El auge de las renovables está poniendo el foco en cómo aprovechar al máximo cada kilovatio generado, y ahí el almacenamiento térmico combinado con sistemas Power-to-Heat se ha convertido en una pieza clave. Esta tecnología permite transformar el exceso de electricidad renovable en calor útil para procesos industriales, calefacción o incluso para volver a generar electricidad más adelante, evitando desperdicios y mejorando la rentabilidad de las instalaciones.
En este contexto, soluciones como las baterías térmicas de hormigón, los sistemas de sales fundidas o los calentadores P2H de alta eficiencia están pasando de ser ideas sobre el papel a proyectos reales que ya funcionan en entornos industriales. Al mismo tiempo, se están investigando nuevas formas de conversión eléctrica-térmica, como el calentamiento por microondas, que prometen aumentar aún más la eficiencia y la flexibilidad de estos sistemas.
Electrificación industrial con Power-to-Heat y almacenamiento térmico
En el sector industrial, especialmente en aquellos procesos con un consumo intensivo de energía, la combinación de electrificación con renovables, Power-to-Heat y almacenamiento térmico se ha consolidado como una palanca muy potente para reducir emisiones y costes. Industrias como la química, la siderúrgica o la de materiales necesitan grandes cantidades de calor de proceso, normalmente generado con combustibles fósiles; sustituir ese calor por energía eléctrica renovable almacenada como energía térmica supone un cambio de juego.
Un buen ejemplo de esta tendencia es el enfoque presentado en el webinar dedicado a la “Electrificación con renovables en el sector industrial: casos de éxito”, donde se pone de manifiesto cómo la integración de Power-to-Heat con almacenamiento térmico ya no es una promesa futura, sino una realidad en varias plantas. La clave está en desacoplar el momento de generación de la energía renovable del momento en que se necesita el calor, algo que el almacenamiento térmico permite hacer con bastante flexibilidad.
Este tipo de encuentros profesionales están contando con la participación de compañías tecnológicas, fabricantes y proveedores de soluciones de climatización y energía como Net Zero Tech, Goodwe, Plug and Play Energy, Bosch, Carrier, Energynest, Ness o Sener, entre otras. La presencia de estos actores muestra que no hablamos de soluciones marginales, sino de un ecosistema industrial en plena transformación hacia modelos más eléctricos y descarbonizados.
El valor añadido de estas soluciones Power-to-Heat con almacenamiento se aprecia especialmente en un contexto de volatilidad de los precios de la electricidad y presión regulatoria sobre las emisiones. Poder comprar electricidad cuando está barata, almacenarla en forma de calor y consumirla cuando se necesita da a la industria un margen de maniobra que antes no existía, ayudando tanto a mejorar la competitividad como a cumplir objetivos climáticos.
ENERGYNEST y las baterías térmicas de hormigón para Power-to-Heat
Entre las empresas que han apostado fuerte por esta transformación destaca ENERGYNEST, una de las compañías pioneras a nivel internacional en sistemas de almacenamiento térmico para aplicaciones industriales. Con presencia en el mercado desde 2011, ha desarrollado una tecnología basada en bloques de hormigón de altas prestaciones que actúan como baterías térmicas, conocidas comercialmente como ThermalBattery.
Estas baterías térmicas se integran en esquemas de Power-to-Heat más almacenamiento térmico, de forma que la electricidad renovable se convierte en calor, se almacena en el hormigón y posteriormente se cede a los procesos industriales cuando resulta más conveniente. De este modo, el calor de proceso se desliga del recurso renovable instantáneo y pasa a gestionarse de manera programable, aumentando el control energético de la planta.
Durante diferentes presentaciones técnicas y ponencias, expertos de ENERGYNEST han mostrado casos reales de implementación en sectores muy distintos, donde estos módulos de hormigón permiten sustituir calderas de combustibles fósiles, reducir el consumo de gas y optimizar la curva de demanda térmica. El objetivo no es solo ecológico, también económico: minimizar el coste total del calor suministrado (LCOH) y rentabilizar mejor los contratos eléctricos y de suministro renovable.
Además, el uso de hormigón como medio de almacenamiento tiene varias ventajas prácticas: es un material abundante, relativamente barato, estable a altas temperaturas y con una larga vida útil, lo que convierte a estas baterías térmicas en una solución robusta para entornos industriales exigentes. Su modularidad, además, facilita el escalado según crece la demanda de calor de la instalación.
Así, la propuesta de valor de ENERGYNEST se alinea plenamente con la tendencia general del sector industrial hacia la descarbonización del calor de proceso y la electrificación con renovables, contribuyendo a que tecnologías como el Power-to-Heat dejen de ser solo temas de debate técnico para convertirse en infraestructura crítica en planta.
