Evaluando la Flexibilidad de Calefacción en las Casas Británicas
Un estudio sobre cómo medir la flexibilidad de calefacción para ayudar en la planificación energética en los hogares.
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Tabla de contenidos
Calentar nuestras casas consume un montón de energía, especialmente en países fríos. Esto es especialmente cierto en lugares como el Reino Unido, donde la calefacción representa una gran parte de las emisiones de gases de efecto invernadero. En 2019, la calefacción residencial fue responsable del 17% de las emisiones del país. Una forma de reducir estas emisiones es reemplazar las viejas calderas de gas por bombas de calor eléctricas. Sin embargo, este cambio aumenta la Demanda de electricidad, lo que puede ser un reto para nuestros sistemas de energía.
El Reto de la Demanda de Electricidad
Cuando las casas cambian a calefacción eléctrica, la demanda de electricidad puede dispararse, especialmente durante el mal tiempo cuando se necesita más calefacción. Si todas las casas en Gran Bretaña tuvieran bombas de calor, la demanda de electricidad durante los picos podría aumentar hasta un 78%. Esto puede poner presión sobre la red eléctrica. Para lidiar con esto, algunos expertos están investigando cómo podemos ajustar cuándo y cuánto usamos la calefacción. Esto se conoce como flexibilidad en la calefacción.
La flexibilidad en la calefacción significa que podemos cambiar cómo usamos la energía de calefacción para manejar mejor la demanda de electricidad. Si podemos mover parte de la demanda de calefacción a momentos en los que la electricidad es más barata o más disponible, podemos reducir la presión sobre la red eléctrica. Por ejemplo, si podemos esperar a calentar agua o espacio en nuestras casas, podemos disminuir la demanda de electricidad en picos en un 16%.
La Necesidad de Mejores Datos
Uno de los grandes desafíos es averiguar cuánta flexibilidad en la calefacción pueden proporcionar diferentes casas. Se han desarrollado varios enfoques para modelar esta interacción entre la flexibilidad en la calefacción y el sistema eléctrico. Estos métodos varían en complejidad y en cómo tratan los diferentes tipos de casas.
Algunos modelos entran en gran detalle sobre cómo están diseñados los edificios, cuántas personas viven en ellos y sus sistemas de calefacción. Aunque pueden darnos mucha información, no siempre son fáciles de usar con modelos de sistemas energéticos más amplios. Otros modelos tienen una visión más simple, mirando solo las partes principales de los edificios para reducir la complejidad. Aunque estos modelos más simples pueden ayudar, muchos no reflejan con precisión las diferencias en los sistemas de calefacción en diferentes regiones.
Un Nuevo Método para Medir la Flexibilidad en la Calefacción
Este estudio presenta una nueva forma de medir la flexibilidad en la calefacción en las casas utilizando datos sobre cuánto se ha utilizado la energía de calefacción en el pasado y la información de temperatura. El objetivo es evaluar la capacidad y duración de la flexibilidad en la calefacción en toda Gran Bretaña. Este nuevo método permite entender mejor cómo varía la flexibilidad en la calefacción en diferentes comunidades.
El método se centra en edificios existentes, utilizando datos históricos de consumo de calefacción para determinar cuánta energía de calefacción pueden almacenar y cuánto tiempo pueden estar sin calefacción antes de que se vuelva demasiado frío. La investigación se basa en datos reales de calefacción de uso de gas en Gran Bretaña de 2017 a 2021, lo que permite un análisis completo de cómo las casas pueden contribuir a la flexibilidad en la calefacción.
Hallazgos Clave del Estudio
Capacidad y Duración de Calefacción: El estudio encontró que la capacidad promedio de Almacenamiento de Energía Térmica en las casas británicas es de aproximadamente 500 GWh. Esta capacidad es importante, ya que indica cuánta energía de calefacción se puede almacenar para usarla más tarde. Cuando se convierte a almacenamiento eléctrico, esta capacidad es equivalente a 200 GWh de electricidad, suponiendo ciertas condiciones de rendimiento de las bombas de calor.
Variabilidad Según la Ubicación: Diferentes regiones en Gran Bretaña mostraron variaciones significativas en la capacidad de calefacción y las tasas de pérdida. Algunas áreas pueden almacenar más energía debido a un mejor aislamiento o tamaños de casas más grandes, mientras que otras pierden calor rápidamente, reduciendo su flexibilidad en la calefacción. Por ejemplo, las casas en el centro de Londres tienen menos flexibilidad debido a sus tamaños más pequeños y a un menor aislamiento.
