Los calentadores de agua con bomba de calor central pueden actuar como baterías de agua masivas, muestra el proyecto piloto de Seattle

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Los calentadores de agua con bomba de calor central (CHPWH) presentan una gran oportunidad para reducir la energía sustancial utilizada en el calentamiento del agua y pueden actuar como baterías térmicas gigantes. Lo hacen mediante el uso de energía para calentar el agua durante los momentos de baja demanda de la red y almacenándola para su uso posterior, lo que les permite limitar su uso de energía durante las horas pico de la red eléctrica. Las organizaciones líderes en el Grupo de Trabajo Comercial de la Iniciativa de Calentamiento de Agua Avanzada (AWHI) están mostrando las implicaciones de esto para los activos de la red en el primer proyecto piloto de este tipo de la Torre Bayview en Seattle.

Bayview Tower es una instalación de vivienda pública de bajos ingresos para personas mayores ubicada en el centro de Seattle. El agua caliente para los residentes de Bayview fue provista por un calentador de agua de resistencia eléctrica ineficiente que usaba mucha electricidad para calentar el agua. En 2019, un equipo de ensueño de organizaciones que incluía a Ecotope, la Autoridad de Vivienda de Seattle, la Administración de Energía de Bonneville, Steffes, SkyCentrics, Mitsubishi y Seattle City Light se unieron para modernizar el edificio con un calentador de agua con bomba de calor central (CHPWH) que tenía el potencial para reducir la energía utilizada para calentar el agua, que representa alrededor del 25-35% del uso de energía promedio de un edificio multifamiliar, por un factor de tres.

Los calentadores de agua con bomba de calor central son diferentes de sus primos residenciales en formas que probablemente esperaría. En lugar de tener tanques calentadores de agua individuales en cada hogar y apartamento, los sistemas centrales son mucho más grandes y brindan agua caliente a muchos hogares a la vez. En el caso de Bayview, un sistema sirve a 100 apartamentos. A nivel nacional, se han instalado cientos de CHPWH hasta la fecha, pero esta tecnología aún se encuentra en las primeras etapas de su adopción.

El calentador de agua con bomba de calor central instalado en Bayview abrió muchos caminos nuevos y está demostrando muchos conceptos importantes que podrían ayudar a guiar cómo calentamos el agua en estas próximas décadas cruciales para la descarbonización. En primer lugar, el CHPWH para Bayview era un sistema empacado, montado en un patín (lo que significa que está montado de forma permanente en una tarima de metal) con muchos componentes que se fabricaban fuera del sitio y luego se entregaban con una grúa al edificio, más o menos listos para enchufar lugar. La naturaleza de "conectar y usar" de este calentador de agua significó que los residentes de Bayview Tower experimentaron solo un par de horas de inactividad del agua caliente mientras se instalaba un sistema de calentamiento de agua completamente nuevo. El calentador de agua se instaló en el verano de 2021 y el sistema ha estado operativo durante un año y medio, satisfaciendo las necesidades de agua caliente de los residentes y ahorrando aproximadamente 135 000 kilovatios hora (kWh) al año, además de reducir significativamente las emisiones de CO2 y las facturas de electricidad. .

Sistema central de calentamiento de agua montado sobre patines. Imagen cortesía de Ecotope.

Después de que se instaló el sistema CHPWH y se demostró su capacidad para funcionar bien, el equipo pasó a la fase dos del proyecto, que buscaba demostrar que los CHPWH pueden proporcionar una capacidad de cambio de carga significativa. A medida que las comunidades, las regiones y los estados electrifican los edificios y el transporte y pasan a usar más energía solar y eólica, los momentos en que usamos la electricidad se vuelven cada vez más importantes. Si todos usan mucha electricidad al mismo tiempo (durante los períodos pico de la mañana y la tarde, por ejemplo), las empresas de servicios públicos deben confiar en las plantas que funcionan con combustibles fósiles para proporcionar el suministro adicional o, en el peor de los casos, cortar algo de energía en los hogares. Usar menos electricidad, almacenar electricidad en baterías y distribuir o cambiar nuestro uso de energía son estrategias clave para ayudar a resolver este problema.

