Aquecimento urbano - District heating

O aquecimento urbano (também conhecido como redes de calor ou teleaquecimento ) é um sistema de distribuição de calor gerado em um local centralizado por meio de um sistema de tubos isolados para requisitos de aquecimento residencial e comercial, como aquecimento ambiente e aquecimento de água . O calor é freqüentemente obtido de uma usina de cogeração que queima combustíveis fósseis ou biomassa , mas também são usadas caldeiras , aquecimento geotérmico , bombas de calor e aquecimento solar central , bem como resíduos de calor da geração de eletricidade por energia nuclear . As plantas de aquecimento distrital podem fornecer maior eficiência e melhor controle da poluição do que as caldeiras localizadas. De acordo com algumas pesquisas, o aquecimento urbano com calor e energia combinados (CHPDH) é o método mais barato de cortar as emissões de carbono e tem uma das pegadas de carbono mais baixas de todas as usinas de geração fóssil.

As redes de aquecimento distrital de quinta geração não usam combustão no local e têm emissões zero de CO ₂ e NO ₂ no local; eles empregam transferência de calor usando eletricidade, que pode ser gerada a partir de energia renovável ou de remotas estações de energia movidas a fóssil. Uma combinação de CHP e bombas de calor centralizadas é usada no sistema multienergia de Estocolmo. Isso permite a produção de calor por meio da eletricidade quando há uma abundância de produção de energia intermitente, e a cogeração de energia elétrica e aquecimento urbano quando a disponibilidade de produção de energia intermitente é baixa.

O aquecimento urbano está classificado em 27º lugar nas 100 soluções do Projeto Drawdown para o aquecimento global .

História

O aquecimento urbano tem suas raízes nos banhos e estufas com água quente do antigo Império Romano . Normalmente, um sistema de distribuição de água quente em Chaudes-Aigues, na França, é considerado o primeiro sistema de aquecimento urbano real. Usava energia geotérmica para fornecer calor a cerca de 30 casas e começou a operar no século XIV.

A Academia Naval dos Estados Unidos em Annapolis iniciou o serviço de aquecimento distrital a vapor em 1853.

Embora esses e vários outros sistemas tenham operado ao longo dos séculos, o primeiro sistema de aquecimento distrital com sucesso comercial foi lançado em Lockport , Nova York , em 1877, pelo engenheiro hidráulico americano Birdsill Holly , considerado o fundador do aquecimento distrital moderno.

Gerações de aquecimento urbano

Geralmente, todos os sistemas modernos de aquecimento urbano são orientados pela demanda, o que significa que o fornecedor de calor reage à demanda dos consumidores e garante que haja temperatura e pressão de água suficientes para fornecer o calor exigido aos usuários. As cinco gerações têm características definidoras que os diferenciam das gerações anteriores. O recurso de cada geração pode ser usado para dar uma indicação do status de desenvolvimento de um sistema de aquecimento urbano existente.

Primeira geração

A primeira geração foi um sistema a vapor alimentado por carvão e foi introduzido pela primeira vez nos Estados Unidos na década de 1880 e também se tornou popular em alguns países europeus. Era estado da arte até a década de 1930 e usava dutos de concreto, operava com temperaturas muito altas e, portanto, não era muito eficiente. Também houve problemas de confiabilidade e segurança devido aos tubos de vapor pressurizados quentes. Hoje em dia, essa geração está desatualizada tecnologicamente. No entanto, alguns desses sistemas ainda estão em uso, por exemplo, em Nova York ou Paris. Outros sistemas originalmente construídos foram posteriormente convertidos para as gerações posteriores.

Segunda geração

A segunda geração foi desenvolvida na década de 1930 e foi construída até a década de 1970. Queimava carvão e óleo, a energia era transmitida através de água quente pressurizada como transportadora de calor. Os sistemas normalmente tinham temperaturas de abastecimento acima de 100 ° C, usavam dutos de água em dutos de concreto, a maioria montados no local, e equipamentos pesados. A principal razão para esses sistemas foi a economia de energia primária, que surgiu do uso de usinas combinadas de calor e energia. Embora também usados ​​em outros países, os sistemas típicos desta geração foram os sistemas de aquecimento distrital de estilo soviético que foram construídos após a 2ª Guerra Mundial em vários países da Europa Oriental.

Terceira geração

Na década de 1970, a terceira geração foi desenvolvida e, subsequentemente, usada na maioria dos seguintes sistemas em todo o mundo. Esta geração também é chamada de “tecnologia de aquecimento urbano escandinava”, porque muitos dos fabricantes de componentes de aquecimento urbano estão sediados na Escandinávia. A terceira geração utiliza tubos pré-fabricados e pré-isolados, que são enterrados diretamente no solo e operam com temperaturas mais baixas, geralmente abaixo de 100 ° C. A principal motivação para construir esses sistemas foi a segurança do abastecimento, melhorando a eficiência energética, depois que as duas crises do petróleo levaram à interrupção do abastecimento. Portanto, esses sistemas costumam utilizar carvão, biomassa e resíduos como fontes de energia, de preferência ao petróleo. Em alguns sistemas, a energia geotérmica e a energia solar também são usadas na matriz energética. Por exemplo, Paris tem usado aquecimento geotérmico de uma fonte de 55–70 ° C 1–2 km abaixo da superfície desde 1970 para aquecimento doméstico.

Quarta geração

Atualmente, a quarta geração está em desenvolvimento, com a transição para a 4ª geração já em andamento na Dinamarca . A quarta geração foi projetada para combater as mudanças climáticas e integrar altas parcelas de energia renovável variável ao aquecimento urbano, fornecendo alta flexibilidade ao sistema elétrico.

De acordo com a revisão de Lund et al. esses sistemas devem ter as seguintes habilidades:

• "1. Capacidade de fornecer aquecimento urbano a baixa temperatura para aquecimento ambiente e água quente sanitária (AQS) a edifícios existentes, edifícios existentes renovados energeticamente e novos edifícios de baixo consumo energético."
• "2. Capacidade de distribuir calor em redes com baixas perdas na rede."
• "3. Capacidade de reciclar o calor de fontes de baixa temperatura e integrar fontes renováveis ​​de calor, como o calor solar e geotérmico."
• "4. Capacidade de ser uma parte integrada de sistemas de energia inteligentes (ou seja, redes inteligentes de eletricidade, gás, fluido e térmica), incluindo ser uma parte integrada dos sistemas de refrigeração distrital de 4ª geração."
• “5. Capacidade de assegurar estruturas adequadas de planeamento, custos e motivação face à operação bem como aos investimentos estratégicos relacionados com a transformação em futuros sistemas energéticos sustentáveis”.

Em comparação com as gerações anteriores, os níveis de temperatura foram reduzidos para aumentar a eficiência energética do sistema, com temperaturas do lado da alimentação de 70 ° C e inferiores. As fontes potenciais de calor são o calor residual da indústria, usinas de cogeração que queimam resíduos, usinas de biomassa , energia geotérmica e solar térmica ( aquecimento solar central ), bombas de calor em grande escala , calor residual para fins de resfriamento e centros de dados e outras fontes de energia sustentáveis. Com essas fontes de energia e armazenamento de energia térmica em grande escala , incluindo armazenamento de energia térmica sazonal , os sistemas de aquecimento distrital de quarta geração devem fornecer flexibilidade para equilibrar a geração de energia eólica e solar , por exemplo, usando bombas de calor para integrar energia elétrica excedente como calor, quando houver é muita energia eólica ou fornece eletricidade de usinas de biomassa quando energia de reserva é necessária. Portanto, as bombas de calor em grande escala são consideradas uma tecnologia-chave para sistemas de energia inteligentes com altas participações de energia renovável de até 100% e sistemas avançados de aquecimento urbano de quarta geração.

Quinta geração / aquecimento urbano a frio

Uma rede de aquecimento e resfriamento distrital de quinta geração (5GDHC), também chamada de aquecimento distrital frio , distribui o calor próximo à temperatura ambiente do solo: isso, em princípio, minimiza as perdas de calor para o solo e reduz a necessidade de isolamento extensivo. Cada edifício da rede usa uma bomba de calor em sua própria sala da fábrica para extrair calor do circuito ambiente quando precisa de calor e usa a mesma bomba de calor ao contrário para rejeitar o calor quando precisa de resfriamento. Em períodos de demandas simultâneas de resfriamento e aquecimento, isso permite que o calor residual do resfriamento seja usado como bombas de calor nos edifícios que precisam de aquecimento. A temperatura geral dentro do circuito ambiente é preferencialmente controlada por troca de calor com um aquífero ou outra fonte de água de baixa temperatura para permanecer dentro de uma faixa de temperatura de 10 ° C a 25 ° C.

