor uso de combustibles! A la vista de la distribución, cabe suponer que actualmente más de 90% de la capacidad nuclear desconectada se cubre con el uso adicional de combustibles fósiles. Si en el futuro se quiere ampliar la capacidad de las centrales eléctricas alimentadas con combustibles fósiles de la forma más "eficiente y flexible" posible, esto sólo puede significar que debe aumentar sobre todo la cuota del gas natural (2009: 13% de la producción de electricidad), ya que las turbinas de gas son extremadamente flexibles y muy eficientes en combinación con las turbinas de vapor que se encuentran a continuación. Además, el gas es el combustible fósil con menos emisiones de CO2. Al mismo tiempo, también es la fuente de energía más importante para la calefacción de edificios en Alemania, especialmente para los hogares privados.

Conclusión: No sólo la calefacción con bombas de calor eléctricas será más cara; prepárese para el aumento de los costes de calefacción en general, incluso para el gas y el gasóleo. Invierta en su sistema de calefacción este verano para poder beneficiarse del ahorro ya el año que viene.

¿Por qué se necesitan las dos cosas: dos zonas de carga y dos zonas de descarga?

Que a estas alturas ya se ha corrido la voz...

es que la mejor estratificación posible lo es todo para un aprovechamiento eficaz de los acumuladores. Y es que sólo un acumulador lo mejor estratificado posible puede seguir absorbiendo calor cuando ya está relativamente lleno y liberarlo cuando ya está relativamente vacío. El secreto de esta ventaja reside en que, con una buena estratificación, el cilindro está siempre caliente arriba y siempre frío abajo (imagen, acumulador intermedio 2-4), mientras que el cilindro mixto está caliente de arriba abajo (imagen, acumulador intermedio 1). El límite entre caliente y frío debe ser lo más abrupto posible. Cuanto más lleno esté el cilindro, más bajo (imagen, búfer 3), cuanto más vacío esté, más alto (imagen, búfer 4) será este límite.

Estados de carga de los depósitos intermedios

En cualquier caso, un acumulador bien estratificado contiene la menor cantidad posible de agua caliente.

Un error que muchos siguen cometiendo

Muchos de nuestros clientes han descubierto que utilizando los conjuntos de descarga de doble zona rendeMIX 3×2 (para un circuito de calefacción) o rendeMIX 3×4 (para dos circuitos de calefacción), han podido mejorar la estratificación de sus tanques de almacenamiento intermedio de forma tan significativa que la eficiencia global de los sistemas de energía solar térmica ha aumentado notablemente y los operadores están muy satisfechos. Otros se han dado cuenta de que el conjunto de carga de dos zonas rendeMIX 2×3 (con refuerzo del flujo de retorno para una caldera de madera o una unidad de cogeneración) también les aporta notables beneficios. Sin embargo, sólo unos pocos se han dado cuenta de que es precisamente la combinación de ambos procesos, es decir, el uso simultáneo de carga de dos zonas y descarga de dos zonas, lo que impulsa al cilindro de inercia a un rendimiento máximo absoluto. Prescindir de uno de los dos procesos por el mero hecho de utilizar el otro significa conformarse con un resultado mucho peor.

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¿Por qué tiene tanto éxito la combinación de ambos métodos?

Ambos métodos se centran principalmente en el punto débil de todo cilindro, el agua caliente a media temperatura. Desgraciadamente, esto se crea una y otra vez por las inevitables turbulencias en el cilindro, que nunca pueden evitarse del todo, ni siquiera con el funcionamiento interno más sofisticado. Sin embargo, el uso sistemático y prioritario de esta agua caliente mezclada permite, en última instancia, "ordenar dinámicamente" el cilindro. Esto significa que se mejora la estratificación a medida que el calor se transporta por el cilindro. La suposición de que el cilindro tampón se carga primero por la fuente de calor y sólo después se descarga por los consumidores no es realista. De hecho, ambos procesos tienen lugar siempre de forma más o menos simultánea.

Ejemplo 1

Si una caldera de leña de 20 kW alimenta un sistema de 20 kW a través de un acumulador intermedio, el contenido calorífico del acumulador permanece constante. No obstante, la carga y descarga simultáneas del cilindro mediante el método de dos zonas significa que se elimina toda el agua caliente mezclada y se reconstruye por completo la estratificación del cilindro.

Ejemplo 2

Si el consumo de energía aumenta por encima de 20 kW, el cilindro tampón se vacía lenta pero inexorablemente, ya que la energía que falta se toma de su suministro de calor.

Ejemplo 3

Si el consumo de energía es inferior a 20 kW, el acumulador intermedio se llena lenta pero inexorablemente, ya que el exceso de energía se añade a su reserva de calor.

Consejo profesional: Sentirse bien es la mitad de la batalla

¿Cuál es la calidad de un bucle de control?

