La calefacción urbana (también conocida como redes de calor ) es un sistema para distribuir el calor generado en una ubicación centralizada a través de un sistema de tuberías aisladas para requisitos de calefacción residencial y comercial, como calefacción de espacios y calentamiento de agua . El calor se obtiene a menudo de una planta de cogeneración que quema combustibles fósiles o biomasa , pero también se utilizan estaciones de calderas de sólo calor , calefacción geotérmica , bombas de calor y calefacción solar central , así como el calor residual de las fábricas y la generación de electricidad mediante energía nuclear . Las plantas de calefacción urbana pueden proporcionar mayor eficiencia y un mejor control de la contaminación que las calderas localizadas. Según algunas investigaciones, la calefacción urbana con calor y energía combinados (CHPDH) es el método más barato para reducir las emisiones de carbono y tiene una de las huellas de carbono más bajas de todas las plantas de generación fósil. [1]
La calefacción urbana ocupa el puesto 27 entre las 100 soluciones al calentamiento global del Proyecto Drawdown . [2] [3]
La calefacción urbana tiene sus raíces en los baños e invernaderos calentados por agua caliente del antiguo Imperio Romano . Un sistema de distribución de agua caliente en Chaudes-Aigues, en Francia, se considera generalmente como el primer sistema de calefacción urbana real. Utilizó energía geotérmica para proporcionar calor a unas 30 casas y comenzó a funcionar en el siglo XIV. [4]
La Academia Naval de EE. UU. en Annapolis inició el servicio de calefacción urbana a vapor en 1853. [ cita necesaria ] El MIT inició la calefacción urbana a vapor alimentada con carbón en 1916 cuando se mudó a Cambridge, Massachusetts . [5] [6]
Aunque estos y muchos otros sistemas han funcionado a lo largo de los siglos, el primer sistema de calefacción urbana comercialmente exitoso fue lanzado en Lockport , Nueva York , en 1877 por el ingeniero hidráulico estadounidense Birdsill Holly , considerado el fundador de la calefacción urbana moderna.
Generalmente, todos los sistemas de calefacción urbana modernos están impulsados por la demanda, lo que significa que el proveedor de calor reacciona a la demanda de los consumidores y garantiza que haya suficiente temperatura y presión de agua para suministrar el calor demandado a los usuarios. Las cinco generaciones tienen características definitorias que las diferencian de las generaciones anteriores. La característica de cada generación se puede utilizar para dar una indicación del estado de desarrollo de un sistema de calefacción urbana existente.
La primera generación fue un sistema basado en vapor alimentado con carbón y se introdujo por primera vez en los EE. UU. en la década de 1880 y también se hizo popular en algunos países europeos. Fue lo último en tecnología hasta la década de 1930. Estos sistemas conducían vapor a muy alta temperatura a través de conductos de hormigón y, por lo tanto, no eran muy eficientes, confiables ni seguros. Hoy en día, esta generación está tecnológicamente desactualizada. Sin embargo, algunos de estos sistemas todavía se utilizan, por ejemplo en Nueva York o París. Otros sistemas construidos originalmente se han actualizado posteriormente. [7]
La segunda generación se desarrolló en los años 30 y se construyó hasta los años 70. Quemaba carbón y petróleo y la energía se transmitía a través de agua caliente a presión como portador de calor. Los sistemas solían tener temperaturas de suministro superiores a 100 °C y utilizaban tuberías de agua en conductos de hormigón, en su mayoría ensambladas in situ, y equipos pesados. Una razón principal para estos sistemas fue el ahorro de energía primaria, que surgió del uso de plantas combinadas de calor y energía. Si bien también se utilizaron en otros países, los sistemas típicos de esta generación fueron los sistemas de calefacción urbana de estilo soviético que se construyeron después de la Segunda Guerra Mundial en varios países de Europa del Este. [7]
En la década de 1970 se desarrolló la tercera generación y posteriormente se utilizó en la mayoría de los siguientes sistemas en todo el mundo. Esta generación también se denomina "tecnología de calefacción urbana escandinava", porque muchos de los fabricantes de componentes de calefacción urbana tienen su sede en Escandinavia. La tercera generación utiliza tuberías prefabricadas y preaisladas, que se entierran directamente en el suelo y funcionan a temperaturas más bajas, normalmente por debajo de 100 °C. Una motivación principal para construir estos sistemas fue la seguridad del suministro mediante la mejora de la eficiencia energética después de que las dos crisis petroleras provocaran la interrupción del suministro de petróleo. Por lo tanto, esos sistemas solían utilizar carbón, biomasa y residuos como fuentes de energía, con preferencia al petróleo. En algunos sistemas, la energía geotérmica y la energía solar también se utilizan en la combinación energética. [7] Por ejemplo, París ha estado utilizando calefacción geotérmica procedente de una fuente de 55 a 70 °C situada entre 1 y 2 km por debajo de la superficie para calefacción doméstica desde la década de 1970. [8]
Actualmente, [ cita necesaria ] se está desarrollando la cuarta generación, [7] y la transición a la cuarta generación ya está en proceso en Dinamarca . [9] La cuarta generación está diseñada para combatir el cambio climático e integrar altos porcentajes de energía renovable variable en la calefacción urbana proporcionando una alta flexibilidad al sistema eléctrico. [7]
