Instalación de alrededor de 600 millones de bombas de calor que cubren el 20% de las necesidades de calefacción de los edificios requeridas para 2030

Nov 11, 2023

Informe de tecnología

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IEA (2022), Instalación de alrededor de 600 millones de bombas de calor que cubren el 20 % de las necesidades de calefacción de los edificios requeridas para 2030, IEA, París https://www.iea.org/reports/installation-of-about-600-million-heat- bombas-que-cubren-20-de-edificios-necesidades-de-calefacción-requeridas-para-2030, Licencia: CC BY 4.0

Este análisis es parte de una serie de nuestro nuevo informe, Caminos de tecnología e innovación para edificios preparados para cero emisiones de carbono para 2030, y brinda la visión estratégica de los expertos de los Programas de colaboración tecnológica (TCP) de la IEA sobre cómo ayudar a lograr algunos de los los hitos a corto plazo más impactantes para el sector de los edificios descritos en la hoja de ruta Net Zero by 2050 de la AIE; el título de cada informe refleja uno de estos hitos. Obtenga más información sobre el informe y explore los TCP.

Las bombas de calor eléctricas de alta eficiencia son la tecnología principal que impulsa la reducción de las emisiones de la calefacción en el sector de los edificios en el escenario de cero emisiones netas para 2050 (escenario NZE). El número de bombas de calor instaladas en todo el mundo aumenta de 180 millones en 2020 a alrededor de 600 millones en 2030. Al menos tres veces más eficientes que las calderas de combustibles fósiles tradicionales, se prevé que la instalación de bombas de calor en edificios individuales aumente de 1,5 millones por mes actualmente a alrededor de 5 millones para 2030.

El rápido aumento de las bombas de calor facilita la eliminación completa de las nuevas calderas de combustibles fósiles para 2025, un hito clave en el Escenario NZE. Las bombas de calor, en combinación con el almacenamiento de energía, pueden absorber las fluctuaciones en la generación renovable variable, lo que permitirá que alrededor del 40 % de la electricidad se produzca con energía solar fotovoltaica y eólica para 2030. La renovación de los edificios existentes hasta el nivel de cero emisiones de carbono. también permite que las bombas de calor operen aún más eficientemente en este segmento.

Las bombas de calor son mucho más eficientes desde el punto de vista energético que otras tecnologías de construcción convencionales y renovables, incluidas las calderas de biomasa e hidrógeno de bajas emisiones. Una vez instalada y operada correctamente, una unidad de electricidad utilizada por una bomba de calor entrega de tres a cinco unidades de calor en promedio durante la temporada de calefacción. Por el contrario, una unidad de electricidad utilizada por un electrolizador para producir hidrógeno, que luego se quema, da como resultado 0,6-0,8 unidades de calor. La eficiencia de una caldera de biomasa de alta eficiencia es de alrededor de 0,9 unidades. La eficiencia de las bombas de calor ha aumentado constantemente durante las últimas décadas debido a la investigación, la competencia, los estándares mínimos de rendimiento de eficiencia (MEPS) y los esquemas de etiquetado energético. Además, las bombas de calor son proveedores de servicios múltiples, ya que pueden satisfacer las necesidades de calefacción, refrigeración y deshumidificación. Diferentes tipos de bombas de calor se adaptan a diferentes aplicaciones y regiones. Existen bombas de calor aire-aire, aire-agua, agua caliente y geotermia. El diseño mejorado puede mejorar aún más su eficiencia. Por ejemplo, la eficiencia energética estacional puede alcanzar del 500 % al 1000 % en edificios comerciales tanto para la demanda de calefacción como de refrigeración.

Las bombas de calor también pueden contribuir a cumplir los objetivos nacionales de participación de energías renovables en la mezcla. Cuando se combinan con la energía fotovoltaica integrada en el edificio o se alimentan con electricidad renovable fuera del sitio, son una solución totalmente renovable, lo que hace que la electrificación sea una palanca importante para eliminar gradualmente los combustibles fósiles. Las bombas de calor ya se pueden integrar a nivel de distrito y urbano. Los termostatos inteligentes y los controles activos pueden liberar su potencial de respuesta del lado de la demanda y ayudar a lograr una mayor proporción de energías renovables variables en la red.