Embora a tubulação de rede para redes de temperatura ambiente seja menos dispendiosa para instalar por diâmetro de tubo do que nas gerações anteriores, uma vez que não precisa do mesmo grau de isolamento para os circuitos de tubulação, deve-se ter em mente que a menor diferença de temperatura do A rede de tubos leva a diâmetros de tubo significativamente maiores do que nas gerações anteriores. Devido à necessidade de cada edifício conectado nos sistemas de aquecimento e resfriamento urbano de quinta geração ter sua própria bomba de calor, o sistema pode ser usado como uma fonte de calor ou um dissipador de calor para a bomba de calor, dependendo se é operado em um modo de aquecimento e resfriamento. Tal como acontece com as gerações anteriores, a rede de tubos é uma infraestrutura que, em princípio, fornece um acesso aberto para várias fontes de calor de baixa temperatura, como calor ambiente, água ambiente de rios, lagos, mar ou lagoas e calor residual de fontes industriais ou comerciais.

Com base na descrição acima, é claro que há uma diferença fundamental entre o 5GDHC e as gerações anteriores do aquecimento urbano, particularmente na individualização da geração de calor. Este sistema crítico tem um impacto significativo na comparação das eficiências entre as diferentes gerações, pois a individualização da geração de calor move a comparação de ser uma comparação de eficiência de sistema de distribuição simples para uma comparação de eficiência de sistema de abastecimento, onde tanto a eficiência de geração de calor quanto a eficiência do sistema de distribuição precisa ser incluída.

Um edifício moderno com um sistema interno de distribuição de calor de baixa temperatura pode instalar uma bomba de calor eficiente, fornecendo saída de calor a 45 ° C. Um edifício mais antigo com um sistema de distribuição interna de alta temperatura, por exemplo, usando radiadores, exigirá uma bomba de calor de alta temperatura para fornecer a saída de calor.

Um exemplo maior de uma grade de aquecimento e resfriamento de quinta geração é Mijnwater em Heerlen, Holanda. Neste caso, a característica distintiva é um acesso exclusivo a uma mina de carvão cheia de água abandonada dentro dos limites da cidade que fornece uma fonte de calor estável para o sistema.

Uma rede de quinta geração ("Balanced Energy Network", BEN) foi instalada em 2016 em dois grandes edifícios da London South Bank University como um projeto de pesquisa e desenvolvimento.

Geração de calor

As fontes de calor em uso para vários sistemas de aquecimento urbano incluem: usinas elétricas projetadas para produção combinada de calor e energia (CHP, também chamada de cogeração), incluindo usinas de combustão e nucleares; e simples combustão de um combustível fóssil ou biomassa; calor geotérmico; calor solar; bombas de calor industriais que extraem calor da água do mar, rio ou lago, esgoto ou calor residual de processos industriais.

Calor distrital de calor e energia combinados ou combustão simples

O elemento central de muitos sistemas de aquecimento urbano é uma estação de caldeira somente para aquecimento . Além disso, um CHP é frequentemente adicionado em paralelo com as caldeiras. Ambos têm em comum o fato de serem tipicamente baseados na combustão de portadores de energia primária. A diferença entre os dois sistemas é que, em uma usina de cogeração, o calor e a eletricidade são gerados simultaneamente, ao passo que nas caldeiras de aquecimento apenas é gerado.

No caso de uma usina de cogeração com combustível fóssil, a produção de calor é normalmente dimensionada para atender a metade da carga de calor de pico no inverno, mas ao longo do ano fornecerá 90% do calor fornecido. Muito do calor produzido no verão geralmente será desperdiçado. A capacidade da caldeira será capaz de atender toda a demanda de calor sem ajuda e pode cobrir avarias na planta de cogeração. Não é econômico dimensionar a planta de cogeração sozinha para poder atender à carga de calor total. No sistema de vapor da cidade de Nova York , isso é cerca de 2,5 GW. A Alemanha tem a maior quantidade de CHP da Europa.

A combinação de cogeração e aquecimento urbano é muito eficiente em termos econômicos em termos de energia , mas emite CO2 e NO2 no local. Uma estação de energia térmica simples pode ter uma eficiência de 20 a 35%, enquanto uma instalação mais avançada com a capacidade de recuperar o calor residual pode atingir uma eficiência energética total de quase 80%. Alguns podem se aproximar de 100% com base no valor de aquecimento inferior pela condensação do gás de combustão também.

O calor residual das usinas nucleares é às vezes usado para aquecimento urbano. Os princípios para uma combinação convencional de cogeração e aquecimento urbano aplicam-se ao nuclear e a uma central térmica . A Rússia tem várias usinas nucleares de cogeração que, juntas, forneceram 11,4 PJ de calor distrital em 2005. O aquecimento distrital nuclear russo está planejado para quase triplicar em uma década, à medida que novas usinas são construídas.

Outros aquecedores com energia nuclear de usinas de cogeração estão na Ucrânia, República Tcheca, Eslováquia, Hungria, Bulgária e Suíça, produzindo até cerca de 100 MW por usina. Um uso da geração de calor nuclear foi com a usina nuclear de Ågesta, na Suécia, fechada em 1974.

Na Suíça, a Usina Nuclear de Beznau fornece calor para cerca de 20.000 pessoas.

Calor distrital de origem geotérmica

História

O aquecimento geotérmico distrital foi usado em Pompéia e em Chaudes-Aigues desde o século XIV.

Estados Unidos

Os sistemas de aquecimento geotérmico de uso direto, que drenam os reservatórios geotérmicos e distribuem a água quente para vários edifícios para uma variedade de usos, são incomuns nos Estados Unidos, mas existem na América há mais de um século.

Em 1890, os primeiros poços foram perfurados para acessar um recurso de água quente fora de Boise, Idaho. Em 1892, após encaminhar a água para residências e empresas na área por meio de um oleoduto de madeira, foi criado o primeiro sistema de aquecimento geotérmico distrital.

Em um estudo de 2007, havia 22 sistemas geotérmicos de aquecimento distrital (GDHS) nos Estados Unidos. Em 2010, dois desses sistemas foram desligados. A tabela abaixo descreve os 20 GDHS atualmente em operação na América.

Nome do sistema	Cidade	Estado	Ano inicial	Número de clientes	Capacidade, MWt	Energia anual gerada, GWh	Temperatura do sistema, ° F	Temperatura do sistema, ° C
Warm Springs Water District	Boise	EU IRIA	1892	275	3,6	8,8	175	79
Oregon Institute of Technology	Klamath Falls	OU	1964	1	6,2	13,7	192	89
Midland	Midland	SD	1969	12	0,09	0,2	152	67
College of Southern Idaho	Twin Falls	EU IRIA	1980	1	6,34	14	100	38
Philip	Philip	SD	1980	7	2,5	5,2	151	66
Pagosa Springs	Pagosa Springs	CO	1982	22	5,1	4,8	146	63
Idaho Capital Mall	Boise	EU IRIA	1982	1	3,3	18,7	150	66
Elko	Elko	NV	1982	18	3,8	6,5	176	80
Boise City	Boise	EU IRIA	1983	58	31,2	19,4	170	77
Warren Estates	Reno	NV	1983	60	1,1	2,3	204	96
San Bernardino	San Bernardino	CA	1984	77	12,8	22	128	53
Cidade de Klamath Falls	Klamath Falls	OU	1984	20	4,7	10,3	210	99
Manzanita Estates	Reno	NV	1986	102	3,6	21,2	204	95
Elko County School District	Elko	NV	1986	4	4,3	4,6	190	88
Gila Hot Springs	Glenwood	NM	1987	15	0,3	0.9	140	60
Hospital de veteranos de Fort Boise em Boise	Boise	EU IRIA	1988	1	1.8	3,5	161	72
Kanaka Rapids Ranch	Buhl	EU IRIA	1989	42	1,1	2,4	98	37
Comunidade Em Busca da Verdade	Canby	CA	2003	1	0,5	1,2	185	85
Bluffdale	Bluffdale	UT	2003	1	1,98	4,3	175	79
Vista do lago	Vista do lago	OU	2005	1	2,44	3,8	206	97

Calor distrital de fonte solar

O uso de calor solar para aquecimento urbano tem aumentado na Dinamarca e na Alemanha nos últimos anos. Os sistemas geralmente incluem armazenamento de energia térmica sazonal para uma produção de calor consistente do dia a dia e entre o verão e o inverno. Bons exemplos estão em Vojens a 50 MW, Dronninglund a 27 MW e Marstal a 13 MW na Dinamarca. Esses sistemas foram expandidos gradativamente para suprir de 10% a 40% das necessidades anuais de aquecimento de suas aldeias. Os painéis solares térmicos são montados no solo em campos. O armazenamento de calor é o armazenamento de fossa, conjunto de furos e o tradicional tanque de água. Em Alberta, Canadá, a Drake Landing Solar Community alcançou um recorde mundial de 97% da fração solar anual para necessidades de aquecimento, usando painéis solares térmicos nos telhados da garagem e armazenamento térmico em um conjunto de poços.