Según la revisión de Lund et al. [7] esos sistemas deben tener las siguientes capacidades:
En comparación con las generaciones anteriores, los niveles de temperatura se han reducido para aumentar la eficiencia energética del sistema, con temperaturas del lado de suministro de 70 °C e inferiores. Las fuentes potenciales de calor son el calor residual de la industria, las plantas de cogeneración que queman residuos, las plantas de energía de biomasa , la energía geotérmica y solar térmica (calefacción solar central), las bombas de calor a gran escala , el calor residual de los centros de datos y refrigeración y otras fuentes de energía sostenibles. Con esas fuentes de energía y el almacenamiento de energía térmica a gran escala , incluido el almacenamiento de energía térmica estacional , se espera que los sistemas de calefacción urbana de cuarta generación brinden flexibilidad para equilibrar la generación de energía eólica y solar , por ejemplo mediante el uso de bombas de calor para integrar el excedente de energía eléctrica como calor cuando hay hay mucha energía eólica o suministran electricidad a partir de plantas de biomasa cuando se necesita energía de respaldo. [7] Por lo tanto, las bombas de calor a gran escala se consideran una tecnología clave para los sistemas de energía inteligentes con altas proporciones de energía renovable de hasta el 100 % y sistemas avanzados de calefacción urbana de cuarta generación. [10] [7] [11]
Una red urbana de calefacción y refrigeración de quinta generación (5GDHC), [12] también llamada calefacción urbana fría , distribuye el calor a una temperatura cercana a la ambiental: esto, en principio, minimiza las pérdidas de calor al suelo y reduce la necesidad de un aislamiento extenso. Cada edificio de la red utiliza una bomba de calor en su propia sala de máquinas para extraer calor del circuito ambiental cuando necesita calor, y utiliza la misma bomba de calor a la inversa para rechazar el calor cuando necesita refrigeración. En periodos de demanda simultánea de refrigeración y calefacción, esto permite utilizar el calor residual de la refrigeración en bombas de calor en aquellos edificios que necesitan calefacción. [13] La temperatura general dentro del circuito ambiente se controla preferiblemente mediante intercambio de calor con un acuífero u otra fuente de agua de baja temperatura para permanecer dentro de un rango de temperatura de 10 °C a 25 °C.
Si bien la instalación de tuberías para redes a temperatura ambiente del suelo es menos costosa por diámetro de tubería que en generaciones anteriores, ya que no necesita el mismo grado de aislamiento para los circuitos de tuberías, hay que tener en cuenta que la menor diferencia de temperatura de los La red de tuberías conduce a diámetros de tubería significativamente mayores que en generaciones anteriores. Debido al requisito de que cada edificio conectado en los sistemas urbanos de calefacción y refrigeración de quinta generación tenga su propia bomba de calor, el sistema se puede utilizar como fuente de calor o como disipador de calor para la bomba de calor, dependiendo de si se opera en un modo calefacción y refrigeración. Al igual que con las generaciones anteriores, la red de tuberías es una infraestructura que en principio proporciona un acceso abierto a diversas fuentes de calor de baja temperatura, como el calor ambiental, el agua ambiental de ríos, lagos, mares o lagunas, y el calor residual de fuentes industriales o comerciales. [14]
Según la descripción anterior, queda claro que existe una diferencia fundamental entre el 5GDHC y las generaciones anteriores de calefacción urbana, particularmente en la individualización de la generación de calor. Este sistema crítico tiene un impacto significativo al comparar las eficiencias entre las diferentes generaciones, ya que la individualización de la generación de calor hace que la comparación pase de ser una simple comparación de eficiencia del sistema de distribución a una comparación de eficiencia del sistema de suministro, donde tanto la eficiencia de generación de calor como la Es necesario incluir la eficiencia del sistema de distribución.
Un edificio moderno con un sistema interno de distribución de calor de baja temperatura puede instalar una bomba de calor eficiente que proporcione una potencia calorífica de 45 °C. Un edificio antiguo con un sistema de distribución interna de mayor temperatura, por ejemplo utilizando radiadores, necesitará una bomba de calor de alta temperatura para generar calor.
Un ejemplo más amplio de red de calefacción y refrigeración de quinta generación es Mijnwater en Heerlen, Países Bajos. [15] [16] En este caso, la característica distintiva es un acceso único a una mina de carbón abandonada llena de agua dentro de los límites de la ciudad que proporciona una fuente de calor estable para el sistema.
En 2016 se instaló una red de quinta generación ("Balanced Energy Network", BEN) en dos grandes edificios de la London South Bank University como proyecto de investigación y desarrollo. [17] [18]
Las redes de calefacción urbana explotan diversas fuentes de energía, a veces de forma indirecta a través de infraestructuras polivalentes, como plantas combinadas de calor y energía (CHP, también denominada cogeneración).
