Red de energía térmica

Una red de energía térmica (TEN) es un tipo de sistema de calefacción y refrigeración urbana en el que un circuito de agua compartido intercambia calor con el suelo, a través de pozos geotérmicos poco profundos , con conexiones a múltiples edificios que utilizan bombas de calor para calefacción, refrigeración y, potencialmente, calentamiento de agua . ^{[ 1 ] [ 2 ]} En la importante norma ANSI/CSA/IGSHPA C448 de diseño e instalación, estos sistemas se han denominado sistemas de energía urbana. ^{[ 3 ]}

A diferencia de los sistemas convencionales de calefacción urbana que distribuyen vapor o agua a alta temperatura desde una planta central, las redes de energía térmica generalmente hacen circular agua a temperaturas relativamente bajas o ambiente. Los edificios individuales utilizan bombas de calor geotérmicas para elevar o descender la temperatura para la calefacción, la refrigeración y, en ocasiones, el agua caliente sanitaria. ^{[ 4 ] [ 5 ]} En la literatura técnica y normativa, las redes de energía térmica se describen comúnmente como parte de la quinta generación de calefacción y refrigeración urbana . ^{[ 4 ] [ 6 ]}

Las redes de energía térmica constituyen una tecnología generalizada de sistemas de energía térmica interconectados, basados ​​en los elementos térmicos disponibles, cualesquiera que sean. Incluyen tanto los sistemas de quinta generación, como los que se están instalando actualmente en muchas ciudades, como los emergentes sistemas térmicos de sexta generación que cooperan con la red eléctrica y que están pasando de la fase de investigación a la de implementación.

El núcleo de un sistema TEN es el circuito de tuberías de temperatura ambiente que transporta el fluido térmico entre las distintas fuentes y sumideros térmicos. El término específico "Circuito de Temperatura Ambiente (CTA)" también puede referirse a la configuración de tuberías de un solo tubo que están adoptando algunas universidades, ciudades y empresas de servicios públicos.

Un ejemplo de ello es la red geotérmica de una sola tubería que calienta y enfría la Universidad Colorado Mesa (CMU) ^{[ 7 ]} . Otro ejemplo es la primera red TEN instalada por una empresa de servicios públicos en Framingham, MA ^{[ 8 ]} .

La terminología utilizada para las redes de energía térmica varía según la jurisdicción y la fuente. En la literatura de ingeniería, sistemas similares se describen como sistemas de energía de distrito , sistemas de energía de distrito geotérmicos , distritos de circuito de temperatura ambiente y sistemas de calefacción y refrigeración de distrito de quinta generación . ^{[ 9 ]}

En los contextos de los medios de comunicación, las políticas y los servicios públicos de EE. UU., estos sistemas también se han descrito como geotérmicos en red . ^{[ 10 ] [ 11 ]}

Las redes de energía térmica están diseñadas para cumplir con los objetivos de confiabilidad, resiliencia, eficiencia/rentabilidad y reducción de costos iniciales. Se identifican todas las cargas térmicas disponibles y las fuentes/sumideros, y luego se seleccionan las fuentes y sumideros más rentables.

Una fuente/sumidero térmico típico es un intercambiador de calor geotérmico. Esto se debe a que el suelo es una enorme masa térmica que puede utilizarse como batería térmica para transferir energía de una estación a otra. Otras fuentes/sumideros pueden ser la industria local, los estanques de control de inundaciones, la energía solar térmica, los circuitos de deshielo y las baterías térmicas, tanto interiores como subterráneas.

Las redes de energía térmica constan de un circuito compartido de tuberías enterradas que transportan agua o una solución de agua y anticongelante, un conjunto de pozos geotérmicos u otra fuente térmica e intercambiadores de calor, bombas y controles, y bombas de calor de fuente de agua a nivel de edificio. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

En muchos diseños, el circuito de la red opera cerca de la temperatura del suelo, en lugar de a las temperaturas más altas utilizadas en los sistemas de calefacción urbana anteriores. Los edificios que necesitan calor lo extraen del circuito mediante bombas de calor, mientras que los edificios que necesitan refrigeración devuelven el calor al circuito. Dado que las necesidades de calefacción y refrigeración pueden producirse en diferentes momentos en un distrito, algunos sistemas están diseñados para intercambiar calor entre edificios y para utilizar el suelo como almacenamiento de energía térmica o almacenamiento estacional de energía térmica . ^{[ 4 ] [ 6 ]}

