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Oct 25, 2023

Cogeração e aquecimento urbano para casas confortáveis ​​e fábricas felizes

A maior parte do uso de energia da sociedade moderna é gasta em aquecimento de alguma forma, seja

A maior parte do uso de energia da sociedade moderna é gasta em aquecimento de alguma forma, seja para aquecer água, aumentar a temperatura de uma sala ou para uso em processos industriais. Isso o torna um excelente alvo para melhorias em eficiência e resiliência, bem como no esforço de descarbonizar a produção mundial de energia. Aqui, é provável que o aquecimento urbano e soluções semelhantes desempenhem um papel importante no futuro próximo.

Nas últimas décadas, várias nações já construíram extensas redes de aquecimento urbano ou estão em processo de fazê-lo. A principal vantagem dessas redes de aquecimento é que elas não apenas permitem uma geração de calor mais eficiente e centralizada, mas também permitem, por exemplo, que o calor residual industrial seja usado de forma produtiva em vez de desperdiçado, mesmo que a maior parte do calor venha de fontes dedicadas ou termelétricas de cogeração.

Recentemente, o aquecimento distrital recebeu um grande impulso, por exemplo, na China, na forma de cogeração nuclear, enquanto o potencial de usar armazenamento térmico para armazenar calor para uso posterior, juntamente com o conceito de vincular data centers a redes de aquecimento, também está sendo explorado. Embora o aquecimento distrital não seja novo, pode ajudar a levar a humanidade a um futuro de baixo carbono, sem perder um pouco de conforto.

O principal benefício do aquecimento distrital (DH) é o aumento geral da eficiência em muitas fontes de calor menores, como caldeiras domésticas a gás ou óleo mineral, também devido ao uso do que, de outra forma, seria principalmente calor residual. Além disso, as fontes que fornecem calor ao sistema podem ser muito diversas, mesmo que o carvão tenha sido o combustível preferido para as redes de aquecimento no Ocidente. Os sistemas DH de primeira geração foram construídos no final do século 19, com a rede baseada em vapor da cidade de Nova York sendo um excelente exemplo disso. Esse tipo de sistema de primeira geração também mostra os problemas que impediram sua adoção em muitas outras cidades.

A explosão de vapor em Nova York em 2007 foi uma das doze explosões de tubos de vapor desde 1987, com a explosão de 2007 envolvendo um tubo de 83 anos se rompendo e permitindo que o vapor quente e pressurizado explodisse pelo solo, ferindo gravemente as pessoas e causando uma grande quantidade de dano. Os sistemas de DH que foram construídos a partir da década de 1930 e na década de 1970 usariam água quente, aquecida por usinas de cogeração. Embora ainda pressurizados, esses sistemas não apresentam os mesmos riscos de segurança que um sistema de vapor pressurizado.

Em vez de um grupo de usinas movidas a carvão dedicadas que alimentam um sistema baseado em vapor, esses sistemas de DH de segunda geração e as melhorias subsequentes (como tubos isolados em vez de tubos de concreto simples) geralmente seriam baseados em usinas térmicas de cogeração, então que as cidades e comunidades próximas poderiam ser abastecidas com calor e eletricidade. Esta abordagem encontrou uma grande aceitação nos países escandinavos, bem como na antiga União Soviética.

No entanto, a construção de sistemas DH estagnou em grande parte nas últimas décadas. Devido à disponibilidade de gás natural barato e, no caso de países como a Noruega e a França, devido aos baixos preços da eletricidade, o incentivo financeiro para instalar as tubulações de um novo sistema DH ou ampliar um sistema DH existente muitas vezes não existia. Muitos sistemas DH existentes também tiveram suas fontes trocadas de energia nuclear de baixo carbono para combustíveis fósseis, como foi o caso das redes DH na ex-URSS. A Greifswald da Alemanha Oriental e VVER PWRs de cogeração semelhantes foram fechadas na década de 1990, com usinas de carvão e gás tomando seu lugar.

No Boletim da IAEA de março de 1989, Losev et al. descrever os planos de DH que existiam naquela época para estender ainda mais o uso da cogeração de usinas nucleares na parte européia da URSS. Claro, com o colapso da URSS em 1991, os poucos sistemas DH que foram implementados desde então usam principalmente combustíveis fósseis como fontes.

Cidades como Berlim são um bom exemplo aqui, com seus dois sistemas DH separados (Ocidental e Oriental). Embora esta rede se estenda essencialmente ao tamanho da cidade antes do colapso da URSS, ainda é o maior sistema DH da Alemanha. Atualmente, Berlim está tentando encontrar maneiras de se afastar das usinas movidas a carvão com alto teor de carbono que fornecem a maior parte de seu suprimento de calor, com Gonzalez-Salazar et al. (2020) fornecendo alguns cenários possíveis.