La fuente de energía más utilizada para la calefacción urbana es la quema de hidrocarburos . Como el suministro de combustibles renovables es insuficiente, los combustibles fósiles carbón y gas se utilizan masivamente para la calefacción urbana. [19] Esta quema de hidrocarburos fósiles suele contribuir al cambio climático , ya que el uso de sistemas para capturar y almacenar el CO 2 en lugar de liberarlo a la atmósfera es raro.
En el caso de una planta de cogeneración, la producción de calor suele estar dimensionada para cubrir la mitad de la carga térmica máxima del invierno, pero a lo largo del año proporcionará el 90% del calor suministrado. Gran parte del calor producido en verano generalmente se desperdicia. La capacidad de la caldera podrá cubrir toda la demanda de calor sin ayuda y cubrir averías en la planta de cogeneración. No resulta económico dimensionar la planta de cogeneración por sí sola para poder cubrir toda la carga térmica. En el sistema de vapor de la ciudad de Nueva York , eso equivale a alrededor de 2,5 GW. [20] [21] Alemania tiene la mayor cantidad de cogeneración de Europa. [22]
Una central térmica sencilla puede tener una eficiencia del 20 al 35%, [23] mientras que una instalación más avanzada con capacidad de recuperar el calor residual puede alcanzar una eficiencia energética total de casi el 80%. [23] Algunos pueden acercarse al 100% basándose en el poder calorífico más bajo condensando también los gases de combustión. [24]
El calor producido por reacciones nucleares en cadena se puede inyectar en redes de calefacción urbana. Esto no contamina las tuberías del distrito con elementos radiactivos, ya que el calor se transfiere a la red a través de intercambiadores de calor . [25] No es técnicamente necesario que el reactor nuclear esté muy cerca de la red de calefacción urbana, ya que el calor puede transportarse a distancias importantes (superiores a 200 km) con pérdidas asequibles, utilizando tuberías aisladas . [26] [ se necesita aclaración ]
Dado que los reactores nucleares no contribuyen significativamente ni a la contaminación del aire ni al calentamiento global , pueden ser una alternativa ventajosa a la combustión de hidrocarburos fósiles. Sin embargo, sólo una pequeña minoría de los reactores nucleares actualmente en funcionamiento en todo el mundo están conectados a una red de calefacción urbana. Estos reactores se encuentran en Bulgaria, China, Hungría, Rumanía, Rusia, Eslovaquia, Eslovenia, Suiza y Ucrania. [27]
La central nuclear de Ågesta en Suecia fue un ejemplo temprano de cogeneración nuclear, que entre 1964 y 1974 proporcionó pequeñas cantidades de calor y electricidad a un suburbio de la capital del país. La central nuclear de Beznau en Suiza genera electricidad desde 1969 y suministra calefacción urbana desde 1984. La central nuclear de Haiyang en China comenzó a funcionar en 2018 y comenzó a suministrar calor a pequeña escala al área de la ciudad de Haiyang en 2020. En noviembre de 2022, la planta utilizaba 345 MW de efecto térmico para calentar 200.000 hogares, en sustitución de 12 de carbón. plantas de calefacción. [28]
En los últimos años se ha visto un renovado interés en los pequeños reactores modulares (SMR) y su potencial para suministrar calefacción urbana. [29] Hablando en el podcast del Energy Impact Center (EIC), Titans of Nuclear , el ingeniero principal de GE Hitachi Nuclear Energy, Christer Dahlgren, señaló que la calefacción urbana podría ser el impulso para la construcción de nuevas plantas de energía nuclear en el futuro. [30] El diseño plano de SMR de código abierto propio de EIC, OPEN100 , podría incorporarse a un sistema de calefacción urbana. [31]
Historia
La calefacción urbana geotérmica se utilizó en Pompeya y en Chaudes-Aigues desde el siglo XIV. [32]
Estados Unidos
Los sistemas de calefacción urbana geotérmica de uso directo, que aprovechan depósitos geotérmicos y distribuyen el agua caliente a múltiples edificios para una variedad de usos, son poco comunes en los Estados Unidos, pero existen en el país desde hace más de un siglo.
En 1890, se perforaron los primeros pozos para acceder a un recurso de agua caliente en las afueras de Boise, Idaho. En 1892, después de llevar el agua a los hogares y negocios de la zona a través de una tubería de madera, se creó el primer sistema de calefacción urbana geotérmica.
Según un estudio de 2007, [33] había 22 sistemas de calefacción urbana geotérmica (GDHS) en los Estados Unidos. En 2010, dos de esos sistemas se cerraron. [34] La siguiente tabla describe los 20 GDHS actualmente [ ¿cuándo? ] operativo en América.