Bombas de calor para aquecimento distrital

Em Estocolmo, a primeira bomba de calor foi instalada em 1977 para fornecer aquecimento urbano proveniente de servidores IBM. Hoje a capacidade instalada é de cerca de 660 MW de calor, utilizando água de esgoto tratada, água do mar, resfriamento distrital, data centers e supermercados como fontes de calor. Outro exemplo é o projeto de Aquecimento Distrital Drammen Fjernvarme na Noruega, que produz 14 MW de água a apenas 8 ° C, bombas de calor industriais são comprovadamente fontes de calor para redes de aquecimento urbano. Entre as maneiras pelas quais as bombas de calor industriais podem ser utilizadas estão:

1. Como a fonte de carga de base primária onde a água de uma fonte de calor de baixo grau, por exemplo, um rio, fiorde, data center , emissário de estação de energia, emissário de tratamento de esgoto (tudo normalmente entre 0 ˚C e 25 ˚C), é impulsionado até a temperatura da rede é normalmente de 60 ˚C a 90 ˚C usando bombas de calor . Esses dispositivos, embora consumam eletricidade, irão transferir uma produção de calor três a seis vezes maior do que a quantidade de eletricidade consumida. Um exemplo de sistema distrital que usa uma bomba de calor para obter calor de esgoto bruto é em Oslo, Noruega, que tem uma produção de calor de 18 MW (térmico).
2. Como um meio de recuperar o calor do circuito de resfriamento de uma usina de energia para aumentar o nível de recuperação de calor dos gases de combustão (já que o tubo de retorno da usina de aquecimento urbano agora é resfriado pela bomba de calor) ou pelo resfriamento do circuito de vapor fechado e diminuindo artificialmente a pressão de condensação e, assim, aumentando a eficiência de geração de eletricidade.
3. Como um meio de resfriar o fluido de trabalho de lavagem de gás de combustão (normalmente água) de 60 ˚C pós-injeção a 20 ˚C de temperaturas de pré-injeção. O calor é recuperado usando uma bomba de calor e pode ser vendido e injetado no lado da rede da instalação a uma temperatura muito mais alta (por exemplo, cerca de 80 ˚C).
4. Onde a rede atingiu a capacidade, grandes usuários de carga individual podem ser desacoplados do tubo de alimentação quente, digamos 80 ˚C e acoplados ao tubo de retorno, por exemplo, 40 ˚C. Ao adicionar uma bomba de calor localmente para este usuário, o tubo de 40 ˚C é resfriado ainda mais (o calor sendo entregue ao evaporador da bomba de calor). A saída da bomba de calor é, então, um circuito dedicado para o usuário de 40 ˚C a 70 ˚C. Portanto, a capacidade geral da rede mudou à medida que a diferença de temperatura total do loop variou de 80–40 ˚C a 80 ˚C – x (x sendo um valor inferior a 40 ˚C).

Existem preocupações sobre o uso de hidroflurocarbonos como fluido de trabalho (refrigerante) para grandes bombas de calor. Embora o vazamento não seja normalmente medido, geralmente é relatado como sendo relativamente baixo, como 1% (em comparação com 25% para sistemas de resfriamento de supermercados). Uma bomba de calor de 30 megawatts pode, portanto, vazar (anualmente) cerca de 75 kg de R134a ou outro fluido de trabalho. Dado o alto potencial de aquecimento global de alguns HFCs, isso poderia equivaler a mais de 800.000 quilômetros (500.000 milhas) de viagens de carro por ano.

No entanto, avanços técnicos recentes permitem o uso de refrigerantes de bomba de calor naturais com potencial de aquecimento global (GWP) muito baixo. O refrigerante CO2 (R744, GWP = 1) ou amônia (R717, GWP = 0) também têm o benefício, dependendo das condições de operação, de resultar em maior eficiência da bomba de calor do que os refrigerantes convencionais. Um exemplo é uma rede de aquecimento distrital de 14 MW (térmico) em Drammen , Noruega, que é fornecida por bombas de calor de água do mar que usam refrigerante R717 e está operando desde 2011. Água a 90 ° C é fornecida ao loop distrital (e retorna a 65 ° C). O calor é extraído da água do mar (de 60 pés (18 m) de profundidade) que é de 8 a 9 ° C durante todo o ano, dando um coeficiente de desempenho médio (COP) de cerca de 3,15. No processo, a água do mar é resfriada a 4 ° C; entretanto, este recurso não é utilizado. Em um sistema distrital onde a água gelada pudesse ser utilizada para ar condicionado, o COP efetivo seria consideravelmente mais alto.

No futuro, as bombas de calor industriais serão ainda mais descarbonizadas usando, por um lado, o excesso de energia elétrica renovável (de outra forma derramada devido ao atendimento da demanda da rede) de energia eólica, solar, etc. e, por outro lado, tornando mais fontes renováveis ​​de calor (lago e oceano, geotérmico, etc.). Além disso, uma maior eficiência pode ser esperada através da operação na rede de alta tensão.

Excesso de energia elétrica renovável para aquecimento distrital

Com países europeus como a Alemanha e a Dinamarca avançando para níveis muito altos (80% e 100%, respectivamente, até 2050) de energia renovável para todos os usos de energia, haverá períodos crescentes de produção excessiva de energia elétrica renovável. O armazenamento desta energia como energia elétrica potencial (por exemplo, hidro bombeado) é muito caro e reduz a eficiência total de ida e volta. No entanto, armazená-lo como calor em sistemas de aquecimento urbano, para uso em edifícios onde há demanda, é significativamente menos caro. Embora a qualidade da energia elétrica seja degradada, as bombas de calor do tamanho de MW da rede de alta tensão maximizariam a eficiência sem desperdiçar o excesso de eletricidade renovável. Esse acoplamento do setor elétrico com o setor de aquecimento ( Power-to-X ) é considerado um fator chave para sistemas de energia com altas participações de energia renovável, pois permite que o armazenamento seja usado principalmente na forma de armazenamento de calor barato. Portanto, o uso de armazenamento de eletricidade bastante caro pode ser minimizado, já que o setor de calor equilibra a produção variável de fontes de energia renováveis ​​com cargas flexíveis e armazenamento de calor. Estocolmo tem atualmente cerca de 660 MW de bombas de calor conectadas ao seu sistema de aquecimento urbano.

Acumuladores de calor e armazenamento

Cada vez mais, grandes armazenadores de calor estão sendo usados ​​com redes de aquecimento urbano para maximizar a eficiência e o retorno financeiro. Isto permite que as unidades de cogeração funcionem em horários de tarifa elétrica máxima, tendo a produção elétrica taxas de retorno muito mais elevadas do que a produção de calor, ao mesmo tempo que armazena o excesso de produção de calor. Também permite que o calor solar seja coletado no verão e redistribuído fora da estação em reservatórios isolados no solo muito grandes, mas de custo relativamente baixo, ou sistemas de sondagem. A perda de calor esperada na lagoa isolada de 203.000m³ em Vojens é de cerca de 8%.

Distribuição de calor

Após a geração, o calor é distribuído ao cliente por meio de uma rede de tubos isolados . Os sistemas de aquecimento urbano consistem em linhas de alimentação e retorno. Normalmente, os tubos são instalados no subsolo, mas também existem sistemas com tubos superficiais. Dentro do sistema , unidades de armazenamento de calor podem ser instaladas para equilibrar as demandas de pico de carga.

O meio comum usado para distribuição de calor é água ou água superaquecida , mas o vapor também é usado. A vantagem do vapor é que, além de aquecimento, pode ser utilizado em processos industriais devido à sua temperatura mais elevada. A desvantagem do vapor é uma maior perda de calor devido à alta temperatura. Além disso, a eficiência térmica das usinas de cogeração é significativamente menor se o meio de resfriamento for vapor de alta temperatura, reduzindo a geração de energia elétrica. Os óleos de transferência de calor geralmente não são usados ​​para aquecimento urbano, embora tenham maior capacidade de calor do que a água, pois são caros e apresentam problemas ambientais.

Ao nível do cliente, a rede de aquecimento está normalmente ligada ao sistema de aquecimento central das habitações através de permutadores de calor ( subestações de calor ): os fluidos de trabalho de ambas as redes (geralmente água ou vapor) não se misturam. No entanto, a conexão direta é usada no sistema Odense .

A perda anual típica de energia térmica por meio da distribuição é de cerca de 10%, conforme visto na rede de aquecimento distrital da Noruega.