Horas Sin Calefacción Cómodas: El número de horas que una casa puede estar sin calefacción manteniendo una temperatura cómoda varía ampliamente por región. En promedio, las casas pueden estar cómodas durante unas 6.4 horas sin calefacción. Sin embargo, esto puede caer significativamente durante el tiempo extremadamente frío, llegando a alrededor de 3.6 horas.
Impacto de la Temperatura Externa
El estudio también analizó cómo las diferentes temperaturas invernales afectan la flexibilidad en la calefacción. Cuando las temperaturas bajan, la cantidad de tiempo que las casas pueden estar sin calefacción disminuye. Por ejemplo, en días particularmente fríos, las casas pueden tener solo alrededor de 3.6 horas de flexibilidad en la calefacción.
Esta variabilidad en la flexibilidad de calefacción según las temperaturas externas destaca la necesidad de tener en cuenta las condiciones climáticas al planificar el uso de energía. Las regiones que típicamente experimentan clima más frío pueden tener más dificultades con la flexibilidad en la calefacción durante los períodos de demanda máxima.
Implicaciones para la Planificación Energética
Estos hallazgos tienen implicaciones significativas para la planificación energética y la transición a la calefacción eléctrica. A medida que más casas cambian a bombas de calor eléctricas, entender el potencial de flexibilidad en la calefacción será vital para asegurarse de que la demanda de electricidad se pueda gestionar de manera efectiva. Al saber cuánta flexibilidad está disponible y dónde se ubica, los proveedores de energía pueden planificar mejor los períodos de máxima demanda y superar posibles desafíos.
Conclusión
Este estudio ofrece valiosos conocimientos sobre cómo se puede cuantificar y aplicar la flexibilidad en la calefacción a la planificación energética. El nuevo método permite entender la capacidad y duración de la calefacción a nivel nacional, reflejando la diversa oferta de edificios en diferentes regiones. Con esta información, se vuelve más fácil incorporar la flexibilidad en la calefacción a los modelos energéticos, ayudando a apoyar una transición más fluida hacia sistemas de calefacción más sostenibles.
A medida que más casas adopten bombas de calor eléctricas, entender y utilizar la flexibilidad en la calefacción será clave para mantener sistemas energéticos fiables mientras se reducen las emisiones de gases de efecto invernadero. Trabajos futuros explorarán aún más cómo la flexibilidad en la calefacción puede apoyar la generación, almacenamiento y planificación de transmisión de energía, particularmente en un mundo cada vez más dependiente de fuentes de energía renovable.
Título: Quantifying national space heating flexibility potential at high spatial resolution with heating consumption data
Resumen: Decarbonizing the building stock in cold countries by replacing fossil fuel boilers with heat pumps is expected to drastically increase electricity demand. While heating flexibility could reduce the impact of additional demand from heat pumps on the power system, characterizing the national spatial distribution of heating flexibility capacity to incorporate into sophisticated power system models is challenging. This paper introduces a novel method for quantifying at large scale and high spatial resolution the energy capacity and duration of heating flexibility in existing building stock based on historical heating consumption and temperature data. This method can reflect the geographic diversity of the national building stock in sophisticated power system models. The proposed heating consumption-based method was tested in Britain using national residential gas data. The results demonstrate the potential of this approach to characterize the heterogeneous distribution of heating flexibility capacity at the national scale. Assuming a 3$^\circ$C temperature flexibility window, a total thermal energy storage capacity of 500 GWh$_{th}$ is identified in the British housing stock. For an illustrative cold weather COP value of 2.5, this thermal energy storage capacity is equivalent to 200 GWh of electricity storage. Regarding heating flexibility duration, gas-heated homes have a median of 5.9 heat-free hours for 20th percentile regional daily winter temperatures from 2010 to 2022. However, extreme cold days nearly halve flexibility duration to a median of 3.6 heat-free hours. These high spatial resolution energy capacity and self-discharge parameters can account for geographic diversity at the national scale and provide a new data-based layer of information for sophisticated power system models to support energy transition.
Autores: Claire Halloran, Jesus Lizana, Malcolm McCulloch
Última actualización: 2024-05-16 00:00:00
Idioma: English
Fuente URL: https://arxiv.org/abs/2405.10450
Fuente PDF: https://arxiv.org/pdf/2405.10450
Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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