Cómo un humilde calentador de agua en el hogar podría salvar al planeta

En la costa oeste de Oahu, no muy lejos de relajados grupos de turistas bronceados que practican el surf, 499 máquinas domésticas nunca dejan de trabajar y nunca tienen vacaciones.

Hablan sin descanso y ahorran de manera constante. Ofrecen un vistazo sin parar a la red energética del mañana, una red basada en la nube que está impulsada por el sol y el viento.

Se trata de unos modestos calentadores de agua.

Pero estas 499 unidades son especiales. Todas están ligadas a Internet de las Cosas y plegadas en un grupo de apartamentos, los dispositivos brindan un modelo global para dejar de utilizar combustibles fósiles, consumir sólo fuentes de energía renovable, y como fin último, ayudar a salvar al planeta, como lo comenta la gente que las creó.

“Hawaii presenta una postal para el futuro, que nos muestra a todos cómo operarán las redes eléctricas a través de todo el mundo durante las próximas décadas”, comentó Paul Steffes, CEO, Presidente y Director de la mesa directiva de Steffes Corporation, un proveedor líder de soluciones de calefacción y administración de energía innovadora.

El fabricante ubicado en Dakota del Norte, diseñó esos electrodomésticos conectados, llamados calentadores de agua Grid-Interactive Electric Thermal Storage (GETS). La flotilla de calentadores aprovecha la Nube de Microsoft Azure para servir como una gigante batería de la comunidad a la vez que hace el trabajo sucio diario: calentar las duchas, lavaderos y ciclos de enjuague para los residentes de Kapolei Lofts en Oahu.

Su empresa colaboró con Mesh Systems, quienes construyeron la solución en Microsoft Azure para conectar cada calentador, lo que permite un flujo de información a partir de los dispositivos hacia la nube y luego al operador de la red, Hawaiian Electric, que luego, organiza la pequeña red de Kapolei.

“Sabemos que se trata de algo que va a cambiar las reglas del juego”, comentó Richard Baxter, Cofundador, Presidente y CEO de Mesh Systems, ubicada en Indiana. “Se trata de una aplicación muy querida y muy cercana a mí. Soy un gran fanático de la energía renovable. Los problemas con la generación de combustibles basados en fósiles se pondrán cada vez peor. Necesitamos una mejor solución. Nos sentimos muy bien de ser parte de ella”.

¿No sabían que su calentador de agua común tenía un impacto tan grande para el planeta? Resulta que se trata de una herramienta ideal para la transformación justo por ser tan comunes.

Los calentadores de agua eléctricos contabilizan hasta el 40 por ciento de la demanda residencial sobre las redes eléctricas mundiales, comentó Steffes. Los aparatos domésticos ya vienen equipados con resistencias eléctricas que son capaces de reaccionar de manera rápida a los picos de energía. De hecho, los picos de energía representan la barrera tecnológica más grande para las naciones y servicios que buscan aprovechar por completo el potencial solar y eólico.

La mayoría de las personas está familiarizada con los esfuerzos en conservación de energía, dirigidos por los altos costos de los combustibles, carencia de suministros o, en los últimos años, llamados a eliminar la quema de combustibles fósiles, que lanzan carbono a la atmósfera y lastiman al clima.

Pero las fuentes de energía limpia, como la solar y la eólica, cuentan con sus propias complejidades. Las redes energéticas del mundo fueron construidas para manejar el suministro predecible de energía y la demanda del consumidor. El sol y el viento son todo menos predecibles. Durante largos periodos de fuerte sol y días tempestuosos, los paneles solares y las turbinas eólicas capturan más energía de la que la red puede absorber y regular. El excedente de energía que es enviado a la red podría sobrecargar el sistema, lo que podría volverlo inestable y dañar equipo sensible.

Esto explica el por qué se pueden ver turbinas eólicas en paro total en un día con altos vientos, la explicación es simple, no hay lugar en la red en ese momento para consumir y utilizar esa energía extra. Los molinos de viento se encuentran pausados y toda la energía que fluye en las brisas se captura. Al mismo tiempo, la energía recolectada por los paneles solares se descarta.

“Uno de los retos que siempre enfrentan los operadores de la red es manejar la demanda en tiempo real”, comentó Baxter. “Sabemos que los renovables tienen muchos picos, en ocasiones el viento sopla cuando el sol brilla. Si no se cuenta con almacenamiento en la red, esas fuentes renovables no se utilizan y se desperdician”.

“Los Servicios públicos están hambrientos por algo que pueda dar balance a la red”, comentó Steffes.

¿La solución? Una batería enorme. Les presentamos los calentadores de agua inteligentes.

Para conducir el proyecto piloto en Hawaii, el constructor de Kapolei Lofts trabajó con el operador local de servicios públicos, Hawaiian Electric, para equipar a las 499 unidades con calentadores de agua GETS Hydro Plus. Cada uno de los dispositivos tiene capacidad para 52 galones. Otros modelos de Steffes tienen una capacidad de hasta 120 galones. Las unidades por lo general tienen un costo de alrededor de $300 USD más por unidad que un calentador estándar similar, comentó Steffes.

Algunas características clave incluyen una cubierta bien aislada que protege el nivel de calor por horas, lo que permite que la capacidad del tanque acumule más energía térmica que la que una familia típica utiliza cada día. Esa energía extra es, en retorno, almacenada para ser utilizada más tarde, lo que convierte al dispositivo en una batería que puede sostener 15 a 25 kilowatt-hora. El calentador de agua estándar utiliza alrededor de 12 kilowatt-hora por día, de acuerdo con algunas estimaciones.