El uso de calor solar para calefacción urbana ha ido aumentando en Dinamarca y Alemania [36] en los últimos años. [37] Los sistemas suelen incluir almacenamiento de energía térmica interestacional para una producción de calor constante día a día y entre verano e invierno. Buenos ejemplos son Vojens [38] con 50 MW, Dronninglund con 27 MW y Marstal con 13 MW en Dinamarca. [39] [40] Estos sistemas se han ampliado gradualmente para satisfacer del 10% al 40% de las necesidades anuales de calefacción de sus aldeas. Los paneles solares térmicos se instalan en el suelo en los campos. [41] El almacenamiento de calor es el almacenamiento en pozos, el grupo de pozos y el tanque de agua tradicional. En Alberta, Canadá, la Comunidad Solar Drake Landing ha alcanzado un récord mundial de fracción solar anual del 97% para las necesidades de calefacción, utilizando paneles solares térmicos en los techos de los garajes y almacenamiento térmico en un grupo de pozos. [42] [43]
En Estocolmo, la primera bomba de calor se instaló en 1977 para suministrar calefacción urbana procedente de servidores IBM. Hoy en día, la capacidad instalada es de aproximadamente 660 MW de calor, utilizando aguas residuales tratadas, agua de mar, refrigeración urbana, centros de datos y tiendas de comestibles como fuentes de calor. [44] Otro ejemplo es el proyecto de calefacción urbana Drammen Fjernvarme en Noruega, que produce 14 MW a partir de agua a sólo 8 °C; las bombas de calor industriales son fuentes de calor demostradas para redes de calefacción urbana. Entre las formas en que se pueden utilizar las bombas de calor industriales se encuentran:
Han existido preocupaciones sobre el uso de hidrofluorocarbonos como fluido de trabajo (refrigerante) para grandes bombas de calor. Si bien las fugas no suelen medirse, generalmente se informa que son relativamente bajas, como el 1 % (en comparación con el 25 % de los sistemas de refrigeración de los supermercados). Por tanto, una bomba de calor de 30 megavatios podría perder (al año) unos 75 kg de R134a u otro fluido de trabajo. [46]
Sin embargo, los avances técnicos recientes permiten el uso de refrigerantes naturales para bombas de calor que tienen un potencial de calentamiento global (GWP) muy bajo. El refrigerante CO 2 (R744, GWP=1) o el amoníaco (R717, GWP=0) también tienen la ventaja, dependiendo de las condiciones de funcionamiento, de dar lugar a una mayor eficiencia de la bomba de calor que los refrigerantes convencionales. Un ejemplo es una red de calefacción urbana (térmica) de 14 MW en Drammen , Noruega, que se suministra mediante bombas de calor de agua de mar que utilizan refrigerante R717 y ha estado en funcionamiento desde 2011. Se suministra agua a 90 °C al circuito urbano (y regresa a 65 ºC). El calor se extrae del agua de mar (a 18 m (60 pies) de profundidad), que está a entre 8 y 9 °C durante todo el año, lo que da un coeficiente de rendimiento (COP) promedio de aproximadamente 3,15. En el proceso, el agua de mar se enfría a 4 °C; sin embargo, este recurso no se utiliza. En un sistema de distrito donde el agua enfriada podría usarse para aire acondicionado, el COP efectivo sería considerablemente mayor. [46]
En el futuro, las bombas de calor industriales se descarbonizarán aún más utilizando, por un lado, el exceso de energía eléctrica renovable (que de otro modo se desperdiciaría debido a la satisfacción de la demanda de la red) proveniente de la energía eólica, solar, etc. y, por otro lado, haciendo más fuentes de calor renovables (calor de lagos y océanos, geotermia, etc.). Además, se puede esperar una mayor eficiencia mediante el funcionamiento en la red de alto voltaje. [47]
Se están utilizando acumuladores de calor cada vez más grandes con las redes de calefacción urbana para maximizar la eficiencia y la rentabilidad financiera. Esto permite que las unidades de cogeneración funcionen en momentos de tarifa eléctrica máxima, teniendo la producción eléctrica tasas de retorno mucho más altas que la producción de calor, mientras se almacena el exceso de producción de calor. También permite recolectar el calor solar en verano y redistribuirlo fuera de temporada en sistemas de pozos o depósitos aislados enterrados muy grandes pero de costo relativamente bajo. La pérdida de calor esperada en el estanque aislado de Vojens , de 203.000 m³ , es de aproximadamente el 8%. [38]
A medida que países europeos como Alemania y Dinamarca avanzan hacia niveles muy altos (80% y 100% respectivamente para 2050) de energía renovable para todos los usos energéticos, habrá períodos crecientes de exceso de producción de energía eléctrica renovable. Las bombas de calor pueden aprovechar este excedente de electricidad barata para almacenar calor para su uso posterior. [48] Este acoplamiento del sector eléctrico con el sector de la calefacción ( Power-to-X ) se considera un factor clave para los sistemas energéticos con una elevada proporción de energías renovables. [49]
Después de la generación, el calor se distribuye al cliente a través de una red de tuberías aisladas. Los sistemas de calefacción urbana constan de líneas de alimentación y retorno. Normalmente las tuberías se instalan bajo tierra, pero también existen sistemas con tuberías superficiales. Los arranques y paradas del sistema DH, así como las fluctuaciones en la demanda de calor y la temperatura ambiente, inducen ciclos térmicos y mecánicos en las tuberías debido a la expansión térmica. La expansión axial de los tubos se contrarresta parcialmente mediante fuerzas de fricción que actúan entre el suelo y la carcasa, transfiriéndose las tensiones cortantes a través de la unión de espuma de PU. Por ello, el uso de tuberías preaisladas ha simplificado los métodos de tendido, empleando tendido en frío en lugar de instalaciones de expansión como compensadores o codos, siendo así más rentables. [50] Conjunto sándwich de tuberías preaisladas compuesto por una tubería de acero para servicios de calefacción, una capa aislante ( espuma de poliuretano ) y una carcasa de polietileno (PE), que están unidas por el material aislante. [51] Si bien el poliuretano tiene excelentes propiedades mecánicas y térmicas, la alta toxicidad de los diisocianatos necesarios para su fabricación ha provocado una restricción en su uso. [52] Esto ha desencadenado la investigación sobre espumas aislantes alternativas que se adaptan a la aplicación, [53] que incluyen tereftalato de polietileno (PET) [54] y polibutileno (PB-1). [55]
Dentro del sistema se pueden instalar unidades de almacenamiento de calor para igualar las demandas de carga máxima.