Medição de calor

A quantidade de calor fornecida aos clientes é frequentemente registrada com um medidor de calor para encorajar a conservação e maximizar o número de clientes que podem ser atendidos, mas esses medidores são caros. Devido ao custo da medição de calor, uma abordagem alternativa é simplesmente medir a água - medidores de água são muito mais baratos do que medidores de calor e têm a vantagem de encorajar os consumidores a extrair o máximo de calor possível, levando a uma temperatura de retorno muito baixa, o que aumenta a eficiência da geração de energia.

Muitos sistemas foram instalados sob uma economia socialista (como no antigo Bloco de Leste ) que carecia de medição de calor e meios para ajustar o fornecimento de calor para cada apartamento. Isso levou a grandes ineficiências - os usuários tinham que simplesmente abrir as janelas quando muito quente - desperdiçando energia e minimizando o número de clientes conectáveis.

Tamanho dos sistemas

Os sistemas de aquecimento urbano podem variar em tamanho. Alguns sistemas cobrem cidades inteiras, como Estocolmo ou Flensburg , usando uma rede de grandes tubos primários de 1000 mm de diâmetro ligados a tubos secundários - por exemplo, 200 mm de diâmetro, que por sua vez se conectam a tubos terciários que podem ter 25 mm de diâmetro que podem se conectar a 10 para 50 casas.

Alguns esquemas de aquecimento urbano podem ser dimensionados apenas para atender às necessidades de uma pequena vila ou área de uma cidade, caso em que apenas os tubos secundários e terciários serão necessários.

Alguns esquemas podem ser projetados para servir apenas a um número limitado de residências, de cerca de 20 a 50 casas, caso em que apenas tubos de tamanho terciário são necessários.

Prós e contras

O aquecimento urbano tem várias vantagens em comparação com os sistemas de aquecimento individuais. Normalmente, o aquecimento urbano é mais eficiente em termos energéticos, devido à produção simultânea de calor e eletricidade em centrais de geração de calor e eletricidade combinadas . Isso tem o benefício adicional de reduzir as emissões de gases de efeito estufa . As unidades de combustão maiores também possuem uma limpeza de gases de combustão mais avançada do que os sistemas de caldeira única. No caso do calor excedente das indústrias, os sistemas de aquecimento urbano não usam combustível adicional porque recuperam o calor que, de outra forma, seria disperso no ambiente.

O aquecimento urbano requer um compromisso financeiro de longo prazo que se encaixa mal com o foco em retornos de investimento de curto prazo. Os benefícios para a comunidade incluem custos de energia evitados por meio do uso de energia térmica excedente e desperdiçada, e redução do investimento em equipamentos de aquecimento para residências ou edifícios. Redes de aquecimento distrital, estações de caldeiras somente para aquecimento e usinas de cogeração requerem altos gastos de capital inicial e financiamento. Somente se considerados como investimentos de longo prazo, estes se traduzirão em operações lucrativas para os proprietários de sistemas de aquecimento urbano ou operadores combinados de centrais elétricas e de aquecimento. O aquecimento urbano é menos atraente para áreas com baixa densidade populacional, pois o investimento por família é consideravelmente mais alto. Também é menos atraente em áreas de muitos edifícios pequenos; por exemplo, casas isoladas do que em áreas com menos edifícios maiores; por exemplo, blocos de apartamentos, porque cada conexão com uma casa unifamiliar é bastante cara.

Os sistemas de aquecimento individuais podem ser desligados completamente de forma intermitente de acordo com a demanda de aquecimento local, o que não é o caso de um sistema de aquecimento urbano.

Propriedade, questões de monopólio e estruturas de cobrança

Em muitos casos, os grandes esquemas combinados de aquecimento urbano para aquecimento urbano são propriedade de uma única entidade. Esse era tipicamente o caso nos países do antigo bloco oriental. No entanto, para muitos esquemas, a propriedade da planta de cogeração é separada da parte que utiliza o calor.

Os exemplos são Varsóvia, que tem essa propriedade dividida com a PGNiG Termika como proprietária da unidade de cogeração, a Veolia com 85% da distribuição de calor, o resto da distribuição de calor é propriedade do município e dos trabalhadores. Da mesma forma, todos os grandes esquemas CHP / CH na Dinamarca são de propriedade dividida.

A Suécia fornece um exemplo alternativo em que o mercado de aquecimento é desregulamentado. Na Suécia, é mais comum que a propriedade da rede de aquecimento urbano não seja separada da propriedade das centrais de cogeração, da rede de refrigeração distrital ou das bombas de calor centralizadas. Também há exemplos em que a competição gerou redes paralelas e redes interconectadas em que várias concessionárias cooperam.

No Reino Unido, houve reclamações de que as empresas de aquecimento urbano têm um monopólio excessivo e são insuficientemente regulamentadas, um problema que a indústria está ciente e tomou medidas para melhorar a experiência do consumidor por meio do uso de fretamentos de clientes, conforme estabelecido pelo Confiança de calor. Alguns clientes estão entrando com uma ação legal contra o fornecedor por deturpação e comércio injusto, alegando que o aquecimento distrital não está proporcionando a economia prometida por muitos fornecedores de aquecimento.

Variação nacional

Como as condições variam de cidade para cidade, cada sistema de aquecimento urbano é único. Além disso, as nações têm diferentes acessos às transportadoras de energia primária e, portanto, têm uma abordagem diferente sobre como lidar com os mercados de aquecimento dentro de suas fronteiras.

Europa

Desde 1954, o aquecimento urbano é promovido na Europa pela Euroheat & Power. Eles compilaram uma análise dos mercados de aquecimento e resfriamento urbano na Europa dentro de seu projeto Ecoheatcool , apoiado pela Comissão Europeia . Um estudo separado, intitulado Heat Roadmap Europe, indicou que o aquecimento urbano pode reduzir o preço da energia na União Europeia até 2050. O quadro jurídico nos estados membros da União Europeia é atualmente influenciado pela Diretiva CHP da UE .

Cogeração na Europa

A UE incorporou ativamente a cogeração em sua política energética por meio da Diretiva CHP . Em setembro de 2008, em uma audiência do Urban Lodgement Intergroup do Parlamento Europeu, o Comissário de Energia Andris Piebalgs foi citado como tendo dito, "a segurança do fornecimento realmente começa com a eficiência energética." A eficiência energética e a cogeração são reconhecidas nos parágrafos iniciais da Diretiva de Cogeração 2004/08 / EC da União Europeia. Esta diretiva pretende apoiar a cogeração e estabelecer um método de cálculo da capacidade de cogeração por país. O desenvolvimento da cogeração tem sido muito desigual ao longo dos anos e tem sido dominado nas últimas décadas pelas circunstâncias nacionais.

Como um todo, a União Europeia gera atualmente 11% da sua eletricidade usando cogeração, economizando para a Europa cerca de 35 Mtep por ano. No entanto, existem grandes diferenças entre os estados membros, com economias de energia variando de 2% a 60%. A Europa tem os três países com as economias de cogeração mais intensivas do mundo: Dinamarca, Holanda e Finlândia.

Outros países europeus também estão fazendo grandes esforços para aumentar sua eficiência. A Alemanha relata que mais de 50% da demanda total de eletricidade do país pode ser fornecida por meio da cogeração. A Alemanha estabeleceu uma meta de dobrar sua cogeração de eletricidade de 12,5% da eletricidade do país para 25% até 2020 e aprovou a legislação de apoio em conformidade no "Ministério Federal de Economia e Tecnologia", (BMWi), Alemanha, agosto de 2007. O Reino Unido também está apoiar ativamente o aquecimento urbano. À luz da meta do Reino Unido de alcançar uma redução de 80% nas emissões de dióxido de carbono até 2050, o governo estabeleceu uma meta de fornecer pelo menos 15% da eletricidade do governo de CHP até 2010. Outras medidas do Reino Unido para encorajar o crescimento de CHP são incentivos financeiros, apoio financeiro, uma estrutura regulatória mais ampla e liderança e parceria governamental.

De acordo com a modelagem de expansão da cogeração da IEA para os países do G8, a expansão da cogeração apenas na França, Alemanha, Itália e Reino Unido dobraria efetivamente a economia de combustível primário existente até 2030. Isso aumentaria a economia da Europa dos atuais 155 TWh para 465 TWh em 2030. Isso também resultaria em um aumento de 16% a 29% no total de eletricidade cogerada de cada país até 2030.

Os governos estão sendo auxiliados em seus esforços de CHP por organizações como a COGEN Europe, que servem como um centro de informações para as atualizações mais recentes dentro da política energética da Europa. COGEN é a organização guarda-chuva da Europa que representa os interesses da indústria de cogeração, usuários da tecnologia e promove seus benefícios na UE e em toda a Europa. A associação é apoiada pelos principais participantes da indústria, incluindo empresas de gás e eletricidade, ESCOs, fornecedores de equipamentos, consultorias, organizações de promoção nacional, financeiras e outras empresas de serviços.

