Panorámica de Drammen
Panorámica de Drammen

El 85% de los 60.000 habitantes de Drammen disfruta de calefacción urbana aprovechando al gradiente térmico de las frías aguas del fiordo

 

Inmaculada G. Mardones

Drammen se encuentra en el extremo del fiordo de su mismo nombre, 40 kilómetros al suroeste de Oslo. Eso no evita que los 60.000 habitantes (20% inmigrantes) pasen un frío del carajo en el largo invierno nórdico. Y no porque las aguas del Báltico/Mar del Norte se hielen como en Helsinki. No suelen bajar de 6ºC por la influencia de la corriente del Golfo. Pero durante la mayor parte del invierno la temperatura ambiente está por debajo del nivel de congelación. Es decir, muchos grados bajo cero.

En esas condiciones quién diría que las viviendas y edificios públicos de Drammen en invierno son acojedores, están calentitos.

La municipalidad, como en muchas ciudades del norte y centro de Europa, disfrutaba de un sistema de calefacción urbana abastecida desde 2002 con calderas de biomasa con 8 MW de potencia, pero resultaba insuficiente

Necesitaba de otra tecnología más potente y que no generara impacto ambiental. Noruega fue el primer país del mundo en dotarse de una ley de promoción de las energías renovables (1951). Curiosamente, un país con enormes recursos de petróleo y gas bajo sus aguas jurisdiccionales continentales.

En Drammen no querían quemar ni combustibles fósiles ni residuos forestales. Pretendían aprovechar el gradiente térmico de las frías aguas, que no heladas, del fiordo para calentar la ciudad en invierno.

En 1999 el ayuntamiento otorgó al consorcio constituido por Fjernvarme KS, filial de Energiselskapet Buskerud (Buskerud Energy Company) y Fortum Holding hacerse cargo del nuevo sistema de calefacción. En las cláusulas del contrato figuraba la garantía de que todo nuevo edificio que se construya en Drammen, de más de mil metros cuadrados de superficie, tiene que conectarse obligatoriamente a la red urbana de calor. Hoy en día el área que cuenta con este servicio abarca a la mayor parte de la ciudad.

La concesionaria encargó a Emerson y su socio Star Refrigeration el diseño de las bombas de calor capaces de abordar ese desafío con la prohibición, ya vigente en Europa, de no utilizar los refrigerantes que han resultado  nocivos para la atmósfera. Doble desafío.

El amoniaco como refrigerante

Emerson recuerda que recurrieron al amoníaco como refrigerante para el funcionamiento de las nuevas bombas de calor industrial de alta temperatura, la idóneas para el reto de Drammen. Fue una hazaña que la Agencia Internacional de Energía (IEA) consideraba imposible, dice en su web.

El amoniaco no daña la capa de ozono. No contribuye al calentamiento global y presenta un rendimiento  un 15% superior a las bombas de calor que usan refrigerantes R-134A (un potencial de contribución al calentamiento 1.400 veces superior al CO2), para transformar  los 6ºC de temperatura de las aguas del fiordo a los 90ºC  del flujo de calor necesario para calentar la ciudad. Todo ello al menor coste de instalación posible y unos gastos operativos y de mantenimiento sostenibles.

Nunca se había utilizado el amoniaco en bombas de calor, reitera Emerson. Con amoniaco como refrigerante, los compresores de Emerson ofrecen temperaturas y un mayor rendimiento que las tecnologías convencionales.

«El diseño equilibrado de fuerzas radial y axial del compresor de un solo tornillo Vilter reduce la tensión ejercida sobre los rodamientos del equipo, obteniendo así costos operativos y de mantenimiento muy bajos y un rendimiento que no se puede conseguir con ningún otro tipo de compresor», señala Emerson. «Esta tecnología  está demostrando ser extremadamente adaptable para cumplir con las necesidades de otros clientes que buscan una mayor eficiencia de funcionamiento. Por ejemplo, un fabricante de dulces europeo utiliza el compresor de un solo tornillo Vilter de Emerson  para enfriar el chocolate mientras se captura el calor extraído para calentar el agua a 60 °C  y separar el chocolate de los moldes. Esta es sólo otra manera en que la tecnología de Emerson ayuda a sus clientes en su operativa con una mayor eficiencia energética y sostenible».