Optimización del consumo con sistemas Power-to-Heat en la industria
Más allá de casos específicos, la lógica detrás de los sistemas Power-to-Heat en la industria es bastante directa: aprovechar la electricidad, idealmente renovable, para generar calor y así reemplazar combustibles fósiles en procesos que requieren alta temperatura. Esto incluye generación de vapor, secado de materiales, calentamiento de fluidos de proceso o aire de combustión, entre muchas otras aplicaciones.
En industrias de gran consumo, como las químicas o metalúrgicas, esta tecnología tiene un impacto considerable. Un sistema Power-to-Heat bien dimensionado puede asistir o incluso sustituir a calderas convencionales, adaptándose a las oportunidades de la red eléctrica: se incrementa la producción de calor cuando la electricidad es barata (por ejemplo, cuando hay muchos megavatios renovables en el sistema) y se reduce cuando el precio se dispara, tirando del calor previamente almacenado.
Esta capacidad para desplazar consumos eléctricos en el tiempo proporciona a las empresas una herramienta muy útil para participar en mercados de flexibilidad o evitar penalizaciones por picos de demanda. A nivel de operación, el resultado es una curva de consumo eléctrico más suave y controlada, lo que suele traducirse en un abaratamiento de la factura energética global y en un uso más inteligente de la infraestructura eléctrica disponible.
Al mismo tiempo, los sistemas Power-to-Heat facilitan cumplir con marcos regulatorios cada vez más estrictos en materia de emisiones de CO2 y eficiencia energética, ya que disminuyen la dependencia de combustibles fósiles y permiten integrar más energía renovable en la cadena de valor. Para muchas compañías, esto no solo es una obligación sino también una oportunidad de posicionarse como referentes en sostenibilidad.
De forma indirecta, la implantación de estas soluciones también contribuye a la estabilidad del sistema eléctrico en su conjunto. Cuando los grandes consumidores industriales reaccionan a las señales de precio y utilizan almacenamiento térmico ligado a Power-to-Heat, ayudan a absorber excedentes renovables en horas valle y a aliviar tensiones en las horas punta, algo cada vez más necesario en redes con alta penetración de eólica y fotovoltaica.
Uso inteligente de fotovoltaica, red y almacenamiento con sistemas tipo Suncom
Un enfoque muy ilustrativo de cómo se puede exprimir esta lógica de flexibilidad es el de soluciones tipo Suncom, basadas en calentadores de flujo P2H. La idea es sencilla: se toma electricidad procedente de una instalación fotovoltaica propia y/o de la red, se transforma en calor mediante un equipo Power-to-Heat de alta eficiencia y se almacena en un sistema térmico para utilizarlo más adelante.
Con este esquema, el usuario industrial puede comprar electricidad en los momentos más interesantes (cuando el precio cae o cuando tiene excedentes fotovoltaicos) y transformarla en calor que se guarda en un acumulador térmico durante varias horas o incluso días. Después, ese calor se entrega a los procesos según la demanda real y según las señales del mercado eléctrico, evitando así picos de compra en horas caras.
El funcionamiento puede desglosarse en varias etapas bien diferenciadas. En primer lugar, las fuentes de energía pueden ser una planta fotovoltaica propia, la red eléctrica o una combinación de ambas. Esta mezcla permite que el sistema funcione incluso en ausencia de sol, siempre con la opción de optimizar los momentos de consumo en red.
En segundo lugar, se produce la conversión de electricidad en calor mediante el calentador de flujo P2H, capaz de alcanzar rangos de temperatura del orden de 100 a 475 °C. Esto cubre un abanico muy amplio de usos industriales, desde agua caliente y vapor de baja presión hasta ciertas aplicaciones de proceso que requieren temperaturas medias.
La tercera pieza es el almacenamiento térmico de varias horas a varios días, donde ese calor se conserva en un medio adecuado (depósitos de fluido térmico, tanques presurizados, lechos sólidos, etc.). Esta reserva energética es la que da al sistema su capacidad para desacoplar generación y consumo.
Por último, la fase de entrega de calor a la industria se modula en función del precio de la electricidad y de las necesidades del proceso. En ocasiones, el calor se suministra directamente desde el calentador P2H; en otras, se extrae del almacenamiento, maximizando el ahorro económico y haciendo un uso estructuralmente más eficiente de la electricidad disponible.