Uma estratégia energética da UE de 2016 sugere uma maior utilização do aquecimento urbano.

Áustria

O maior sistema de aquecimento urbano da Áustria fica em Viena (Fernwärme Wien) - com muitos sistemas menores distribuídos por todo o país.

O aquecimento urbano em Viena é administrado pela Wien Energie. No exercício de 2004/2005 foram comercializados 5.163 GWh, 1.602 GWh a 251.224 apartamentos e moradias particulares e 3.561 GWh a 5.211 grandes clientes. Os três grandes incineradores de resíduos municipais fornecem 22% do total na produção de 116 GWh de energia elétrica e 1.220 GWh de calor. O calor residual de usinas de energia municipais e grandes plantas industriais é responsável por 72% do total. Os 6% restantes são produzidos por caldeiras de aquecimento de pico a partir de combustível fóssil. Uma usina de energia movida a biomassa produz calor desde 2006.

No resto da Áustria, as novas usinas de aquecimento distrital são construídas como usinas de biomassa ou como usinas CHP-biomassa, como o aquecimento distrital de biomassa de Mödling ou o aquecimento distrital de biomassa de Baden .

A maioria dos sistemas de aquecimento urbano mais antigos movidos a fóssil tem um acumulador de aquecimento urbano , de modo que só é possível produzir energia de aquecimento urbano térmico quando o preço da energia elétrica é alto.

Bélgica

A Bélgica tem aquecimento urbano em várias cidades. O maior sistema está na cidade flamenga de Ghent , a rede de tubulação desta usina tem 22 km de extensão. O sistema remonta a 1958.

Bulgária

A Bulgária tem aquecimento urbano em cerca de uma dúzia de cidades. O maior sistema fica na capital Sofia , onde existem quatro usinas de energia (duas CHPs e duas caldeiras ) que fornecem calor à maior parte da cidade. O sistema remonta a 1949.

República Checa

O maior sistema de aquecimento urbano na República Tcheca fica em Praga, de propriedade e operado pela Pražská teplárenská, atendendo a 265.000 residências e vendendo c. 13 PJ de calor anualmente. A maior parte do calor é realmente produzida como calor residual em uma estação de energia térmica distante 30 km em Mělník . Existem muitos sistemas menores de aquecimento central espalhados por todo o país, incluindo o uso de calor residual, incineração de resíduos sólidos municipais e usinas de calor .

Dinamarca

Na Dinamarca, o aquecimento urbano cobre mais de 64% do aquecimento ambiente e do aquecimento de água . Em 2007, 80,5% desse calor foi produzido por usinas combinadas de calor e energia . O calor recuperado da incineração de resíduos representou 20,4% da produção total de calor do distrito dinamarquês. Em 2013, a Dinamarca importou 158.000 toneladas de resíduos para incineração. A maioria das grandes cidades da Dinamarca tem grandes redes de aquecimento distrital, incluindo redes de transmissão operando com até 125 ° C e 25 bar de pressão e redes de distribuição operando com até 95 ° C e entre 6 e 10 bar de pressão. O maior sistema de aquecimento urbano da Dinamarca está localizado na área de Copenhague , operado pela CTR I / S e VEKS I / S. No centro de Copenhague, a rede CTR atende 275.000 residências (90–95% da população da área) por meio de uma rede de 54 km de tubos duplos de distribuição de aquecimento urbano, fornecendo uma capacidade máxima de 663 MW, alguns dos quais combinados com o resfriamento urbano . O preço ao consumidor do calor do CTR é de aproximadamente € 49 por MWh mais impostos (2009). Várias cidades têm aquecimento solar central com vários tipos de armazenamento de energia térmica .

A ilha dinamarquesa de Samsø tem três usinas movidas a palha que produzem aquecimento urbano.

Finlândia

Na Finlândia, o aquecimento urbano representa cerca de 50% do mercado total de aquecimento, 80% do qual é produzido por centrais combinadas de calor e energia. Mais de 90% dos blocos de apartamentos, mais da metade de todas as casas com terraço e a maior parte dos edifícios públicos e instalações comerciais estão ligados a uma rede de aquecimento urbano. O gás natural é usado principalmente na rede de gasodutos do sudeste, o carvão importado é usado em áreas próximas aos portos e a turfa é usada nas áreas do norte, onde a turfa é um recurso natural. Também são utilizados recursos renováveis, como aparas de madeira e outros subprodutos combustíveis da indústria do papel, assim como a energia recuperada pela incineração de resíduos sólidos urbanos . As unidades industriais que geram calor como um subproduto industrial podem vender calor residual para a rede em vez de liberá-lo no meio ambiente. O excesso de calor e energia das caldeiras de recuperação da fábrica de celulose é uma fonte significativa nas cidades das fábricas. Em algumas cidades, a incineração de resíduos pode contribuir com até 8% da necessidade de aquecimento urbano. A disponibilidade é de 99,98% e as interrupções, quando ocorrem, geralmente reduzem as temperaturas em apenas alguns graus.

Em Helsinque, um datacenter subterrâneo próximo ao palácio do presidente libera o excesso de calor nas casas vizinhas, produzindo calor suficiente para aquecer cerca de 500 casas grandes.

Alemanha

Na Alemanha, o aquecimento urbano detém uma quota de mercado de cerca de 14% no setor dos edifícios residenciais. A carga de calor conectada é de cerca de 52.729 MW. O calor vem principalmente das usinas de cogeração (83%). As caldeiras de aquecimento fornecem 16% e 1% é o calor excedente da indústria. As centrais de cogeração utilizam gás natural (42%), carvão (39%), linhite (12%) e resíduos / outros (7%) como combustível.

A maior rede de aquecimento urbano está localizada em Berlim, enquanto a maior difusão de aquecimento urbano ocorre em Flensburg, com cerca de 90% do mercado. Em Munique, cerca de 70% da eletricidade produzida vem de usinas de aquecimento urbano.

O aquecimento urbano tem muito pouca estrutura legal na Alemanha. Não há nenhuma lei sobre isso, pois a maioria dos elementos do aquecimento urbano são regulamentados por ordens governamentais ou regionais. Não existe apoio governamental para as redes de aquecimento urbano, mas sim uma lei para apoiar as centrais de cogeração. Como na União Européia a Diretiva CHP entrará em vigor, esta lei provavelmente precisa de alguns ajustes.

Grécia

A Grécia tem aquecimento distrital principalmente na província da Macedônia Ocidental , na Macedônia Central e na província do Peloponeso . O maior sistema é a cidade de Ptolemaida , onde existem cinco usinas de energia (centrais térmicas ou TPS em particular) fornecendo calor para a maioria das maiores vilas e cidades da área e algumas aldeias. A primeira pequena instalação ocorreu em Ptolemaida em 1960, oferecendo aquecimento para a aldeia Proastio de Eordaea usando o TPS de Ptolemaida. Hoje, as instalações de aquecimento distrital também estão disponíveis em Kozani , Ptolemaida, Amyntaio , Philotas , Serres e Megalopolis usando usinas de energia próximas. Em Serres, a usina de energia é uma usina CHP de alta eficiência que usa gás natural, enquanto o carvão é o combustível primário para todas as outras redes de aquecimento urbano.

Hungria

De acordo com o censo de 2011, havia 607.578 residências (15,5% do total) na Hungria com aquecimento urbano, principalmente apartamentos em áreas urbanas. O maior sistema de aquecimento urbano localizado em Budapeste , o município de Főtáv Zrt. ("Metropolitan Teleheating Company") fornece aquecimento e água quente encanada para 238.000 residências e 7.000 empresas.

Islândia

Com 95% de todas as moradias (principalmente na capital Reykjavík ) desfrutando de serviços de aquecimento urbano - principalmente de energia geotérmica , a Islândia é o país com maior penetração de aquecimento urbano.

A maior parte do aquecimento urbano da Islândia vem de três usinas geotérmicas, produzindo mais de 800 MWth:

• Usina combinada de calor e energia Svartsengi (CHP)
• Planta CHP de Nesjavellir
• Planta CHP Hellisheiði

Irlanda

O Dublin Waste-to-Energy Facility fornecerá aquecimento urbano para até 50.000 residências em Poolbeg e arredores. Alguns empreendimentos residenciais existentes nas docas do Norte foram construídos para conversão em aquecimento urbano - atualmente usando caldeiras a gás no local - e tubos estão instalados no Túnel de Serviço Liffey para conectá-los ao incinerador ou outras fontes de calor residual na área.

