Electrificación del calor en el Sur de Chile: determinación de requerimientos e impactos en la red eléctrica de distribución

Abstract

El alto nivel de concentraciones de material particulado fino (MP2,5) a las que se encuentran expuesto los habitantes de las ciudades del centro y sur de Chile, genera altos costos sociales y ambientales. La principal fuente emisora de MP2,5 en Chile proviene de la combustión de leña a nivel residencial para calefacción y producción de agua caliente sanitaria (ACS). En este contexto, la electrificación de los sistemas de calor por medio del uso de bombas de calor aerotérmicas (ASHP), es una de las posibles alternativas que permite evitar la emisión de MP2,5 a nivel local. Sin embargo, su implementación masiva en el sector residencial puede tener impacto sobre la red de distribución eléctrica, pudiendo aumentar aún más los costos de adopción de esta alternativa. Este trabajo tiene por objetivo evaluar los posibles impactos de la electrificación del calor generados sobre la red de distribución en el sur de Chile. La metodología diseñada plantea un análisis cuantitativo de los requerimientos térmicos de calefacción y ACS para las viviendas del sur de Chile, con base en las tipologías de viviendas y las características térmicas de construcción más típicos. Debido a que el rendimiento de las ASHP varía a lo largo del día, se utiliza el modelo de predicción de demanda temporal CREST. Esta herramienta permite trabajar con perfiles de demanda residencial con resolución por minuto y se ha modificado en este trabajo, para representar fielmente la demanda térmica temporal del parque residencial del sur de Chile. Además, las modificaciones de esta herramienta incluyen el desarrollo del modelo de ASHP aire-agua junto a un calentador eléctrico auxiliar para los consumos picos del año. Posteriormente, se analiza de forma cuantitativa el impacto de la electrificación del calor en la red de distribución eléctrica de Osorno, por medio del análisis de diferentes variables eléctricas en los modelos de redes de distribución, desarrollados sobre la base del proyecto Fondecyt N°11180875. Este análisis incorpora los nuevos consumos eléctricos de dos diseños distintos del sistema de calor a comparar y bajo el supuesto de diferentes niveles de adopción residencial en el empleo de las ASHP. De los resultados, se determinó que el principal impacto de la electrificación del calor en la red de distribución eléctrica de Osorno está relacionado a la sobrecarga de los transformadores, con un impacto mayor en las redes con transformadores cuya capacidad es menor a los 100[kVA]. En cuanto a los problemas de regulación de tensión, para un diseño de sistema de calor donde un tanque térmico abastece de ACS, el hosting capacity de las redes analizadas, alcanza el 10% en el nivel de adopción de este sistema. El hosting capacity se puede ampliar, a un 30% de las viviendas en el caso de que el mismo tanque térmico abastezca, además, al sistema de calefacción. Finalmente, los problemas de sobrecarga en las líneas eléctricas nunca afectan a más del 2% del total de estas en las redes simuladas.