El uso de calentadores de agua eléctricos para almacenar energía renovable podría hacer el trabajo de 2 millones de baterías domésticas

Mar 23, 2023

Director de Investigación - Colaboraciones Estratégicas de Energía, Universidad de Tecnología de Sydney

David Roche trabaja para el Instituto para Futuros Sostenibles, que recibió fondos para este trabajo de la Agencia Australiana de Energía Renovable (ARENA).

La Universidad de Tecnología de Sydney proporciona financiación como socio fundador de The Conversation AU.

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La transición energética de Australia está en marcha. Unos 3 millones de hogares tienen energía solar en el techo y las ventas de autos eléctricos medianos están aumentando. Pero a medida que trabajamos para lograr hogares totalmente eléctricos alimentados por energía renovable, ¿hemos pasado por alto una tecnología habilitadora clave, el humilde calentador de agua eléctrico?

Aproximadamente la mitad de los hogares australianos usan calentadores de agua eléctricos, mientras que el resto usa gas. Entonces, ¿qué tienen de bueno los calentadores de agua eléctricos?

Los calentadores de agua eléctricos ofrecen una forma económica de almacenar grandes cantidades de energía en forma de agua caliente. Un calentador con un tanque de 300 litros puede almacenar tanta energía como un Tesla Powerwall de segunda generación, a una fracción del costo.

Nuestra investigación en el Instituto UTS para Futuros Sostenibles descubrió que los australianos podrían usar calentadores de agua eléctricos domésticos para almacenar tanta energía como más de 2 millones de baterías domésticas de ese tipo. Con el tiempo, esto podría ahorrar más de 6000 millones de dólares australianos al año en nuestras facturas de energía y, al mismo tiempo, acercarnos a las emisiones netas de carbono cero.

Nuestro informe, publicado hoy y financiado por la Agencia Australiana de Energía Renovable (ARENA), recomienda que, para reducir a la mitad las emisiones para 2030 y llegar a cero neto para 2050, necesitamos con urgencia políticas para reemplazar rápidamente los calentadores de agua a gas con calentadores de agua eléctricos "inteligentes". Los calefactores inteligentes se pueden encender y apagar en respuesta a los cambios en el suministro y la demanda de electricidad en la red.

Esto significa que estos calefactores pueden absorber el exceso de energía renovable "fuera de las horas punta", especialmente de la energía solar, y así ayudarnos a resolver dos problemas clave a la vez. Pueden ayudar a reducir y eventualmente eliminar las emisiones de gases de efecto invernadero. Y pueden hacer que nuestra red eléctrica sea más estable al proporcionar una demanda flexible que ayude a equilibrar el suministro fluctuante de fuentes renovables.

Hay tres tipos principales de calentadores de agua eléctricos. Un calentador de "resistencia" convencional usa electricidad para calentar el agua directamente. Los calentadores solares de agua usan luz solar y electricidad, pero se han vuelto menos populares a medida que surgieron nuevas unidades de "bomba de calor". Estos recogen el calor del aire y lo "bombean" en el agua. Una bomba de calor utiliza de tres a cuatro veces menos electricidad que un calentador de resistencia.

En 2010, un calentador de agua eléctrico de resistencia normalmente producía alrededor de cuatro veces más emisiones que su equivalente de gas. Las emisiones de la bomba de calor eran casi las mismas que las del gas. Eso se debe a que los calentadores de agua eléctricos usan mucha electricidad, y la mayor parte proviene de la quema de carbón.

A medida que generamos más electricidad a partir de energías renovables, esta imagen está cambiando drásticamente. El operador del mercado energético de Australia, AEMO, publica caminos actualizados regularmente hacia un futuro de energía limpia. En el resultado más probable, el "escenario de cambio radical", el gas se convertirá en la opción de calentamiento de agua con mayor efecto invernadero para 2030.