Tralee em Co Kerry tem um sistema de aquecimento urbano de 1 MW que fornece aquecimento para um complexo de apartamentos, abrigos para idosos, uma biblioteca e mais de 100 casas individuais. O sistema é alimentado por cavacos de madeira produzidos localmente.

Na Abadia de Glenstal em Co Limerick existe um sistema de aquecimento de 150 kW baseado em lago para uma escola.

Um esquema para usar o calor residual de um datacentre da Amazon Web Services em Tallaght tem como objetivo aquecer 1.200 unidades e edifícios municipais

Itália

Na Itália, o aquecimento urbano é usado em algumas cidades ( Bérgamo , Brescia , Cremona , Bolzano , Verona , Ferrara , Imola , Modena , Reggio Emilia , Terlan , Torino , Parma , Lodi e agora Milão ). O aquecimento urbano de Torino é o maior do país e abastece 550.000 pessoas (62% de toda a população da cidade).

Letônia

Na Letônia, o aquecimento urbano é usado nas principais cidades, como Riga , Daugavpils , Liepāja , Jelgava . O primeiro sistema de aquecimento urbano foi construído em Riga em 1952. Cada grande cidade tem uma empresa local responsável pela geração, administração e manutenção do sistema de aquecimento urbano.

Holanda

O aquecimento distrital é usado em Roterdã , Amsterdã e Almere, com mais expectativa, já que o governo determinou uma transição do gás natural para todas as residências no país até 2050. A cidade de Heerlen desenvolveu uma rede usando água em minas de carvão desativadas como fonte e armazenamento para calor e frio. Este é um bom exemplo de uma grade de aquecimento e resfriamento de 5ª geração

Macedônia do Norte

O aquecimento urbano está disponível apenas em Skopje. Balkan Energy Group (BEG) opera três fábricas de produção DH, que cobrem a maior parte da rede, e fornecem aquecimento para cerca de 60.000 residências em Skopje, mais de 80 edifícios no setor educacional (escolas e jardins de infância) e mais de 1.000 outros consumidores (principalmente comercial). As três unidades de produção do BEG utilizam gás natural como fonte de combustível. Há também uma planta de cogeração TE-TO AD Skopje que produz calor fornecido ao sistema de aquecimento urbano de Skopje. A quota da cogeração na produção de DH foi de 47% em 2017. A distribuição e fornecimento de aquecimento urbano é assegurado por empresas detidas pelo BEG.

Noruega

Na Noruega, o aquecimento urbano representa apenas cerca de 2% das necessidades de energia para aquecimento. Este é um número muito baixo em comparação com países semelhantes. Um dos principais motivos pelos quais o aquecimento urbano tem baixa penetração na Noruega é o acesso à eletricidade barata baseada em energia hidrelétrica, e 80% do consumo privado de eletricidade vai para salas de aquecimento e água. No entanto, existe aquecimento urbano nas principais cidades.

Polônia

Em 2009, 40% dos lares poloneses usavam aquecimento urbano, a maioria deles em áreas urbanas. O calor é fornecido principalmente por usinas combinadas de calor e energia, a maioria das quais queima carvão mineral. O maior sistema de aquecimento urbano está em Varsóvia, pertencente e operado pela Veolia Warszawa, distribuindo aprox. 34 PJ anualmente.

Romênia

O maior sistema de aquecimento urbano da Romênia fica em Bucareste . Pertencente e operado pela RADET , distribui cerca de 24 PJ por ano, atendendo a 570 mil domicílios. Isso corresponde a 68% das necessidades totais de calor doméstico de Bucareste (RADET atende a outros 4% por meio de sistemas de caldeira de edifício único, para um total de 72%).

Rússia

Na maioria das cidades russas, as usinas de energia e calor combinadas em nível distrital ( ТЭЦ, теплоэлектроцентраль ) produzem mais de 50% da eletricidade do país e, simultaneamente, fornecem água quente para os quarteirões das cidades vizinhas. Eles utilizam principalmente carvão - e gás -powered turbinas a vapor para cogeração de calor. Agora, os projetos de turbinas a gás de ciclo combinado também estão começando a ser amplamente usados.

Sérvia

Na Sérvia , o aquecimento urbano é usado nas principais cidades, especialmente na capital, Belgrado . A primeira usina de aquecimento distrital foi construída em 1961 como um meio de fornecer aquecimento eficaz para os subúrbios recém-construídos de Novi Beograd . Desde então, várias plantas foram construídas para aquecer a cidade em constante crescimento. Eles usam gás natural como combustível, porque tem menos efeito sobre o meio ambiente. O sistema de aquecimento distrital de Belgrado possui 112 fontes de calor de 2.454 MW de capacidade, mais de 500 km de dutos e 4365 estações de conexão, fornecendo aquecimento distrital para 240.000 apartamentos e 7.500 escritórios / edifícios comerciais com área total superior a 17.000.000 metros quadrados.

Eslováquia

O sistema de aquecimento centralizado da Eslováquia cobre mais de 54% da demanda geral de calor. Em 2015, cerca de 1,8 milhões de cidadãos, 35% da população total da Eslováquia, eram servidos por aquecimento urbano. A infraestrutura foi construída principalmente durante as décadas de 1960 e 1980. Nos últimos anos, grandes investimentos foram feitos para aumentar a parcela de fontes de energia renováveis ​​e a eficiência energética nos sistemas de aquecimento urbano. A produção de calor provém principalmente de fontes de gás natural e biomassa, e 54% do calor no aquecimento urbano é gerado por cogeração. O sistema de distribuição é composto por 2.800 km de tubulações. Água morna e água quente são os transportadores de calor mais comuns, mas o transporte de vapor de alta pressão mais antigo ainda responde por cerca de um quarto da distribuição primária, o que resulta em mais perdas no sistema. Em termos de estrutura de mercado, havia 338 fornecedores de calor licenciados para produzir e / ou distribuir calor em 2016, dos quais 87% eram produtores e distribuidores. A maioria são pequenas empresas que atuam em um único município, mas algumas grandes empresas como a Veolia também estão presentes no mercado. O estado possui e opera grandes usinas de cogeração que produzem calor e eletricidade distrital em seis cidades (Bratislava, Košice, Žilina, Trnava, Zvolen e Martin). Várias empresas podem operar em uma cidade, o que é o caso nas cidades maiores. Uma grande parte da DH é produzida por pequenas caldeiras a gás natural conectadas a blocos de edifícios. Em 2014, quase 40% da geração total de DH foi proveniente de caldeiras a gás natural, exceto co-geração.

Suécia

A Suécia tem uma longa tradição de uso de aquecimento urbano em áreas urbanas. Em 2015, cerca de 60% das casas suecas (privadas e comerciais) eram aquecidas por aquecimento urbano, de acordo com a associação sueca de aquecimento urbano. A cidade de Växjö reduziu seu consumo de combustível fóssil em 30% entre 1993 e 2006, e pretendia uma redução de 50% até 2010. Isso seria alcançado em grande parte por meio do teleaquecimento por meio de biomassa. Outro exemplo é a planta de Enköping , combinando o uso de plantações de curta rotação tanto para combustível quanto para fitorremediação.

47% do calor gerado em sistemas de teleaquecimento suecos são produzidos com fontes renováveis ​​de bioenergia , bem como 16% em usinas de transformação de resíduos em energia , 7% é fornecido por bombas de calor , 10% por condensação de gás de combustão e 6% por indústrias recuperação de calor residual . Os restantes são principalmente combustíveis fósseis: petróleo (3%), gás natural (3%), turfa (2%) e carvão (1%).

Por causa da lei que proíbe os aterros tradicionais , os resíduos são comumente usados ​​como combustível.

Reino Unido

No Reino Unido, o aquecimento distrital tornou-se popular após a Segunda Guerra Mundial, mas em escala restrita, para aquecer os grandes conjuntos residenciais que substituíram as áreas devastadas pela Blitz . Em 2013, havia 1.765 esquemas de aquecimento urbano, com 920 sediados apenas em Londres. No total, cerca de 210.000 residências e 1.700 empresas são abastecidas por redes de aquecimento no Reino Unido.

A Empresa de Aquecimento Distrital de Pimlico (PDHU) entrou em operação pela primeira vez em 1950 e continua a se expandir até hoje. No passado, a PDHU dependia do calor residual da agora desativada Usina Elétrica de Battersea, no lado sul do rio Tâmisa . Ainda está em funcionamento, a água agora sendo aquecida localmente por um novo centro de energia que incorpora 3,1 MWe / 4,0 MWth de motores CHP a gás e caldeiras a gás de 3 × 8 MW.