En varias regiones, las bombas de calor ya tienen una cuota de mercado considerable debido a su rentable coste total del ciclo de vida, especialmente en los países nórdicos europeos (p. ej., Noruega, Suecia, Dinamarca y Finlandia), pero también en Francia. En Suecia, el 29 % de la demanda de calefacción en los edificios se cubre con bombas de calor y la cifra correspondiente en Finlandia es del 15 %. En otras regiones (por ejemplo, partes de los Estados Unidos y Japón), las bombas de calor ya representan una gran parte de los mercados de calefacción, ya que también pueden satisfacer la demanda de refrigeración. En Japón, un acondicionador de aire reversible suele ser el único aparato de calefacción debido a la moderada demanda de calefacción en comparación con las necesidades de refrigeración. En los Estados Unidos, alrededor del 40 % de las casas unifamiliares nuevas se calientan con bombas de calor. En estos países, el mercado y las cadenas de valor están bien desarrollados, y la conciencia y la aceptación del usuario final son altas. En varios otros países, la cuota de mercado es significativa para las casas de nueva construcción porque las bombas de calor suelen ser la mejor opción para cumplir con los estándares de rendimiento energético establecidos por las nuevas normas de construcción.

A pesar de que la penetración general está creciendo, las bombas de calor siguen siendo una solución bastante rara para reemplazar los sistemas de calefacción existentes debido a los costos iniciales más altos o la falta de conocimiento y conocimiento entre los instaladores y diseñadores. En dichos países, a veces se incentiva y promueve la compra de bombas de calor, como en Alemania, Italia, Reino Unido, Estados Unidos y la República Popular China (en adelante, 'China'). Para aumentar la conciencia y aceptación del usuario final, algunos programas incluyen incentivos financieros pero también educación sobre los beneficios de las bombas de calor para los consumidores.

Las bombas de calor son una tecnología madura y que funciona bien. Sin embargo, se necesitan mejoras tecnológicas y de sistemas para integrarlos y utilizar todo su potencial en los sistemas energéticos de cero emisiones netas. La eficiencia del sistema de bomba de calor y su impacto se pueden mejorar con la integración de sistemas inteligentes junto con PV, almacenamiento de energía, control y movilidad eléctrica. En algunas situaciones, la capacidad de las bombas de calor para operar de manera flexible podría ser más importante que alcanzar el máximo nivel de eficiencia.

En la actual crisis energética global, las bombas de calor han sido identificadas como una solución para fortalecer la seguridad energética. En Europa, el plan REPowerEU presentado por la Comisión sugiere duplicar la tasa de despliegue de bombas de calor en los próximos años para reducir la dependencia del gas natural ruso. En los Estados Unidos, las bombas de calor han sido identificadas como una tecnología prioritaria en la Ley de Producción de Defensa (DPA) para que el país se apropie de su independencia de energía limpia.

Uno de los principales desafíos para la tecnología son los costos iniciales más altos en comparación con las opciones de calefacción basadas en combustibles fósiles. En algunas regiones, esto se puede compensar con costos de funcionamiento más bajos y costos de ciclo de vida total beneficiosos. De hecho, la rentabilidad de las bombas de calor en comparación con sus alternativas de combustibles fósiles también está relacionada con los precios del petróleo, el gas, el carbón y la electricidad, que se han mantenido en niveles récord desde la invasión rusa de Ucrania, lo que hace que su uso sea especialmente atractivo en la actualidad. Su competitividad también depende de la combinación de generación de electricidad, así como de cómo se gravan y subsidian los diferentes combustibles. Los impuestos y subsidios deben reflejar la priorización de las bombas de calor (por ejemplo, las tarifas vinculadas a una mayor saturación de las fuentes de energía renovable se cambiarán de los precios de la electricidad a los precios de los combustibles fósiles). En comparación con otras tecnologías de cero emisiones, las bombas de calor son muchas veces, aunque no siempre, la alternativa más rentable en términos de ciclo de vida.

Más allá de las razones económicas, los desafíos están relacionados con las restricciones de espacio o el dimensionamiento del sistema de distribución de calefacción y, en algunos casos, la sustitución de radiadores por unidades más grandes, ya que la eficiencia de una bomba de calor depende de la temperatura de los radiadores y, por lo tanto, de su tamaño. En este sentido, el despliegue de bombas de calor va bien con los planes de renovación de los edificios de menor rendimiento, ya que esto podría conducir a temperaturas de distribución más bajas para satisfacer la demanda de calor, lo que permitiría operar las bombas de calor con niveles de eficiencia más altos. Sin embargo, la eficiencia de las bombas de calor debería y aún podría mejorarse, especialmente para las temperaturas exteriores más frías.

Otro desafío podría estar relacionado con los permisos para instalar unidades externas, tanto por razones de sonido como visuales.

