16/01/2019

La calefacció solar pot reduir fins al 70% l’impacte sobre el canvi climàtic

Països del nord i el centre d’Europa utilitzen plantes d’emmagatzematge d’energia tèrmica. A més, un estudi ha demostrat la viabilitat d’aquest sistema simulant-ne plantes en quatre ciutats europees

El principi del funcionament de les plantes centralitzades de calefacció solar amb emmagatzematge d’energia tèrmica és senzill: acumulen l’excés d’energia solar tèrmica de l’estiu per utilitzar-lo a l’hivern. D’aquesta manera s’aconsegueixen dos objectius: estalvi econòmic, provocat sobretot per la reducció del gas natural de les calderes, i  estalvi ambiental degut a la reducció de gasos d’efecte hivernacle. La implementació requereix col·lectors solars, tancs per emmagatzemar l’aigua calenta i una gestió òptima del sistema de calefacció.

Aquests mètodes, que s’utilitzen al Canadà i en alguns països del nord i el centre d’Europa, no estan implantats a la majoria de països que tenen més hores de sol. Investigadors del grup de recerca SUSCAPE (Sustainable Computer Aided Process Engineering) de la URV han liderat un estudi sobre el funcionament d’aquestes plantes en diverses zones climàtiques i comprovar-ne els beneficis en diferents condicions. Han fet simulacions de plantes per diverses zones climàtiques: al sud d’Europa (Atenes i Madrid), al centre (Berlín) i al Nord (Hèlsinki). Els investigadors han simulat un conjunt d’edificis amb un total de mil habitatges en aquestes ciutats i han optimitzat la instal·lació per garantir el funcionament sense necessitat d’utilitzar gas natural durant bona part dels mesos de demanda de calefacció.

Investigadors del grup de recerca SUSCAPE de la URV que han liderat aquesta investigació.

Les plaques solars tèrmiques escalfen aigua, que s’emmagatzema en tancs molt grans i molt ben aïllats i poden ser soterrats. D’aquesta manera l’aigua calenta es guarda durant mesos amb petites pèrdues de calor. La calor emmagatzemada s’aprofita fins al febrer o al març i després es requereix un mínim suport amb gas natural. En els sistemes convencionals d’energia solar tèrmica el volum d’aigua calenta emmagatzemada per un metre quadrat de placa és d’uns 100 litres mentre que amb aquestes plantes de calefacció solar el volum per metre quadrat de placa és d’uns 7.000 litres d’aigua.

Amb els resultats del treball han conclòs que la instal·lació de plantes centralitzades de calefacció solar permet arribar a una fracció d’aprofitament d’energia renovable superior al 90% en totes les zones climàtiques analitzades i l’avaluació ambiental mostra una millora significativa quan es compara amb el sistema clàssic de calefacció (amb gas natural), ja que l’impacte ambiental relacionat amb l’efecte hivernacle es redueix aproximadament el 70%. En els climes més freds el dimensionament dels equips i per tant, la inversió inicial és més gran. Per exemple, l’àrea de col·lectors solars per a Madrid és de 7.000 m2 i per a Hèlsinki hauria de ser de més de 30.000 m2. Pel que fa al volum d’emmagatzematge, seria de 65.000 m3 i 230.000 m3 respectivament.

Els sistemes d’acumulació d’energia tèrmica que hi ha en algunes llars normalment són per utilitzar l’aigua a curt termini, en les hores següents, l’endemà o una setmana més tard com a màxim. També existeixen a Catalunya 60 instal·lacions de calefacció per districtes (com el cas del 22@ a Barcelona), però no funcionen amb energia solar, sinó amb biomassa o altres tipus de centrals tèrmiques. El sistema estudiat és econòmicament viable, si avaluem el cost durant tot el temps d’operació de quaranta anys, però requereix una elevada inversió inicial, que només es justifica amb un retorn a llarg termini. Totes les prediccions indiquen que els preus de l’energia provinent de fonts fòssils evolucionaran a l’alça; per tant, aquests sistemes seran més competitius a llarg termini i reduiran significativament les emissions de gasos d’efecte hivernacle.

Aquesta recerca, publicada a la revista Applied Energy, ha estat liderada per l’investigador Dieter Boer, del Departament d’Enginyeria Química de la URV, i s’ha fet en col·laboració amb investigadors de la Universitat de Lleida. Forma part d’un projecte coordinat per científics d’aquestes dues universitats i de la Universitat de Barcelona titulat “Identificació de barreres i oportunitats sostenibles en els materials i aplicacions de l’emmagatzematge d’energia tèrmica”, finançat pel Ministeri d’Economia i Competitivitat.

Referència biblogràfica: “Economic and environmental potential for solar assisted central heating plants in the EU residential sector: Contribution to the 2030 climate and energy EU agenda”. Tulus, V., Abokersh, M. H., Cabeza, L. F., Vallès, M., Jiménez, L., Boer, D. 2019, Applied Energy, 236, pp. 318-339 https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.11.094