Mientras tanto, los sensores de cada tanque hablan vía la nube de Azure con Hawaiian Electric, para revelar la cantidad precisa de los niveles de agua del calentador en cualquier minuto y así asegurar una premisa central: “Nadie se queda sin agua caliente”, comentó Steffes.

Un calentador de agua Steffes Hydro Plus se conecta a la nube de Azure. (Foto: Steffes Corp.)

¿Cómo forman una enorme batería colectiva estos dispositivos? Y, ¿Cómo permite esa batería un uso más completo de fuentes renovables de energía?

En días donde los paneles solares y las turbinas de viento captura más energía de la que la red puede aceptar, una señal de control automatizada, que se origina en los servicios, dirige la red de calentadores inteligentes en Kapolei para que absorba y almacene de manera térmica algo de ese excedente de energía. Por consecuencia, las turbinas de viento pueden seguir girando y obteniendo energía eólica.

En cada uno de los 499 hogares, el agua de la cisterna se calienta a más de 120 grados, temperatura más alta que la normal para el uso residencial. Luego, una válvula mezcladora revuelve esa agua súper-caliente con agua fría para permitir su uso seguro en grifos, duchas y bañeras.

“Existe un límite máximo sobre cuánta carga térmica puede sostener un calentar de agua y manejar esto a través de toda la red calentadores de agua es parte de lo que hacemos en la nube de Azure”, comentó Baxter.

“Un solo calentador de agua no constituye una carga de energía que sea de interés a un servicio público. Es sólo cuando puedes agregar, luego comandar y controlar una red de esos calentadores, que comienzas a ofrecer un recurso de carga que los servicios necesiten, y darles la capacidad de integrar energía renovable que de otro modo se desperdiciaría”, agregó Baxter.

Cuando el cielo está nublado o no hay mucho aire, a la red de calentadores de agua se le dice no dirigir poder de la red y en lugar de eso llevarlo del agua que se almacenó de manera térmica (super-calentada) en los dispositivos para brindar una vasta cantidad de agua caliente.

“El software integrado en el calentador de agua estima el uso previsto al aprender los hábitos de uso de agua caliente de los residentes de los apartamentos”, comentó Baxter. “Después de contabilizar de manera conservativa las necesidades de los dueños de hogares, el exceso en capacidad de almacenamiento térmico es comunicada a la nube donde luego se agrega de manera subsecuente y se comunica al operador de red”.

Hawaii ofrece más que un lindo escenario para el proyecto piloto. El abundante sol y las corrientes de aire en Oahu producen bastantes reservas de energía limpia. Los operadores de la red local también están motivados. Hawaii cuenta con una nueva ley que dirige a los servicios del estado a generar el 100 por ciento de sus ventas de electricidad a partir de recursos renovables para 2045.

“Va a requerir algún tipo de transformación”, comentó Olin Lagon, CEO de Shifted Energy. Su empresa ubicada en Hawaii reacondiciona los calentadores eléctricos de agua con controladores de red interactiva. Shifted Energy también trabajó con Hawaiian Electric para implementar los 499 calentadores GETS en Kapolei Lofts.

Hawaii puede beneficiarse de los amplios beneficios financieros y ambientales, comentó Lagon, al evolucionar su red para se alimente por completo del sol y el viento.

“Cuando sopla el viento y lo desperdiciamos, después tenemos que quemar combustible cuando necesitamos esa electricidad, lo que aumenta las tarifas para todos”, comentó Lagon el verano pasado mientras daba una charla en Worldwide Partner Conference en Toronto.

Tabla de la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos.

Hawaii gasta cerca de 6 mil millones de dólares cada año para comprar combustible de importación, más de 4 mil por cada persona que vive en el estado, de acuerdo con David Ige, Gobernador de Hawaii. Ese costo podría desaparecer con una dieta de energía limpia. Lo mismo pasaría con el carbono que va hacia la atmósfera.

El dióxido de carbono (CO2) es uno de los gases de invernadero que circula por encima de y atrapa el calor en la atmósfera, que calienta al planeta al “adelgazar la manta de la Tierra”, reporta la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos. El CO2 entra a la atmósfera cuando los servicios públicos y la gente queman combustibles fósiles, entre los que se encuentra el petróleo, el gas natural y el carbón, así como los desechos sólidos, árboles y productos derivados de la madera.

Hawaii busca dejar de sumar a este problema, con su creciente ejército de calentadores de agua inteligentes.

“El potencial es increíble”, mencionó Lagon. “En Maui, si cambiáramos sólo uno por ciento de nuestra carga al viento, podríamos reducir esta última cerca de 40 mil barriles, eso es alrededor de 38 millones de toneladas de CO2”.

Él ve que este impacto se puede esparcir más allá de las islas.

Turbinas eólicas en la isla hawaiana de Oahu inspiran optimismo en referencia a la energía renovable. (Foto por Daniela Duncan/Getty Images)

“Esto va a transformar de manera absoluta las redes a nivel mundial”, comentó Lagon.

Tan solo en Estados Unidos, existen 45 millones de calentadores de agua eléctricos. Si los servicios eléctricos conectan esos dispositivos a la nube, para formar una enorme batería que mantenga girando a las turbinas eólicas y que estabilice a la red, la nación ganaría el equivalente de más de 200 plantas de energía limpia”, comentó Steffes.

El viento trae esperanza.

 

Ilustraciones por Perfect PlanIt, Inc.