El medio habitual utilizado para la distribución del calor es el agua o el agua sobrecalentada , pero también se utiliza vapor. La ventaja del vapor es que, además de para calentar, se puede utilizar en procesos industriales debido a su mayor temperatura. La desventaja del vapor es una mayor pérdida de calor debido a la alta temperatura. Además, la eficiencia térmica de las plantas de cogeneración es significativamente menor si el medio refrigerante es vapor a alta temperatura, lo que reduce la generación de energía eléctrica . Los aceites caloportadores generalmente no se utilizan para la calefacción urbana, aunque tienen mayor capacidad calorífica que el agua, ya que son caros y plantean problemas medioambientales.
A nivel de cliente, la red de calor suele estar conectada al sistema de calefacción central de las viviendas mediante intercambiadores de calor (subestaciones de calor): los fluidos de trabajo de ambas redes (generalmente agua o vapor) no se mezclan. Sin embargo, en el sistema de Odense se utiliza la conexión directa .
La pérdida anual típica de energía térmica a través de la distribución es de alrededor del 10%, como se observa en la red de calefacción urbana de Noruega. [56]
La cantidad de calor proporcionada a los clientes a menudo se registra con un medidor de calor para fomentar la conservación y maximizar el número de clientes a los que se puede atender, pero dichos medidores son caros. Debido al coste de la medición de calor, un enfoque alternativo es simplemente medir el agua: los medidores de agua son mucho más baratos que los medidores de calor y tienen la ventaja de alentar a los consumidores a extraer la mayor cantidad de calor posible, lo que lleva a una temperatura de retorno muy baja. lo que aumenta la eficiencia de la generación de energía. [ cita necesaria ]
Se instalaron muchos sistemas en una economía socialista (como en el antiguo Bloque del Este ) que carecía de medición de calor y de medios para ajustar el suministro de calor a cada apartamento. [57] [58] Esto condujo a grandes ineficiencias (los usuarios tenían que simplemente abrir las ventanas cuando hacía demasiado calor), desperdiciando energía y minimizando el número de clientes conectables. [59]
Los sistemas de calefacción urbana pueden variar en tamaño. Algunos sistemas cubren ciudades enteras como Estocolmo o Flensburg , utilizando una red de grandes tuberías primarias de 1000 mm de diámetro conectadas a tuberías secundarias (por ejemplo, de 200 mm de diámetro, que a su vez se conectan a tuberías terciarias que pueden tener un diámetro de 25 mm y que pueden conectarse a 10 a 50 casas.
Es posible que algunos sistemas de calefacción urbana sólo se dimensionen para satisfacer las necesidades de un pequeño pueblo o zona de una ciudad, en cuyo caso sólo se necesitarán las tuberías secundarias y terciarias.
Algunos sistemas pueden diseñarse para dar servicio sólo a un número limitado de viviendas, de entre 20 y 50 casas, en cuyo caso sólo se necesitan tuberías de tamaño terciario.
La calefacción urbana tiene varias ventajas en comparación con los sistemas de calefacción individuales. Por lo general, la calefacción urbana es más eficiente energéticamente debido a la producción simultánea de calor y electricidad en plantas de generación combinada de calor y energía. Esto tiene el beneficio añadido de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero . [60] Las unidades de combustión más grandes también tienen una limpieza de gases de combustión más avanzada que los sistemas de caldera única. En el caso del excedente de calor de las industrias, los sistemas de calefacción urbana no utilizan combustible adicional porque recuperan calor que de otro modo se dispersaría al medio ambiente.