La red de calefacción urbana de Drammen dispone de una potencia básica de 13 MW más dos unidades de 2 x 30 MW una de ellas réplica de seguridad para las horas de máxima demanda calculada en 45 MW. El diseño de la instalación y las bombas de calor han sido fabricados por la británica Star Refrigeration Ltd.

Sala de máquinas de la bomba de calor para  la calefacción urbana de Drammen

La temperatura del agua para la calefacción urbana de Drammen varía a lo largo del año, en función de la demanda de calor. Durante el verano con muy poca demanda (menos de 2 MW) la temperatura del agua suministrada es de 75ºC; cuando la temperatura ambiente baja y crece la demanda de calefacción, la temperatura del agua  aumenta hasta 120 ° C, su carga máxima.

La temperatura del agua de retorno es muy constante entre 60 °C y  65 °C durante todo el año. Tanto para la salida como para la entrada del flujo urbano a 10º C se utilizan calderas de gas de apoyo que funcionan constantemente. Para optimizar el rendimiento de la bomba de calor era importante contar con un sistema de flujo variable desde la toma de agua y de su retorno,  ya que por cada grado de subenfriamiento o sobrecalentamiento se desperdicia energía.

La fuente de calor para la bomba es agua de mar. Noruega tiene una costa rocosa bien conocida. La termodinámica de este paisaje es un fondo marítimo muy profundo en la costa. Al tomar el agua a 40 metros de profundidad su temperatura es constante entre 8 °C  y  9 °C la mayor parte del año. A esta profundidad la temperatura del agua no se ve afectada por los cambios en la temperatura del aire exterior que oscila entre más de 30° C en verano y 20º C bajo cero en invierno. El tubo de entrada de agua recorre  800 m del fiordo de Oslo y los  de retorno  600 m de longitud para asegurar que el agua de salida a  4 °C no se mezcle con el agua de entrada. Las bombas de agua de mar se encuentran en tierra, pero bajo el nivel del mar.

De los 6º C del agua del fiordo a los 75º C de la calefacción urbana

Las bombas de calor  cubren el 85% de la demanda  de calefacción urbana de Drammen. El calor suministrado se modula en un entorno único por la enorme diferencia de temperatura entre el agua de mar como fuente de calor y el circuito de calefacción urbana a 90ºC, con un COP bastante constante de 3,05 a lo largo del año.

Condiciones de operación en verano e invierno
Verano
Invierno
Capacidad de calefacción
2 MW
13,2 MW
Fuente de calor
Agua de agua entre 8° C y 4° C
Disipador de calor
Temperatura del circuito de agua
60° C a 80° C
60° C a 90° C

COP

2.80

3.05

La geotermia genera 67 GWh.  Con esta producción y un precio local de gas en torno a los 50 €/ MWh y 30 € /MWh el de la electricidad, la calefacción por caldera de gas saldría a 3.350.000 €/ mientras el consumo eléctrico de la bomba de calor geotérmica alcanza los 659 000 €/año. La cuenta da como resultado un ahorro operativo anual de 2.690.000 euros. También se evitará el equivalente de las emisiones de un coche en un recorrido de 800.000 kilómetros (ida y vuelta a la Luna).

Si se valoran  factores ambientales el beneficio es aún mayor, ya que la mayor parte de la electricidad en Noruega procede de centrales hidroeléctricas, con lo que se dejan de emitir 15.000 toneladas de CO2 al año. 

Vista exterior del edificio que aloja la central de calefacción urbana de Drammen

La instalación de Drammen está nominada a cuatro opciones de los mejores proyectos de calefacción urbana del año que se otorgarán en abril próximo.


Más información en:

Bomba de calor con amoniaco

Mejores prácticas de bombas de calor

Hoffman, y Pearson, David Forbes. Bomba de calor de Drammen Instituto del Frío, 7 de abril 2011, Londres.

Emerson está participando en China con su compresor de espiral Copeland en la sustitución del carbón como fuente de calor en viviendas del norte de China donde viven más de 500 millones de personas. China ha superado ya a los Estados Unicos como el mayor emisor de CO2 del mundo. La compañía de San Luis sostiene que los sistemas de bombas de calor  Copeland Scroll Heating  son un 20% más eficientes que la quema de carbón y  evitarían la emisión de más de 60 millones de toneladas de CO2. El sistema Copeland es utilizado por los principales fabricantes de bombas de calor en Asia, como Samsung y Gree.