La organización sin fines de lucro para la que trabajo, New Buildings Institute, ha estado trabajando en soluciones a escala de edificios para permitir la descarbonización de la red a través de GridOptimal Buildings Initiative durante más de tres años y ha descubierto constantemente que los sistemas de calentamiento de agua son una tecnología mágica para el cambio de carga y la red. integración. Debido a que el agua puede contener mucha energía, puede usarla como una batería: "cargue" el sistema usando la bomba de calor eficiente para calentar el agua durante los momentos de baja demanda de la red (o alta producción renovable), y luego use la energía almacenada energía durante los momentos de alta demanda de la red y al mismo tiempo disfrutar de una gran cantidad de agua caliente. Los calentadores de agua en edificios multifamiliares y comerciales pueden ser actores importantes porque tienen más capacidad de almacenamiento de agua concentrada en un solo sistema.

El equipo que trabaja en el proyecto de la torre Bayview pasó los últimos meses probando un enfoque para precalentar el calentador de agua más de lo normal durante los períodos de baja demanda y luego apagarlo entre los períodos típicos de uso máximo de 6:00 a 9:00 a.m. PM. Y como lo indica el gráfico a continuación, funcionó. La línea azul muestra el uso de agua de la bomba de calor de referencia sin ningún cambio de carga. La línea roja muestra cómo han podido apagar el sistema durante los momentos de mayor demanda (mientras continúan proporcionando toda el agua caliente necesaria) y lo compara con el uso de energía (línea verde) con la resistencia eléctrica anterior. calentador de agua.

Imagen cortesía de Ecotope

El uso total de energía muestra otro lado de estos ahorros de energía. Antes de instalar el CHPWH, el edificio generalmente usaba entre 70 y 75 kWh de electricidad durante las horas de mayor uso (barras azules). Después de instalar el CHPWH más eficiente y comenzar con las configuraciones típicas, ese uso se redujo en un 60 % (barras rojas). Cambiar el calentador de agua para precalentar el agua en las horas no pico en la última fase de este programa piloto muestra que los edificios pueden esencialmente reducir la energía utilizada durante las horas pico a casi cero (barras verdes).

Imagen cortesía de Ecotope

Y esto representa una tremenda oportunidad a nivel de sistema. La cantidad de capacidad de energía que podría ahorrarse si casi todos los edificios de apartamentos en California se convirtieran para funcionar con calentadores de agua con bomba de calor de cambio de carga se estima en 2,000 MW. Durante los momentos de máxima demanda, el corte de 2000 MW de energía podría restar una parte importante del uso máximo de energía en California (y en realidad es casi tanta energía como los californianos pudieron recortar durante la ola de calor de emergencia del verano pasado): el momento cuando es más probable que se necesiten centrales eléctricas de combustibles fósiles. El impacto de este cambio se muestra en la siguiente figura.

Bayview Tower muestra cómo los calentadores de agua centrales tienen un gran potencial para actuar como un tipo de batería, brindando un calentamiento de agua más eficiente durante los momentos de funcionamiento normal y cambiando por completo los tiempos en que se usa energía para calentar el agua, lo que permite el mismo confort y agua caliente. al tiempo que garantiza una red más eficiente y más ecológica.

Este artículo apareció originalmente en el blog de NBI.

Únase a AWHI para obtener actualizaciones continuas sobre este y otros proyectos importantes del mundo del calentamiento de agua avanzado. AWHI es un programa financiado por miembros, administrado y administrado por New Buildings Institute con contribuciones y apoyo de voluntarios, socios y organizaciones participantes.

Joe vive en Portland, Oregon, y trabaja para el New Buildings Institute sin fines de lucro, que promueve edificios eléctricos y descarbonizados. También es voluntario de Electrify Now porque cree que electrificar todo, desde el transporte hasta los hogares, es el camino más rápido hacia un futuro equitativo y de energía limpia. Y, por supuesto, Joe y su familia viven en una casa totalmente eléctrica y conducen un vehículo eléctrico.

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