La calefacción urbana requiere un compromiso financiero a largo plazo que no encaja bien con un enfoque en el retorno de la inversión a corto plazo. Los beneficios para la comunidad incluyen costos de energía evitados mediante el uso de energía térmica excedente y desperdiciada, y una inversión reducida en equipos de calefacción individuales para hogares o edificios. Las redes de calefacción urbana, las estaciones de calderas de sólo calor y las plantas de cogeneración requieren un elevado gasto de capital inicial y financiación. Sólo si se consideran inversiones a largo plazo se traducirán en operaciones rentables para los propietarios de sistemas de calefacción urbana o para los operadores de plantas combinadas de calor y energía. La calefacción urbana es menos atractiva para zonas con baja densidad de población, ya que la inversión por hogar es considerablemente mayor. También es menos atractivo en zonas de muchos edificios pequeños; por ejemplo, viviendas unifamiliares que en zonas con menos edificios grandes; por ejemplo, bloques de viviendas, porque cada conexión a una casa unifamiliar es bastante cara.
En muchos casos, los grandes sistemas de calefacción urbana combinada de calor y energía son propiedad de una sola entidad. Éste era el caso típico de los países del antiguo bloque del Este. Sin embargo, para muchos sistemas, la propiedad de la planta de cogeneración está separada de la parte que utiliza calor.
Algunos ejemplos son Varsovia, que tiene una propiedad dividida: PGNiG Termika es propietaria de la unidad de cogeneración, Veolia posee el 85% de la distribución de calor y el resto de la distribución de calor es propiedad del municipio y de los trabajadores. De manera similar, todos los grandes sistemas CHP/CH de Dinamarca son de propiedad dividida. [ cita necesaria ]
Suecia ofrece un ejemplo alternativo donde el mercado de la calefacción está desregulado. En Suecia lo más común es que la propiedad de la red de calefacción urbana no esté separada de la propiedad de las plantas de cogeneración, la red de refrigeración urbana o las bombas de calor centralizadas. También hay ejemplos en los que la competencia ha generado redes paralelas y redes interconectadas donde cooperan múltiples empresas de servicios públicos. [ cita necesaria ]
En el Reino Unido ha habido quejas de que las empresas de calefacción urbana tienen un monopolio excesivo y no están suficientemente reguladas, [61] un problema del que la industria es consciente y ha tomado medidas para mejorar la experiencia del consumidor mediante el uso de cartas para los clientes establecidas realizado por Heat Trust. Algunos clientes están emprendiendo acciones legales contra el proveedor por tergiversación y comercio desleal, alegando que la calefacción urbana no está generando los ahorros prometidos por muchos proveedores de calor. [62]
Dado que las condiciones varían de una ciudad a otra, cada sistema de calefacción urbana es único. Además, los países tienen diferente acceso a los vectores de energía primaria y, por lo tanto, tienen un enfoque diferente sobre cómo abordar los mercados de calefacción dentro de sus fronteras.
Desde 1954, Euroheat & Power promueve la calefacción urbana en Europa. Han compilado un análisis de los mercados de calefacción y refrigeración urbana en Europa dentro de su proyecto Ecoheatcool, apoyado por la Comisión Europea . Un estudio separado, titulado Heat Roadmap Europe, ha indicado que la calefacción urbana puede reducir el precio de la energía en la Unión Europea de aquí a 2050. [63] El marco legal en los estados miembros de la Unión Europea está actualmente influenciado por la CHP de la UE. Directiva .
La UE ha incorporado activamente la cogeneración en su política energética a través de la Directiva CHP. En septiembre de 2008, en una audiencia del Intergrupo sobre Vivienda Urbana del Parlamento Europeo, se cita al Comisario de Energía, Andris Piebalgs, diciendo que "la seguridad del suministro comienza realmente con la eficiencia energética". [64] La eficiencia energética y la cogeneración están reconocidas en los primeros párrafos de la Directiva sobre cogeneración 2004/08/CE de la Unión Europea. Esta directiva pretende apoyar la cogeneración y establecer un método para calcular las capacidades de cogeneración por país. El desarrollo de la cogeneración ha sido muy desigual a lo largo de los años y ha estado dominado durante las últimas décadas por las circunstancias nacionales.
En conjunto, la Unión Europea genera actualmente el 11% de su electricidad mediante cogeneración, lo que supone un ahorro para Europa de unos 35 Mtep al año. [65] Sin embargo, existen grandes diferencias entre los Estados miembros, con ahorros de energía que oscilan entre el 2% y el 60%. Europa tiene los tres países con las economías de cogeneración más intensivas del mundo: Dinamarca, Países Bajos y Finlandia. [66]
Otros países europeos también están haciendo grandes esfuerzos para aumentar su eficiencia. Alemania informa que más del 50% de la demanda total de electricidad del país podría cubrirse mediante cogeneración. Alemania se fijó el objetivo de duplicar su cogeneración eléctrica del 12,5% de la electricidad del país al 25% para 2020 y aprobó legislación de apoyo en consecuencia en el "Ministerio Federal de Economía y Tecnología" (BMWi), Alemania, en agosto de 2007. El Reino Unido también está apoyando activamente la calefacción urbana. A la luz del objetivo del Reino Unido de lograr una reducción del 80% en las emisiones de dióxido de carbono para 2050, el gobierno se había fijado el objetivo de obtener al menos el 15% de la electricidad gubernamental a partir de CHP para 2010. [67] Otras medidas del Reino Unido para fomentar el crecimiento de CHP son incentivos financieros, apoyo en forma de subvenciones, un marco regulatorio más amplio y liderazgo y asociación gubernamentales.