Um dos maiores esquemas de aquecimento urbano do Reino Unido é a EnviroEnergy em Nottingham . A planta construída inicialmente pela Boots agora é usada para aquecer 4.600 casas e uma ampla variedade de instalações comerciais, incluindo o Concert Hall , a Nottingham Arena , o Victoria Baths, o Broadmarsh Shopping Centre , o Victoria Centre e outros. A fonte de calor é um incinerador de resíduos em energia . A Escócia tem vários sistemas de aquecimento distrital, sendo o primeiro no Reino Unido instalado em Aviemore e os outros seguindo em Lochgilphead, Fort William e Forfar.

A rede de aquecimento distrital de Sheffield foi estabelecida em 1988 e ainda está se expandindo hoje. Ele economiza mais de 21.000 toneladas de CO2 a cada ano, em comparação com as fontes convencionais de energia - eletricidade da rede elétrica nacional e calor gerado por caldeiras individuais. Existem atualmente mais de 140 edifícios ligados à rede de aquecimento urbano. Isso inclui marcos da cidade como Sheffield City Hall , o Lyceum Theatre , a University of Sheffield , a Sheffield Hallam University , hospitais, lojas, escritórios e instalações de lazer, além de 2.800 residências. Mais de 44 km de tubos subterrâneos fornecem energia que é gerada na unidade de recuperação de energia de Sheffield . Isso converte 225.000 toneladas de resíduos em energia, produzindo até 60 MWe de energia térmica e até 19 MWe de energia elétrica.

O Southampton District Energy Scheme foi originalmente construído para usar apenas energia geotérmica , mas agora também usa o calor de um gerador de CHP a gás. Fornece aquecimento e refrigeração distrital para muitas das grandes instalações da cidade, incluindo o centro comercial Westquay , o hotel De Vere Grand Harbour, o Hospital Royal South Hants e vários conjuntos habitacionais. Na década de 1980, Southampton começou a utilizar aquecimento urbano combinado com aquecimento e energia, aproveitando o calor geotérmico "preso" na área. O calor geotérmico fornecido pelo poço funciona em conjunto com o esquema Combinado de Calor e Energia. A energia geotérmica fornece 15-20%, óleo combustível 10% e gás natural 70% da entrada total de calor para este esquema e os geradores combinados de calor e energia usam combustíveis convencionais para produzir eletricidade. O "calor residual" deste processo é recuperado para distribuição na rede principal de 11 km.

O Esquema de Aquecimento Distrital de Lerwick é digno de nota porque é um dos poucos esquemas em que um sistema completamente novo foi adicionado a uma pequena cidade anteriormente existente.

A ADE tem um mapa online das instalações de aquecimento urbano no Reino Unido. A ADE estima que 54% da energia usada para produzir eletricidade está sendo desperdiçada por meio da produção de energia convencional, que corresponde a £ 9,5 bilhões (US $ 12,5 bilhões) por ano.

Espanha

América do Norte

Na América do Norte, os sistemas de aquecimento urbano se enquadram em duas categorias gerais. Aqueles que pertencem e servem aos edifícios de uma única entidade são considerados sistemas institucionais. Todos os outros se enquadram na categoria comercial.

Canadá

O aquecimento distrital está se tornando uma indústria em crescimento nas cidades canadenses, com muitos sistemas novos sendo construídos nos últimos dez anos. Alguns dos principais sistemas do Canadá incluem:

• Calgary: A ENMAX opera atualmente o Calgary Downtown District Energy Center, que fornece aquecimento para até 10.000.000 pés quadrados (930.000 m ² ) de edifícios residenciais e comerciais novos e existentes. O District Energy Center começou a operar em março de 2010 fornecendo aquecimento para o seu primeiro cliente, o edifício municipal da cidade de Calgary.
• Edmonton : A comunidade de Blatchford , que atualmente está sendo desenvolvida no terreno do antigo City Centre Airport de Edmonton , está lançando um Sistema de Compartilhamento de Energia Distrital (DESS) em fases. Um campo de geo-troca entrou em operação em 2019, e a concessionária de energia de Blatchford está na fase de planejamento e projeto de um sistema de troca de calor de esgoto.
• Hamilton , ON, tem um sistema de aquecimento e resfriamento urbano no centro da cidade, operado pela HCE Energy Inc.
• Montreal tem um sistema de aquecimento e resfriamento no centro da cidade.
• Toronto :
  • A Enwave fornece aquecimento e resfriamento distrital no centro de Toronto , incluindo tecnologia de resfriamento de lago profundo, que circula água fria do Lago Ontário por meio de trocadores de calor para fornecer resfriamento para muitos edifícios na cidade.
  • A Creative Energy está construindo um sistema de energia distrital combinada de calor e energia para o desenvolvimento da Vila Mirvish .
• Surrey : Surrey City Energy, de propriedade da cidade, fornece aquecimento urbano para o distrito do centro da cidade .
• Vancouver :
  • A instalação da Beatty Street da Creative Energy funciona desde 1968 e fornece uma planta de aquecimento central para o centro da cidade de Vancouver . Além de aquecer 180 edifícios, a rede de Distribuição de Calor Central também aciona um relógio a vapor . O trabalho está em andamento para mover a instalação de gás natural para equipamento elétrico.
  • Um sistema de aquecimento urbano em grande escala conhecido como Neighborhood Energy Utility na área de South East False Creek está em operação inicial com caldeiras de gás natural e atende à Vila Olímpica de 2010. O sistema de recuperação de calor de esgoto não tratado começou a operar em janeiro de 2010, suprindo 70% das demandas anuais de energia, com obras de retrofit em andamento para tirar a instalação do uso restante de gás natural.
• Windsor, Ontário, tem um sistema de aquecimento e resfriamento urbano no centro da cidade.
• A Drake Landing Solar Community , AB, é pequena em tamanho (52 casas), mas notável por ter o único sistema de aquecimento solar central na América do Norte.
• Londres, Ontário e Charlottetown, PEI têm sistemas de cogeração de aquecimento distrital pertencentes e operados pela Veresen .
• Sudbury, Ontário, tem um sistema de cogeração de aquecimento distrital em seu núcleo central, bem como uma planta de cogeração independente para o Hospital Regional de Sudbury . Além disso, Naneff Gardens, uma nova subdivisão residencial de Donnelly Drive no bairro de Garson da cidade , apresenta um sistema de aquecimento geotérmico distrital usando tecnologia desenvolvida por uma empresa local, Renewable Resource Recovery Corporation.
• Ottawa contém um significativo sistema de aquecimento e resfriamento que atende ao grande número de prédios do governo federal da cidade. O circuito do sistema contém quase 4.000 m ³ (1 milhão de galões americanos) de água resfriada ou aquecida a qualquer momento.
• Cornwall, Ontário, opera um sistema de aquecimento distrital que atende a vários edifícios e escolas da cidade.
• Markham, Ontário : Markham District Energy opera vários locais de aquecimento urbano:
  • Warden Energy Center (c. 2000), Clegg Energy Center e Birchmount Energy Center atendendo clientes na área de Markham Center
  • Bur Oak Energy Center (c. 2012) atendendo clientes na área de Cornell Center

Muitas universidades canadenses operam plantas de aquecimento central do campus.

Estados Unidos

A Holly Steam Combination Company foi a primeira empresa de aquecimento a vapor a distribuir comercialmente o aquecimento urbano a partir de um sistema de aquecimento central a vapor. Em 2013, aproximadamente 2.500 sistemas de aquecimento e resfriamento distrital existiam nos Estados Unidos, de uma forma ou de outra, com a maioria fornecendo aquecimento.