Power-to-Heat-to-Power y baterías de Carnot: almacenar electricidad como calor
Una evolución natural del concepto Power-to-Heat es el esquema Power-to-Heat-to-Power (P2H2P), también conocido como baterías de Carnot. En este caso, la electricidad no solo se transforma en calor para consumo directo, sino que se almacena térmicamente y posteriormente se reconvierte de nuevo en electricidad, actuando como un sistema de almacenamiento eléctrico de gran escala.
Estas baterías de Carnot se consideran hoy en día una de las soluciones más prometedoras para gestionar el exceso de energía eólica y fotovoltaica en los sistemas eléctricos. El problema actual es que las baterías electroquímicas convencionales no permiten, por coste y tamaño, almacenar a gran escala toda la energía excedentaria generada en periodos de viento o sol abundante con baja demanda.
En la práctica, esto obliga a menudo a reducir la producción de parques eólicos y plantas fotovoltaicas en determinados momentos, desaprovechando parte de su potencial. Sin embargo, las centrales termosolares con almacenamiento en sales fundidas ya han demostrado que es posible acumular energía a gran escala de forma relativamente barata, con sistemas de hasta varios gigavatios-hora eléctricos equivalentes y costes de inversión por unidad de energía almacenada bastante competitivos.
La propuesta P2H2P plantea que ese mismo tipo de almacenamiento térmico utilizado en termosolar se aproveche para guardar el excedente eléctrico procedente de eólica y fotovoltaica. La electricidad se emplearía para calentar el medio de almacenamiento (por ejemplo, sal fundida) y, más tarde, ese calor serviría para alimentar bloques de potencia ya existentes: turbinas de centrales termosolares, centrales de carbón en proceso de cierre, ciclos combinados de gas o incluso centrales nucleares.
Este enfoque abre la puerta a una hibridación inteligente entre renovables y centrales térmicas tradicionales, reutilizando infraestructuras de generación y redes de evacuación, al tiempo que se incrementa la penetración renovable en el mix. La central térmica pasaría a funcionar, en parte, como “batería” del sistema, cargándose en horas de excedente renovable y descargándose cuando la demanda o el precio lo justifican.
Sistemas de sales fundidas y almacenamiento termosolar como base del P2H2P
El almacenamiento térmico en centrales termosolares de colectores cilindro-parabólicos se basa habitualmente en una mezcla de nitratos fundidos, conocida como sal solar, que actúa como fluido de trabajo y medio de almacenamiento. El sistema típico se compone de dos tanques: uno de sal fría y otro de sal caliente. Durante la fase de carga, la sal se calienta en intercambiadores asociados al campo solar y se transfiere al tanque caliente; en descarga, la sal circula a través del bloque de potencia cediendo calor al ciclo de vapor.
Estos sistemas de sales fundidas han alcanzado soluciones comerciales con capacidades de almacenamiento muy elevadas, de varios cientos a miles de MWh, con costes de inversión por unidad de energía almacenada relativamente bajos. Por eso se consideran una referencia clara cuando se piensa en ampliar el concepto a esquemas P2H2P, donde la fuente de calor dejaría de ser únicamente el sol concentrado.
La idea es que, en lugar de limitarse a aprovechar el recurso solar, se puedan utilizar calentadores eléctricos u otros sistemas Power-to-Heat para subir la temperatura de la sal solar empleando el excedente de electricidad renovable. Esa energía térmica se integraría en la misma infraestructura de tanques e intercambiadores ya existente, añadiendo flexibilidad al conjunto.
Visualmente, un sistema de este tipo mostraría los dos tanques de sal (frío y caliente), junto con el tren de intercambiadores que conecta el campo solar, el medio de almacenamiento y el bloque de potencia. Al incorporar un sistema P2H, se añade la posibilidad de inyectar calor en la sal sin depender exclusivamente de la irradiación solar, algo muy útil cuando se desea utilizar energía eólica nocturna o excedentes fotovoltaicos.
Esta integración permite, en definitiva, que la planta termosolar deje de estar ligada solo al patrón del recurso solar y pase a funcionar como plataforma híbrida de almacenamiento y generación, utilizando la misma infraestructura para gestionar tanto la energía solar concentrada como el excedente eléctrico de otras fuentes renovables.
Conversión eléctrico-térmica: del efecto Joule al calentamiento por microondas
Hasta ahora, la forma más común de transformar electricidad en calor en un contexto industrial ha sido recurrir a calentadores eléctricos basados en el efecto Joule. En estos equipos, la energía cinética de los electrones que circulan por una resistencia se convierte en energía térmica, calentando el elemento sólido o el fluido que la rodea. Ese calor se transfiere después al medio de almacenamiento mediante conducción y convección.