Los sistemas geotérmicos de calefacción y refrigeración a escala de distrito son anteriores al uso reciente del término red de energía térmica , pero el concepto recibió mayor atención en la década de 2020 como parte de la política de descarbonización de edificios en los Estados Unidos. ^{[ 5 ] [ 12 ]}

En Massachusetts, Eversource Energy desarrolló una red piloto de energía geotérmica de quinta generación en Framingham, Massachusetts . Un reportaje de PBS NewsHour de 2025 la describió como un sistema de una milla que conectaba a unas tres docenas de viviendas y edificios municipales a un campo geotérmico compartido. ^{[ 11 ]} Un reportaje independiente de Grist también describió el proyecto de Framingham como un sistema geotérmico en red que abastecía a edificios residenciales y comerciales a través de una infraestructura subterránea compartida. ^{[ 10 ]} El proyecto de Framingham se presentó en los reportajes como una prueba inicial de si las empresas de gas podrían trasladar parte de su negocio de la distribución de gas natural a una infraestructura térmica compartida. ^{[ 13 ]}

En Estados Unidos, las redes geotérmicas se han debatido cada vez más en relación con la regulación de los servicios públicos, la transición laboral y la electrificación de edificios . En 2022, Nueva York promulgó la Ley de Redes de Energía Térmica y Empleos para Servicios Públicos , que establece un marco legal y regulatorio para las redes de energía térmica para servicios públicos. ^{[ 14 ]} La legislación describió las redes de energía térmica como circuitos de agua a temperatura ambiente que conectan múltiples edificios y fuentes de energía, con los propietarios de los edificios conectados a través de bombas de calor geotérmicas. ^{[ 14 ]}

En julio de 2024, la Comisión de Servicios Públicos del Estado de Nueva York adoptó las normas iniciales para las redes de energía térmica de servicios públicos. ^{[ 15 ]} Maryland promulgó legislación en 2024 que autoriza los sistemas de redes de energía térmica. ^{[ 16 ]} Massachusetts emitió directrices estatales para proyectos geotérmicos en red en 2024. ^{[ 17 ]}

Se han propuesto o implementado redes de energía térmica en campus universitarios ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]} , desarrollos de uso mixto, complejos de viviendas y proyectos piloto de servicios públicos a escala vecinal. ^{[ 5 ] [ 12 ]} Según PBS NewsHour , el proyecto piloto de Framingham abasteció a casas unifamiliares, así como a un edificio administrativo escolar, una estación de bomberos y un complejo de viviendas públicas. ^{[ 11 ]}

Estos sistemas se utilizan principalmente para calefacción de espacios , aire acondicionado , agua caliente sanitaria y equilibrio de carga entre edificios con diferentes demandas térmicas. ^{[ 4 ]}

El campo emergente de sistemas TEN de calefacción y refrigeración de sexta generación impulsa el campo con la interacción activa de DER en la red eléctrica para aplicar los elementos de almacenamiento de energía térmica del sistema para absorber y evitar energía en sincronía con los costos de la energía de la red. Una clave para estos sistemas es el uso de "baterías térmicas" más pequeñas que la batería térmica terrestre, que es el intercambiador de calor geotérmico (GHEX). Un GHEX es un mecanismo de almacenamiento térmico de ciclo anual muy eficaz. Sin embargo, es lento para cargarse y descargarse. La interactividad con la red requiere ciclos de carga y descarga térmica más rápidos, por lo que las baterías térmicas se diseñan para ciclos térmicos más cortos. El trabajo del Grupo de Investigación de Almacenamiento de Energía Térmica de ORNL ^{[ 21 ]} es fundamental para los sistemas TEN de sexta generación.

El rendimiento y la economía de las redes geotérmicas dependen de la geología local, las condiciones de perforación, la diversidad de carga, los requisitos de rehabilitación de edificios y la estructura de financiación. ^{[ 4 ] [ 6 ]} Otros temas tratados en la literatura incluyen el costo de capital, las limitaciones de excavación y ubicación de calles, la coordinación entre propietarios y empresas de servicios públicos, y el tratamiento regulatorio del servicio térmico. ^{[ 22 ] [ 15 ]} Es importante que se realice un diseño cuidadoso de los sistemas TEN para evitar costos excesivos o problemas operativos.

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• Almacenamiento de energía térmica
• Almacenamiento estacional de energía térmica

• Vídeo: Redes de energía geotérmica: Transformando nuestro sistema de energía térmica , MIT Open Courseware (enero de 2025)