• A Consolidated Edison de Nova York (Con Ed) opera o sistema a vapor da cidade de Nova York , o maior sistema de aquecimento comercial distrital dos Estados Unidos. O sistema tem operado continuamente desde 3 de março de 1882 e atende a Ilha de Manhattan desde a Bateria até a 96th Street. Além de fornecer aquecimento de espaço e água, o vapor do sistema é usado em vários restaurantes para preparação de alimentos, para processamento de calor em lavanderias e tinturarias e para resfriadores de absorção de energia para ar condicionado . Em 18 de julho de 2007, uma pessoa foi morta e várias outras ficaram feridas quando uma tubulação de vapor explodiu na 41st Street em Lexington. Em 19 de agosto de 1989, três pessoas morreram em uma explosão no Gramercy Park .
• Milwaukee , Wisconsin tem usado aquecimento distrital para seu distrito comercial central desde que a Valley Power Plant iniciou suas operações em 1968. [15] A qualidade do ar nas imediações da planta foi medida com níveis de ozônio significativamente reduzidos. Espera-se que a conversão da usina em 2012, que mudou a entrada de combustível de carvão para gás natural , melhore ainda mais a qualidade do ar tanto no sensor local César Chavez quanto nos sensores da Antártica. Interessante notar sobre as usinas de Wisconsin é seu duplo uso como reprodução motivos para falcões-peregrinos .
• O sistema distrital de vapor de Denver é o mais antigo sistema comercial de aquecimento urbano em operação contínua do mundo. Ele começou a operar em 5 de novembro de 1880 e continua atendendo 135 clientes. O sistema é parcialmente alimentado pela Estação de Cogeração Xcel Energy Zuni , que foi construída originalmente em 1900.
• A NRG Energy opera sistemas distritais nas cidades de San Francisco, Harrisburg , Minneapolis , Omaha , Pittsburgh e San Diego .
• Seattle Steam Company , um sistema distrital operado pela Enwave, em Seattle. A Enwave também opera o sistema de aquecimento distrital em Chicago , Houston , Las Vegas , Los Angeles , Nova Orleans e Portland, juntamente com outras cidades canadenses.
• A Hamtramck Energy Services (HES) opera um sistema distrital em Detroit que começou a operar na Willis Avenue Station em 1903, originalmente operado pela Detroit Edison, agora DTE Energy .
• Lansing Board of Water & Light , um sistema de utilidade municipal em Lansing, Michigan, opera um sistema de água aquecida e resfriada de sua usina de carvão existente. Eles anunciaram que sua nova planta de cogeração de gás natural continuará a fornecer este serviço.
• A Cleveland Thermal opera um vapor distrital (desde 1894) da planta Canal Road perto de The Flats e o sistema de refrigeração distrital (desde 1993) da planta da Hamilton Avenue nas falésias a leste do centro da cidade.
• A Veresen opera usinas de aquecimento / cogeração distrital em Ripon, Califórnia e San Gabriel, Califórnia .
• Veolia Energy, uma sucessora da 1887 Boston Heating Company, opera um sistema distrital de 26 milhas (42 km) em Boston e Cambridge, Massachusetts , e também opera sistemas em Philadelphia PA, Baltimore MD, Kansas City MO, Tulsa OK, Houston TX e outras cidades.
• A District Energy St. Paul opera o maior sistema de aquecimento urbano de água quente da América do Norte e gera a maior parte de sua energia a partir de uma usina elétrica e térmica adjacente movida a biomassa. Em março de 2011, um painel solar térmico de 1 MWh foi integrado ao sistema, consistindo de 144 painéis solares de 20 'x 8' instalados no telhado de um edifício do cliente, o RiverCentre.
• O Departamento de Serviços Gerais da Califórnia administra uma usina central que fornece aquecimento distrital a quatro milhões de pés quadrados em 23 prédios estatais, incluindo o Capitólio do Estado, usando caldeiras a vapor de alta pressão.

Historicamente, o aquecimento distrital era usado principalmente em áreas urbanas dos Estados Unidos, mas em 1985, era usado principalmente em instituições. Um punhado de municípios menores na Nova Inglaterra manteve o vapor municipal no século 21, em cidades como Holyoke, Massachusetts e Concord, New Hampshire , no entanto, o primeiro encerraria o serviço em 2010 e o último em 2017, atribuindo infraestrutura envelhecida e despesas de capital aos seus fechamentos. Em 2019 Concord, substituiu uma série de tubos remanescentes por outros mais eficientes para um sistema de vapor menor aquecendo apenas a Casa do Estado e a Biblioteca Estadual , principalmente por razões de preservação histórica e não por um plano de energia mais amplo.

O aquecimento distrital também é usado em muitos campi universitários, geralmente em combinação com o resfriamento distrital e a geração de eletricidade. As faculdades que usam aquecimento urbano incluem a Universidade do Texas em Austin ; Rice University ; Universidade Brigham Young ; Georgetown University ; A Universidade Cornell , que também emprega resfriamento em águas profundas usando as águas do lago Cayuga nas proximidades ; Purdue University ; Universidade de Massachusetts Amherst ; Universidade de Notre Dame ; Michigan State University ; Eastern Michigan University ; Case Western Reserve University ; Iowa State University ; Universidade de Delaware ; University of Maryland, College Park , University of Wisconsin – Madison , University of Georgia , University of Cincinnati , North Carolina State University e vários campi da University of California . O MIT instalou um sistema de cogeração em 1995 que fornece eletricidade, aquecimento e resfriamento para 80% dos prédios do campus. A Universidade de New Hampshire tem uma usina de cogeração movida a metano de um aterro sanitário adjacente, fornecendo à Universidade 100% de suas necessidades de calor e energia sem queimar petróleo ou gás natural. A Universidade Estadual da Dakota do Norte (NDSU) em Fargo, Dakota do Norte, usa aquecimento distrital há mais de um século a partir de sua usina de aquecimento a carvão.

Ásia

Japão

87 empresas de aquecimento urbano estão operando no Japão, atendendo a 148 distritos.

Muitas empresas operam instalações de cogeração distrital que fornecem vapor e / ou água quente para muitos dos edifícios de escritórios. Além disso, a maioria das operadoras na Grande Tóquio atende ao resfriamento distrital.

China

No sul da China , quase não há sistemas de aquecimento urbano. No norte da China, os sistemas de aquecimento urbano são comuns. A maioria dos sistemas de aquecimento urbano que são apenas para aquecimento em vez de CHP usam carvão duro . Como a poluição do ar na China se tornou bastante séria, muitas cidades estão gradualmente usando gás natural em vez de carvão no sistema de aquecimento urbano. Também existe uma certa quantidade de sistemas de aquecimento geotérmico e de bomba de calor do mar .

Em fevereiro de 2019, a State Power Investment Corporation da China (SPIC) assinou um acordo de cooperação com o governo municipal de Baishan na província de Jilin para o Projeto de Demonstração de Aquecimento de Energia Nuclear de Baishan, que usaria um China National Nuclear Corporation DHR-400 (District Heating Reactor 400 MWt ) O custo de construção é de 1,5 bilhão de yuans (US $ 230 milhões), e a construção leva três anos.

Penetração de mercado

A penetração do aquecimento urbano (DH) no mercado de aquecimento varia consoante o país. A penetração é influenciada por diferentes fatores, incluindo condições ambientais, disponibilidade de fontes de calor, economia e estrutura econômica e legal. A Comissão Europeia pretende desenvolver práticas sustentáveis ​​através da implementação de tecnologia de aquecimento e refrigeração distrital. [16]

No ano de 2000, a porcentagem de casas abastecidas por aquecimento distrital em alguns países europeus era a seguinte:

País	Penetração (2000)
Islândia	95%
Dinamarca	64,4% (2017)
Estônia	52%
Polônia	52%
Suécia	50%
República Tcheca.	49%
Finlândia	49%
Eslováquia	40%
Rússia	35%
Alemanha	22% (2014)
Hungria	16%
Áustria	12,5%
França	7,7% (2017)
Holanda	3%
Reino Unido	2%

Na Islândia, a influência positiva predominante na DH é a disponibilidade de calor geotérmico facilmente capturado . Na maioria dos países do Leste Europeu, o planejamento energético incluiu o desenvolvimento de cogeração e aquecimento urbano. A influência negativa na Holanda e no Reino Unido pode ser atribuída parcialmente ao clima mais ameno, juntamente com a competição do gás natural . O imposto sobre os preços domésticos do gás no Reino Unido é um terço do da França e um quinto do da Alemanha.

Veja também

• Lista de sistemas de aquecimento urbano
• Refrigeração distrital
• Aquecimento solar central
• Aquecimento geotérmico
• Lista de serviços públicos
• Diretiva CHP
• Sistema de vapor da cidade de Nova York
• Utilidade pública
• Armazenamento de energia térmica
• Resfriamento de fonte de água profunda
• Política energética da União Europeia
• Custo da eletricidade por fonte
• Cogeração
• Desastre do aquecimento distrital de Alchevsk (2006)

Notas de rodapé

links externos

• Portal de informações do Reino Unido sobre energia descentralizada e distrital
• Biblioteca Distrital de Energia
• Descrição técnica do aquecimento e resfriamento distrital no Aeroporto de Munique, Alemanha
• Aquecimento geotérmico distrital, Islândia
• Future Challenges for CHP no Reino Unido e na Europa Continental, fevereiro de 2010 por F.Starr
• Max Fordham argumenta contra o uso de aquecimento distrital CHP
• Centro de Energia - Projeto FP7 financiado pela UE - aquecimento, resfriamento e energia distrital visando 100% de energia renovável no local em Leuven, Bélgica
• Vantagens e desvantagens do aquecimento urbano CHP em comparação com o aquecimento e resfriamento das redes de compartilhamento de calor.
• Uma Rede de Energia Balanceada integra bombas de calor, resposta do lado da demanda e armazenamento de calor distribuído em uma rede de compartilhamento de calor distrital.
• Unidades de interface de calor
• The Celsius Toolbox - Informações sobre soluções de energia distrital e transição energética.