Este método tiene eficiencias de conversión eléctrico-térmica altas, pero también algunas limitaciones y desafíos. En particular, la transferencia de calor hacia fluidos con baja conductividad térmica, como la sal solar, puede verse penalizada por la aparición de zonas con poco movimiento (remansos) o por gradientes de temperatura pronunciados, algo especialmente crítico cuando se opera cerca de la temperatura máxima de estabilidad térmica del medio.
Para evitar estos problemas y aumentar la eficiencia global del proceso, diferentes grupos de investigación están explorando métodos alternativos de calentamiento eléctrico. Uno de los que está mostrando mayor potencial es el calentamiento por microondas, que permite un calentamiento volumétrico del material en lugar de limitarse a la superficie de contacto con la resistencia eléctrica.
Las microondas son ondas electromagnéticas con frecuencias comprendidas aproximadamente entre 0,3 y 300 GHz, situadas entre el infrarrojo y las ondas de radio. Cuando ciertos materiales dieléctricos o con moléculas e iones polares se exponen a estas radiaciones, sus dipolos eléctricos tienden a alinearse con el campo eléctrico alterno. Ese movimiento continuo genera fricción interna y, como resultado, aumenta la temperatura del medio, un fenómeno conocido como polarización dipolar.
Este tipo de calentamiento se ha ido extendiendo en las últimas décadas a numerosos procesos industriales, desde el secado y cocción en la industria alimentaria hasta la sinterización de cerámicas o el curado de polímeros. A diferencia del calentamiento por resistencia, el calentamiento por microondas es selectivo (según las propiedades dieléctricas de cada material), permite respuestas de arranque y parada muy rápidas y puede alcanzar tasas de calentamiento muy elevadas, lo que a menudo se traduce en ahorros de tiempo y energía.
Microondas aplicadas al almacenamiento térmico en sistemas P2H2P
En el ámbito del almacenamiento térmico vinculado al Power-to-Heat-to-Power, varios grupos de investigación han analizado si la sal solar y sus componentes individuales (por ejemplo, nitrato de sodio y nitrato de potasio) pueden calentarse de forma eficiente mediante microondas. Los estudios de propiedades dieléctricas realizados apuntan a que estos materiales son susceptibles de responder bien a este tipo de calentamiento.
Eso abre la puerta a desarrollar sistemas completos de conversión eléctrico-térmica basados en microondas, específicamente diseñados para su integración en cadenas de almacenamiento térmico a gran escala. El reto no se limita a que el material se caliente, sino a concebir un conjunto de cámara, guías de onda, aislamiento, control y seguridad que pueda operar de forma fiable y estable en un entorno industrial.
Aunque las microondas pueden plantear problemas potenciales de fugas de radiación o interferencias electromagnéticas, la experiencia en otros sectores muestra que estos aspectos se pueden controlar adecuadamente con el diseño y el blindaje adecuados. Por eso cada vez se contemplan más seriamente como alternativa a los calentadores convencionales en aplicaciones energéticas avanzadas.
En el contexto de una planta híbrida termosolar-fotovoltaica con almacenamiento térmico compartido, el uso de microondas para calentar el medio de almacenamiento partiría de la electricidad generada por la instalación fotovoltaica vinculada al sistema. Esa electricidad se convertiría en calor dentro del propio volumen del material (sal solar u otro medio adecuado), minimizando pérdidas asociadas a transferencias superficiales y favoreciendo un calentamiento más homogéneo.
De esta forma, el almacenamiento térmico pasaría a servir no solo al campo solar concentrado, sino también a la producción fotovoltaica y a otros aportes eléctricos renovables. El resultado sería una plataforma de almacenamiento integrada capaz de gestionar, con un mismo medio térmico, distintos recursos de generación, incrementando la flexibilidad y el factor de utilización de la planta.
Este tipo de desarrollos, que combinan ingeniería de materiales, electromagnetismo y diseño termo-mecánico, son una muestra clara de cómo la investigación en Power-to-Heat y almacenamiento térmico está evolucionando más allá de las soluciones tradicionales para dar respuesta a las necesidades de los sistemas eléctricos del futuro.
Tomando en conjunto todas estas tecnologías y enfoques —desde las baterías térmicas de hormigón hasta las sales fundidas y el calentamiento por microondas— se puede ver cómo el almacenamiento térmico vinculado a Power-to-Heat y Power-to-Heat-to-Power se ha convertido en una herramienta versátil para maximizar el aprovechamiento de las renovables, estabilizar la red y abaratar el calor de proceso industrial. Lejos de ser una idea lejana, ya está presente en proyectos reales y seguirá ganando peso conforme aumente la penetración de la eólica y la fotovoltaica en el mix energético.
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