Según el modelo de expansión de la cogeneración de 2008 de la AIE para los países del G8, la expansión de la cogeneración sólo en Francia, Alemania, Italia y el Reino Unido duplicaría efectivamente los ahorros de combustible primario existentes para 2030. Esto aumentaría los ahorros de Europa de los 155 TWh actuales a 465 TWh. en 2030. También resultaría en un aumento del 16% al 29% en la electricidad cogenerada total de cada país para 2030.
Los gobiernos reciben asistencia en sus esfuerzos de cogeneración por parte de organizaciones como COGEN Europa , que sirven como centro de información para las actualizaciones más recientes de la política energética europea. COGEN es la organización europea que representa los intereses de la industria de la cogeneración, los usuarios de la tecnología y promueve sus beneficios en la UE y en toda Europa. La asociación cuenta con el respaldo de los actores clave de la industria, incluidas compañías de gas y electricidad, ESE, proveedores de equipos, consultorías, organizaciones de promoción nacional, empresas financieras y de otros servicios.
Una estrategia energética de la UE de 2016 sugiere un mayor uso de la calefacción urbana. [68]
El sistema de calefacción urbana más grande de Austria se encuentra en Viena (Fernwärme Wien), con muchos sistemas más pequeños distribuidos por todo el país.
La calefacción urbana en Viena está a cargo de Wien Energie. En el ejercicio 2004/2005 se vendieron un total de 5.163 GWh, 1.602 GWh a 251.224 apartamentos y casas privadas y 3.561 GWh a 5.211 grandes clientes. Los tres grandes incineradores de residuos municipales aportan el 22% del total y producen 116 GWh de energía eléctrica y 1.220 GWh de calor. El calor residual de las centrales eléctricas municipales y de las grandes plantas industriales representa el 72% del total. El 6% restante lo producen las calderas de calefacción de punta a partir de combustibles fósiles. Una central eléctrica alimentada por biomasa produce calor desde 2006.
En el resto de Austria, las nuevas plantas de calefacción urbana se construyen como plantas de biomasa o como plantas de cogeneración de biomasa, como la calefacción urbana de biomasa de Mödling o la calefacción urbana de biomasa de Baden.
La mayoría de los sistemas de calefacción urbana más antiguos que funcionan con combustibles fósiles tienen un acumulador de calefacción urbana, de modo que es posible producir energía térmica para calefacción urbana sólo en los momentos en que el precio de la energía eléctrica es alto.
Bélgica tiene calefacción urbana en varias ciudades. El sistema más grande se encuentra en la ciudad flamenca de Gante ; la red de tuberías de esta central eléctrica tiene una longitud de 22 km. El sistema se remonta a 1958. [70]
Bulgaria cuenta con calefacción urbana en una docena de pueblos y ciudades. El sistema más grande se encuentra en la capital, Sofía , donde hay cuatro centrales eléctricas (dos cogeneraciones y dos estaciones de calderas ) que suministran calor a la mayor parte de la ciudad. El sistema se remonta a 1949. [71]
El sistema de calefacción urbana más grande de la República Checa se encuentra en Praga, propiedad de Pražská teplárenská y operado por ella, que presta servicio a 265.000 hogares y vende c. 13 PJ de calor al año. La mayor parte del calor se produce como calor residual en la central térmica de Mělník , a 30 km de distancia . Hay muchos sistemas de calefacción central más pequeños repartidos por todo el país [72] , incluido el uso de calor residual, la incineración de residuos sólidos municipales y plantas de calefacción [de] .
En Dinamarca, la calefacción urbana cubre más del 64% de la calefacción de espacios y del calentamiento de agua . [73] En 2007, el 80,5% de este calor fue producido por centrales combinadas de calor y energía . El calor recuperado de la incineración de residuos representó el 20,4% de la producción total de calefacción urbana danesa. [74] En 2013, Dinamarca importó 158.000 toneladas de residuos para incinerar. [75] La mayoría de las ciudades importantes de Dinamarca tienen grandes redes de calefacción urbana, incluidas redes de transmisión que funcionan con hasta 125 °C y 25 bar de presión y redes de distribución que funcionan con hasta 95 °C y entre 6 y 10 bar de presión. El sistema de calefacción urbana más grande de Dinamarca se encuentra en el área de Copenhague y es operado por CTR I/S y VEKS I/S. En el centro de Copenhague, la red CTR presta servicio a 275.000 hogares (entre el 90 % y el 95 % de la población de la zona) a través de una red de 54 km de tuberías dobles de distribución de calefacción urbana que proporcionan una capacidad máxima de 663 MW, [76] parte de la cual se combina con refrigeración urbana. . [77] El precio al consumidor del calor procedente de CTR es de aproximadamente 49 euros por MWh más impuestos (2009). [78] Varias ciudades tienen calefacción solar central con varios tipos de almacenamiento de energía térmica.
