Demanda de calor en los hogares: en busca de una transición energética eficiente

Luis del Barrio es Partner de Práctica de Energía (EN&UTL) y Cristina Olivera es Manager en Práctica de Energía (EN&UTL). Ambos son autores del informe Demanda de calor en los hogares: una transición energética eficiente, elaborado por ADL en colaboración con Fundación Naturgy.

La transición hacia una economía más respetuosa con el medio ambiente en el contexto de las políticas europeas y nacionales es clave para cumplir no solo con los compromisos adquiridos en el Acuerdo de París para frenar el cambio climático, sino también para alcanzar los objetivos de desarrollo sostenible. Esta transición implica un enfoque integral que abarca todos los sectores de la economía, incluido el hogar, donde el consumo de energía desempeña un papel crucial en la huella de carbono de un país.

Sin esta transición, es imposible lograr los objetivos de descarbonización y economía circular que permitan a la sociedad alcanzar un crecimiento sostenible que encuentre el equilibrio entre la provisión de las soluciones necesarias para los ciudadanos y el compromiso con el medio ambiente. Por ello, es necesario buscar soluciones que se adapten a las necesidades y realidades socioeconómicas de los ciudadanos pero que tengan el menor impacto ambiental, tanto en emisiones como en economía circular. En este contexto, cabe destacar que la economía circular promueve la reutilización y prolongación de la vida de los equipos que tenemos, combatiendo la obsolescencia prematura.

Consumo de energía del sector de la construcción y residencial

El consumo de energía del sector de la construcción y las viviendas es un aspecto importante a considerar en esta transición. A nivel europeo, este sector representa menos del 1% del consumo total de energía, pero a nivel nacional, esta cifra se duplica. Las emisiones directas en el sector son relativamente bajas, pero el mayor impacto se debe al consumo energético de los materiales utilizados en la construcción.

Las industrias que producen materiales de construcción, como cemento, cerámica y vidrio, son grandes consumidores de energía y están estrechamente ligadas a la construcción de viviendas. Estimamos que el consumo energético en la producción de estos materiales puede triplicar el impacto energético del sector de la construcción en su conjunto. Esto sugiere que el impacto en la energía del sector de la construcción es cercano al 4%, mientras que las emisiones representan alrededor del 5% del total debido al uso intensivo de combustibles fósiles en estas industrias.

Dada la climatología más benevolente de España, caracterizada por inviernos cortos y temperaturas medias más cálidas en comparación con otros países europeos, las necesidades de calefacción en los hogares son considerablemente menores. Por lo tanto, la cuota de emisiones es inferior en España que en el resto de los países europeos.

La importancia de tecnologías como las bombas de calor

En el marco de las políticas europeas actuales, existe un enfoque especial en promover la electrificación de la demanda y fomentar el uso de tecnologías como las bombas de calor. Esto se debe a varias razones. En primer lugar, teóricamente, una bomba de calor podría tener una eficiencia de hasta el 400%. Esto significa que con 1 kWh de electricidad se podría producir 4 kWh de energía térmica, lo que ha llevado a considerar que esta solución podría ser la mejor manera de aumentar la eficiencia energética y contar con una fuente de energía renovable.

Sin embargo, el problema de esta política radica en asumir que la electricidad es completamente renovable en la actualidad y que las condiciones socioeconómicas de todos los países son similares. En realidad, la renovabilidad de una bomba de calor depende en gran medida de la fuente de electricidad utilizada. Si la electricidad proviene del carbón o del gas natural, la bomba de calor no será una solución renovable, sino una solución altamente eficiente en el consumo de energía.

Por otro lado, esta solución solo se adapta bien en países con viviendas unifamiliares, ingresos medios elevados y la capacidad de abandonar la vivienda durante un par de semanas. Esto se debe a que, por un lado, esta solución requiere un espacio significativo, y por otro lado, debe implementarse como una solución aire-agua para calefacción por suelo radiante a fin de lograr la eficiencia deseada. En última instancia, se trata de una tecnología que implica la modificación integral del suelo de la vivienda y la introducción de una máquina del tamaño de un frigorífico grande en el interior de la vivienda.

Desde el punto de vista tecnológico, una bomba de calor no se puede considerar renovable por sí misma. El carácter renovable dependerá mucho del tipo de electricidad que consuma. Desde el punto de vista regulatorio, y como vía para alcanzar una mayor penetración de renovables, la Comisión Europea fijó una SPF (coeficiente de rendimiento estacional) de 2.5. Esto implica que por cada kWh que consuma la bomba de calor, esta debe producir 2.5kWh de calor.

Limitaciones de las bombas de calor

La tecnología de bombas de calor, en particular la aerotermia, funciona por gradientes de temperatura, similar a una nevera, con un foco frío y un foco caliente. En verano, se invierte el proceso y la aerotermia puede funcionar como suelo refrescante. Por tanto, la temperatura exterior tiene un impacto significativo en la eficiencia, a diferencia de las calderas tradicionales.

