Calderas murales, energías renovables e hidrógeno

Las limitaciones que ofrece la aplicación de energías renovables para la calefacción y la producción de agua caliente sanitaria (a.c.s.) en el sector residencial son conocidas por todos: la necesidad de acumular energía por medio de agua caliente (tanques de inercia, acumuladores de primario) y la lentitud para poder aplicar potencia de forma instantánea para conseguir acs o calentar la vivienda. Al margen de la inversión inicial que se debe realizar y la necesidad de contar con más espacio para acumuladores o unidades exteriores para la captación de energía renovable, en el caso de la solar o la aerotermia, también existen limitaciones físicas a la hora de renovar las calderas murales a gas.

La apuesta por las energías renovables y el desafío que supone su almacenamiento, ha sido el planteamiento desde el que ha partido la Comisión Técnica de la Asociación de Generadores y Emisores de Calor, Fegeca, para la elaboración del artículo técnico titulado “Gases renovables y la reposición de calderas a gas”.

En dicho artículo, se realiza un análisis inicial sobre las energías renovables y las “obligaciones” que conllevan: contar con un sistema óptimo y compacto de almacenamiento de energía por no ser capaces de aportar la potencia suficiente de forma instantánea ante una demanda superior a la potencia instalada. Además, en ese camino hacia la descarbonización señalado desde Europa, añade otras dos cuestiones: la necesidad de incrementar (casi duplicar) la capacidad de distribución de la red eléctrica; y el abandono en la utilización de las infraestruturas existentes de distribución de gas natural (podéis leer el artículo completo en este enlace).

Ante estas necesidades, la Comisión Técnica de Fegeca plantea otra opción: “Pensar en nuevas fórmulas o nuevas energías renovables que permitan descarbonizar de una forma menos exigente para con nuestra red de distribución y nuestras centrales de producción eléctrica”. Y una de esas fórmulas serían las calderas a gas que utilicen gases renovables como puede ser el hidrógeno mezclado en distintas proporciones con gas natural o biometano o incluso con gas natural sintético, o en el caso más extremo funcionando con hidrógeno al 100%.

Os dejamos una transcripción de la parte del del artículo técnico en la que se desgranan los escenarios futuros de las calderas a gas y los gases renovables, teniendo en cuenta que los fabricantes están ya preparados para todos ellos y cuentan con equipos que ya han sido probados desde 2017 en instalaciones piloto en diferentes localizaciones europeas.

Calderas a gas y gases renovables

Actualmente, todos conocemos las limitaciones que nos ofrece aplicar energías renovables para la calefacción y producción de a.c.s. en el sector residencial, ya que siempre necesitaremos acumular energía por medio de agua caliente (tanques de inercia, acumuladores de primario) y es innegable la lentitud para poder aplicar potencia de forma instantánea para conseguir agua caliente sanitaria o calentar la vivienda.

Dejando a un lado la inversión inicial y la necesidad de más espacio para acumuladores o unidades exteriores para la captación de energía renovable (solar o aerotermia), nos encontramos con limitaciones físicas a la hora de renovar nuestras calderas murales a gas. Si no queremos renunciar al confort y disponibilidad de potencia que nos ofrece una caldera en un formato compacto de generador de calor, nos planteamos seriamente ofrecer al mercado calderas a gas que utilicen gases renovables como puede ser el hidrógeno mezclado en distintas proporciones con gas natural o biometano o incluso con gas natural sintético, o en el caso más extremo funcionando con hidrógeno al 100%.

Escenarios futuros

Actualmente los fabricantes tienen disponibles varias versiones de calderas que pueden funcionar en distintos escenarios de implementación del hidrógeno en nuestras redes de suministro. Estos escenarios están determinados por las distintas estrategias de las empresas distribuidoras del gas y de la administración, así nos podremos encontrar:

– Escenario A. Donde en la misma red gasista del país o región se introduce una fracción de hidrógeno que no supere el 10%. De esta forma, todo el parque de equipos instalados puede funcionar sin problemas sin necesidad de hacer ninguna adaptación o ajuste en calderas o calentadores instalados. Gradualmente se irá sustituyendo el gas natural por distintas proporciones de biometano o gas natural sintético para sustituir totalmente el gas natural procedente de yacimientos naturales.

– Escenario B. Llamado de islas, en las que se adaptan las redes de suministro y los equipos terminales para trabajar con hidrógeno al 100%. Para ello, necesitamos calderas preparadas para poder trabajar al 100% con hidrógeno, pero sin transición, es decir no necesitan ajustes para trabajar a proporciones de hidrógeno diferentes al 100%.

– Escenario C. En el que el parque de calderas actual se va sustituyendo gradualmente por calderas que pueden trabajar con el gas natural actual y con distintas proporciones de hidrógeno para que en el futuro puedan admitir hidrógeno al 100% haciendo un ajuste mínimo en dichas calderas.

Los fabricantes de calderas a gas están preparados para todos estos escenarios y cuentan con equipos que ya han sido probados desde 2017 en instalaciones piloto en diferentes localizaciones europeas:

– Escenario A: Calderas murales a gas de 20 hasta 30 kW de calefacción y producción instantánea de a.c.s. a base de combustible H2 como solución de 0 emisiones y funcionamiento similar a una caldera mural de condensación actual.

– Escenario B: Conversión de gas natural a 100% de hidrógeno. Puede funcionar en gas natural y hasta una mezcla de H2 del 20%. En el momento que se cuente con suministro de hidrógeno en la red de gas, se puede convertir de gas y ajustarse sin necesidad de cambio de caldera.

-Escenario C: La mejor solución para reposición de calderas sin reforma de instalación y sin renunciar al confort y ahorro de la producción de a.c.s. instantánea.

Aplicaciones industriales

Para aplicaciones industriales, la Hoja de Ruta del Hidrógeno sí marca una serie de objetivos cuantificados como también lo hace para la producción, almacenamiento y movilidad. En concreto para el sector industrial se fijan un objetivo de utilización hidrógeno verde o renovable del 25% sobre el total de H2 consumido en toda la industrial para el año 2030.

Existen muchos procesos industriales en los que por temperaturas necesarias en dichos procesos y nuevamente, por la necesidad de inyección de potencias de forma instantánea, no es posible la sustitución de calderas de combustión por energía renovable, más lenta y con necesidad de acumulación de agua a temperaturas más bajas que las de proceso.

En calderas industriales se puede prever la configuración del grupo térmico a utilizar con un sobredimensionado de un 10% de hogar de caldera para que en el futuro pueda ser cambiado su quemador de combustible fósil por un quemador de hidrógeno, que trabajará con materiales más estancos y permeables al hidrógeno y con velocidades de propagación de llama más altas propias del hidrógeno, con producción de energía en un tiempo reducido (altas potencias) y sin emisión de CO2 con altos rendimientos, tan altos como los puede tener una caldera de condensación.

Con todo ello, los fabricantes trabajan continuamente por cumplir con el objetivo de carbono Net Zero del Gobierno para 2050 cuidando siempre del medio ambiente sin dejar de ofrecer el mayor confort a los usuarios.

Autor:

Comisión Técnica de la Asociación de Fabricantes de Generadores y Emisores de Calor, Fegeca