Para 2040, una vez que la transición a un sistema de electricidad renovable se haya completado en gran medida, las emisiones de los calentadores de agua con bomba de calor y resistencia serán mucho más bajas que las de sus contrapartes de gas.

Los calentadores de agua pueden durar 15 años o más. Entonces, el stock de calentadores en nuestros hogares durante las próximas dos décadas depende de lo que instalemos hoy. Por lo tanto, reemplazar los calentadores de gas por calentadores eléctricos debería ser una prioridad inmediata en nuestra transición energética.

Nuestro trabajo exploró una variedad de escenarios, cada uno con una combinación diferente de tecnologías de calentamiento de agua. Uno fue una línea de base de negocios como de costumbre donde los calentadores de agua a gas siguen siendo frecuentes. En escenarios alternativos, el gas se elimina gradualmente durante los próximos 10 a 20 años.

Descubrimos que reemplazar el gas con calentamiento de agua eléctrico no solo nos ayudaría a llegar antes a cero emisiones netas, sino que también nos ahorraría dinero.

El gas es caro y es poco probable que sea mucho más barato. Las abundantes energías renovables ofrecen un exceso de electricidad barata que los calentadores de agua pueden ayudar a absorber. Aprovechar esta oportunidad podría ahorrar más de $ 6 mil millones al año en nuestras facturas de energía para 2040.

La energía solar y eólica son ahora las tecnologías más baratas que hemos tenido para generar electricidad. Pero para mantener un sistema eléctrico estable, debemos hacer coincidir la demanda con el suministro fluctuante de fuentes renovables. Las baterías ofrecen una solución parcial, pero aún son relativamente costosas.

Los calentadores de agua eléctricos ofrecen una forma mucho más económica de almacenar grandes cantidades de energía y proporcionar la flexibilidad de demanda que necesita la red.

Nuestra investigación encontró que, en comparación con la línea base de negocios como de costumbre, un escenario que enfatiza la flexibilidad de la demanda utilizando calentadores de agua eléctricos inteligentes podría proporcionar 30 GWh adicionales de capacidad de demanda flexible diaria. Eso es el equivalente a más de 2 millones de baterías domésticas en el Mercado Nacional de Electricidad, que suministra electricidad al este y sur de Australia.

Desde la década de 1950, el "agua caliente fuera de las horas pico" ha hecho que los proveedores de electricidad australianos apaguen los calentadores de agua domésticos durante el día y los enciendan por la noche para adaptarse mejor a la demanda y el suministro. A cambio, los clientes recibieron precios con grandes descuentos.

En las últimas décadas, nos hemos alejado del agua caliente eléctrica fuera de las horas pico, a medida que disminuyeron los incentivos y más hogares se conectaron al gas natural.

A medida que electrificamos nuestra agua caliente, ¿qué tecnología debemos adoptar: resistencia o bomba de calor? La respuesta es ambos.

Nuestra investigación exploró el equilibrio entre los calentadores de agua de resistencia altamente flexibles y las bombas de calor altamente eficientes pero menos flexibles.

Las bombas de calor usan menos electricidad y su funcionamiento cuesta menos. Donde los precios de la electricidad son altos o el flujo de energía es limitado, el uso de bombas de calor tiene sentido. Sin embargo, tienen un costo inicial más alto y no se adaptan a todos los hogares. Muchos apartamentos, por ejemplo, carecen de acceso a un espacio exterior adecuado.

Y debido a que usan menos electricidad, las bombas de calor ofrecen una demanda menos flexible. Dado que las energías renovables, en particular la solar, alimentan cada vez más nuestra red, la capacidad de los calentadores eléctricos de resistencia para absorber el exceso de energía renovable "fuera de las horas pico" es una gran ventaja.

Con las políticas adecuadas y las reformas del mercado, todos nos beneficiaremos de un sistema que una vez más recompensa a los clientes con electricidad barata fuera de las horas pico a cambio de que los operadores de red puedan apagar y encender nuestros calentadores de agua según sea necesario.