Además, aunque las bombas de calor son bien conocidas y adoptadas por los usuarios finales en algunos mercados maduros, el conocimiento y la aceptación son bajos en muchos otros países. Para poder multiplicar el número de bombas de calor instaladas cada mes, los fabricantes deben aumentar las entregas y los instaladores deben recibir capacitación en cantidad y calidad suficientes. La responsabilidad de esto debe ser compartida entre el sector público y el privado. Las autoridades públicas deberían apoyar y fomentar la reconversión profesional y la mejora de las cualificaciones de la mano de obra (incluidos instaladores, planificadores, arquitectos, ingenieros y empresarios) y fomentar los planes de formación organizados por el sector privado.

Fuentes: IEA HPT Anexo 49: Diseño e integración de bombas de calor para nZEB e IGS, TU Braunschweig; Proyecto de I+D "Estrategias operativas para edificios EnergiePLUS utilizando el ejemplo del Berghalde" (BBSR Fkz SWD – 10.08.18.7-13.33).

Estrategias

Recomendaciones de política

Creación de mercado y estándares

Eliminar la instalación de nuevas calderas de combustibles fósiles

Prohibiciones.Eliminación progresiva de la calefacción con combustibles fósiles en calderas mediante la prohibición de nuevas instalaciones.

Mejorar los estándares mínimos de rendimiento energético (MEPS) y los esquemas de etiquetado

MEPS y etiquetas. Promover el desarrollo de estándares y esquemas de etiquetado para el funcionamiento inteligente y flexible de las bombas de calor. Mantener y perfeccionar (cuando sea necesario) los esquemas de etiquetado y MEPS para mejorar la eficiencia y fomentar el etiquetado apropiado para diferentes climas.

Instrumentos de planificación

Integre las bombas de calor, el almacenamiento y la planificación de la red eléctrica

Planificación energética nacional.Desarrollar instrumentos nacionales integrados de planificación energética e integrarlos en los procedimientos de planificación para coordinar la generación de energía limpia y renovable, como la energía eólica y solar, permitir el refuerzo de la red eléctrica, brindar apoyo para la instalación de almacenamiento de energía en lugares con cuello de botella y promover el despliegue. de bombas de calor.

Permitir que los consumidores/prosumidores de electricidad se comuniquen entre sí y con la red eléctrica

Protocolos de comunicación de datos.Promover el desarrollo de estándares y protocolos de comunicación abiertos compartidos para diferentes tecnologías de energía limpia, edificios, servicios públicos, carga de vehículos eléctricos y la red eléctrica.

Instrumentos económicos y financieros

Priorización de bombas de calor a través de impuestos, subsidios y eliminación de subsidios de soluciones de calefacción fósil

Impuesto al carbono, sistemas de comercio de emisiones (ETS) y subsidios. Reflejar el contenido de carbono en los incentivos de precios de la energía. Estimular la renovación de eficiencia energética con incentivos (especialmente para los edificios con peor desempeño) e incluir bombas de calor como parte de los esquemas de renovación.

Adoptar instrumentos financieros para aumentar la asequibilidad de las bombas de calor para habitantes de bajos ingresos/vulnerables

Impuesto al carbono, sistemas de comercio de emisiones (ETS) y subsidios.Subsidios específicos para renovaciones energéticas y calefacción y refrigeración energéticamente eficientes y libres de combustibles fósiles para habitantes de bajos ingresos (es decir, utilizando los ingresos del ETS y los impuestos).

Apoyo público a la I+D

I+D para la ampliación de bombas de calor

Asignar fondos.Proporcionar apoyo financiero para mejorar el rendimiento, la estética, la aceptación del usuario, la flexibilidad y la integración de las bombas de calor con otras tecnologías y en diferentes climas.

I+D para mejorar la economía circular

Asignar fondos.Asignar fondos para el reciclaje y la reutilización de materiales y componentes de bombas de calor.

Educación y entrenamiento

Creación de capacidad

Desarrollo de capacidades para instaladores de bombas de calor.Proporcionar suficiente capacitación (cantidad y calidad), calificación y certificación de instaladores de bombas de calor para la instalación de bombas de calor en ventanillas únicas.

Instrumentos para aumentar la aceptación del usuario final

Campañas de información.Promover campañas educativas para aumentar la confianza de los usuarios en las tecnologías de bombas de calor y los costos-beneficios.

Una visión estratégica de los Programas de Colaboración Tecnológica de la IEA

Informe tecnológico: septiembre de 2022

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