Sensor en CHP

Un controlador compara constantemente un valor SET especificado con un valor ACTUAL medido y determina una reacción (variable manipulada) a partir de la diferencia (desviación) con el objetivo de que la desviación entre los valores SET y ACTUAL sea lo más pequeña posible. Si, por ejemplo, se requiere una temperatura de retorno constante de 60°C para una unidad de cogeneración, éste es el valor de consigna, mientras que el valor real lo determina un sensor de temperatura. Una posible reacción sería una señal de tres puntos que abriera, detuviera o cerrara una válvula mezcladora a través de un accionamiento eléctrico para que la temperatura de retorno se elevara, mantuviera o redujera.

Control del comportamiento mediante sensores

La calidad del bucle de control se entiende principalmente como la precisión y la rapidez con que el regulador acerca el valor REAL al valor de consigna, por ejemplo, después de un cambio repentino en el valor de consigna en el tiempo T. Lo ideal es que el valor REAL sólo sobrepase ligeramente el objetivo una vez y, a continuación, se aproxime al valor de consigna desde este lado. Si el regulador es demasiado lento, pasará demasiado tiempo antes de que se alcance el objetivo. Si el controlador es demasiado rápido, sobrepasará el objetivo varias veces. Como el servomotor también forma parte del lazo de control en nuestro ejemplo y por lo tanto influye en su calidad, su tiempo de ejecución debe ajustarse correctamente en el controlador si esta opción está disponible.

¿Qué es un tiempo muerto?

Gran distancia del sensor al mezclador

El tiempo muerto del sistema controlado es el periodo de tiempo que transcurre antes de que el sensor detecte el efecto de un cambio en el regulador. Si, por ejemplo, el sensor de nuestro amplificador de caudal de retorno antes mencionado está situado en la entrada del caudal de retorno de la unidad de cogeneración, mientras que el mezclador está instalado a 5 metros de distancia, el tiempo muerto es al menos tan largo como el tiempo de funcionamiento (t) que necesita el agua para recorrer la distancia (s) a la velocidad (v) desde el mezclador hasta el sensor.

t = s / v

v = Q / A = Q / ¼πDN²

Para una unidad de cogeneración con una potencia térmica de 12,5 kW, que suministra 80°C en la ida y recibe 60°C en el retorno, el delta T es de 20K y el caudal (Q) es, por tanto, de 0,54 m³/h. Esto da como resultado las siguientes velocidades de flujo (v) para las siguientes anchuras nominales y los siguientes tiempos de funcionamiento (t) para una sección de 5 m, por ejemplo:

DN [mm]		v [m/s]	t [s]
15	½“	0,84	5,9
20	¾"	0,47	10,6
25	1″	0,30	16,5
32	1¼"	0,19	27,0

De ello se desprende, en primer lugar, que un ancho nominal muy sobredimensionado conlleva un aumento considerable del tiempo muerto. Y esto es sin duda un obstáculo para la alta calidad de los controladores.

¿Por qué es tan importante instalar correctamente los sensores?

También es evidente que la distancia entre el sensor y el mezclador debe ser lo más pequeña posible para no aumentar innecesariamente el tiempo muerto. La ubicación de montaje del sensor es, por tanto, el primer parámetro que debe tenerse en cuenta.

Corta distancia del sensor al mezclador

Sin embargo, la transferencia de calor del agua de calefacción al sensor también representa un obstáculo con relevancia temporal: cuanto mejor sea la transferencia de calor, más rápido reaccionará el sensor. Los sensores de contacto, que se montan en el exterior de la tubería por la que circula el agua de calefacción que se va a medir, son especialmente habituales. Aquí entran en juego tres factores principales:

Superficie de contacto
La superficie de contacto debe ser lo más amplia posible. Si, por ejemplo, se coloca un sensor longitudinalmente en un tubo corrugado, sólo se dispone de varios puntos pequeños para la transferencia de calor.

Con un tubo liso, el contacto entre el sensor y el tubo sigue consistiendo en una línea. Sólo utilizando pasta termoconductora u otro puente térmico, la línea se convierte en la superficie de contacto necesaria que garantiza una rápida transferencia de calor.

Sensor sin pasta termoconductora y sensor con pasta termoconductora

Conductividad térmica de los materiales de transición

Los metales son los mejores conductores del calor, a diferencia de los plásticos, los óxidos (herrumbre) u otras impurezas. Por tanto, la tubería debe ser metálica y limpiarse cuidadosamente antes de instalar el sensor.

Presión de contacto

La tensión de la presión de contacto debe permanecer permanentemente elástica, lo que debe tenerse en cuenta al seleccionar la cinta tensora. A este respecto, un alambre de muelle en espiral es sin duda mejor que una brida para cables y una brida para cables es sin duda mejor que una cinta adhesiva.

Presión de contacto debida a la correa tensora

En cualquier caso, se requiere la pericia y el cuidado del instalador para evitar errores innecesarios en este punto, que en el peor de los casos pueden empeorar la calidad del lazo de control hasta tal punto que se produzcan fluctuaciones permanentes de temperatura en el flujo de retorno de la unidad de cogeneración.

La escasa transferencia de calor prolonga el tiempo muerto