En climas fríos, alcanzar el coeficiente de rendimiento deseado (COP) de 2.5 requeriría inversiones considerables en equipos altamente eficientes que puedan funcionar a bajas temperaturas y mantener eficiencias altas. Esto implica el uso de equipos con capacidad para operar con temperaturas de agua de 30-40º grados y mantener eficiencias mayores a COP 2 con temperaturas exteriores por debajo de 0ºC.

La dependencia de fuentes renovables

La eficiencia de una bomba de calor está directamente relacionada con la fuente de energía utilizada para alimentarla. Si la energía utilizada es de origen renovable, la bomba de calor será considerada como una fuente de energía renovable. Sin embargo, en la actualidad, la matriz de generación eléctrica en España aún depende en gran medida del gas y, en menor medida, del carbón.

Las horas de funcionamiento de los sistemas de calefacción coinciden con el invierno, cuando los días son más cortos, lo que implica que las bombas de calor dependan del gas para su funcionamiento. Una parte significativa de su consumo proviene de centrales de gas con eficiencias promedio del 50%. Esto significa que requieren 2 kWh de energía para producir 1 kWh de electricidad. Además, la red eléctrica sufre pérdidas de alrededor del 15%, lo que significa que se necesitan aproximadamente 2.3 kWh de gas para que llegue 1 kWh de electricidad a nuestros hogares. Por lo tanto, si una bomba de calor tiene una eficiencia estacional de 2.5, es probable que genere emisiones equivalentes a las de una caldera de condensación.

En resumen, si la matriz energética no se basa al 100% en fuentes renovables, es probable que las bombas de calor no logren una eficiencia significativa ni reduzcan las emisiones tan rápido como se requiere para cumplir con los objetivos de descarbonización. Por lo tanto, es crucial centrarse en la generación de combustibles y fuentes de energía alternativas renovables.

Desafíos de futuro

Creemos que la red eléctrica puede presentar dos tipos de retos ante una penetración masiva de estos equipos. Por un lado, si los equipos aumentan su demanda en invierno, la red puede sufrir congestiones y un estrés de operación al principio de la tarde noche. Por otro lado, como consecuencia de esto, se debería realizar una fuerte inversión en redes de transporte y distribución. Siendo este último punto el siguiente reto y es que, la capacidad necesaria para dar seguridad de suministro a las bombas de calor podría llevar a tener que doblar el tamaño de la red que alimenta las casas. Esto conllevaría abrir en canal las ciudades para repotenciar todo el sistema de distribución. Lo cual es factible pero pensamos que va a llevar tiempo y, sobre todo, un alto coste para el consumidor.

Los principales factores a tener en cuenta son el nivel de ingresos medio en España en comparación con otros países y la tipología de las viviendas. Esto implica que el esfuerzo que el consumidor debe realizar es relativamente mayor en términos económicos.

Creemos que la mayoría de la población no puede adquirir estos equipos sin fuertes subvenciones. Además, la verticalidad de nuestras viviendas y un tamaño promedio cercano a los 70 metros cuadrados hacen que la instalación de estos equipos sea muy complicada. Introducir un equipo del tamaño de una nevera en la mayoría de las viviendas resulta poco factible. Además, llevar a cabo una instalación puede requerir el abandono de la vivienda durante 10 a 15 días, y no todos cuentan con una segunda vivienda para permitirse realizar dicha reforma que involucra el cambio de todo el suelo de la vivienda.

Alternativas más eficientes y sostenibles

Las alternativas idóneas serían, por un lado, la combinación de estas soluciones con las calderas de condensación alimentadas con gases renovables, sobre todo con biometano que es un combustible que puede tener emisiones negativas y, en donde no llegue la red de gas, con otros combustibles renovables como el bio GLP.

Por otro lado, también existe la opción de usar acumuladores eléctricos, como los radiadores de tarifa nocturna, asociados a paneles solares, para que estos acumuladores actúen como baterías y almacenen la energía generada durante el día para su uso en la calefacción durante la noche. Esto puede contribuir a una mayor eficiencia y sostenibilidad en la generación y consumo de energía en los hogares.

En resumen, la transición hacia una economía más sostenible y respetuosa con el medio ambiente implica un enfoque integral que abarca todos los aspectos del consumo de energía en los hogares. Si bien las bombas de calor pueden desempeñar un papel importante en esta transición, es esencial considerar factores como la fuente de electricidad, la eficiencia en diferentes condiciones climáticas y las limitaciones en la instalación. Además, es crucial explorar alternativas que sean más eficientes y sostenibles, como la combinación de sistemas de calefacción con fuentes de energía renovable y el uso de acumuladores eléctricos asociados a energía solar. Esto garantizará un futuro más limpio y sostenible para nuestros hogares y el medio ambiente en general.