La isla danesa de Samsø tiene tres plantas de calefacción urbana alimentadas con paja. [79]
En Finlandia, la calefacción urbana representa aproximadamente el 50 % del mercado total de calefacción, [80] el 80 % del cual se produce mediante centrales combinadas de calor y energía. Más del 90% de los bloques de apartamentos, más de la mitad de todas las casas adosadas y la mayor parte de los edificios públicos y locales comerciales están conectados a una red de calefacción urbana. El gas natural se utiliza principalmente en la red de gasoductos del sudeste, el carbón importado se utiliza en zonas cercanas a los puertos y la turba se utiliza en las zonas del norte, donde la turba es un recurso local. También se utilizan energías renovables, como astillas de madera y otros subproductos combustibles de la industria papelera, al igual que la energía recuperada mediante la incineración de residuos sólidos urbanos . Las unidades industriales que generan calor como subproducto industrial pueden vender el calor residual a la red en lugar de liberarlo al medio ambiente. El exceso de calor y energía proveniente de las calderas de recuperación de las plantas de celulosa es una fuente importante en las ciudades industriales. En algunas ciudades, la incineración de residuos puede contribuir hasta el 8% de las necesidades de calor de la calefacción urbana. La disponibilidad es del 99,98% y las perturbaciones, cuando se producen, suelen reducir las temperaturas sólo unos pocos grados.
En Helsinki, un centro de datos subterráneo junto al palacio presidencial libera el exceso de calor a las casas vecinas, [81] produciendo suficiente calor para calentar aproximadamente 500 casas grandes. [82] Está previsto que un cuarto de millón de hogares alrededor de Espoo reciban calefacción urbana desde centros de datos. [83]
En Alemania, la calefacción urbana tiene una cuota de mercado de alrededor del 14% en el sector de la construcción residencial. La carga calorífica conectada ronda los 52.729 MW. El calor procede principalmente de plantas de cogeneración (83%). Las calderas de sólo calor suministran el 16% y el 1% es el excedente de calor de la industria. Las plantas de cogeneración utilizan como combustible gas natural (42%), carbón (39%), lignito (12%) y residuos/otros (7%). [84]
La mayor red de calefacción urbana se encuentra en Berlín, mientras que la mayor difusión de la calefacción urbana se produce en Flensburgo , con alrededor del 90% de la cuota de mercado. En Munich, aproximadamente el 70% de la electricidad producida proviene de plantas de calefacción urbana. [85]
La calefacción urbana tiene poco marco legal en Alemania. No existe ninguna ley al respecto, ya que la mayoría de los elementos de la calefacción urbana están regulados por órdenes gubernamentales o regionales. No existe ningún apoyo gubernamental para las redes de calefacción urbana, pero sí una ley para apoyar las plantas de cogeneración. Como en la Unión Europea la Directiva CHP entrará en vigor, esta ley probablemente necesite algún ajuste.
Grecia tiene calefacción urbana principalmente en la provincia de Macedonia Occidental , Macedonia Central y la provincia del Peloponeso . El sistema más grande es la ciudad de Ptolemaida , donde hay cinco centrales eléctricas (centrales térmicas o TPS en particular) que suministran calor a la mayoría de los pueblos y ciudades más importantes de la zona y a algunos pueblos. La primera pequeña instalación tuvo lugar en Ptolemaida en 1960, ofreciendo calefacción al pueblo de Proastio en Eordaea utilizando el TPS de Ptolemaida. Hoy en día, también hay instalaciones de calefacción urbana disponibles en Kozani , Ptolemaida, Amyntaio , Philotas , Serres y Megalopolis utilizando centrales eléctricas cercanas. En Serres, la central eléctrica es una planta de cogeneración de alta eficiencia que utiliza gas natural, mientras que el carbón es el combustible principal para todas las demás redes de calefacción urbana.
Según el censo de 2011, en Hungría había 607.578 viviendas (el 15,5% del total) con calefacción urbana, en su mayoría pisos con paneles en zonas urbanas. [86] El sistema de calefacción urbana más grande ubicado en Budapest , el Főtáv Zrt, de propiedad municipal . ("Metropolitan Teleheating Company") proporciona calefacción y agua caliente sanitaria a 238.000 hogares y 7.000 empresas. [87]
El 93% de todas las viviendas en Islandia disfrutan de servicios de calefacción urbana; el 89,6% proviene de energía geotérmica ; Islandia es el país con mayor penetración de calefacción urbana. [88] Hay 117 sistemas locales de calefacción urbana que suministran agua caliente a ciudades y zonas rurales, llegando a casi toda la población. El precio promedio ronda los 0,027 dólares estadounidenses por kWh de agua caliente. [89]
El sistema de calefacción urbana del área de Reykjavík Capital, que abastece a unos 230.000 residentes, tenía una potencia térmica máxima de 830 MW. En 2018, la demanda media anual de calefacción en la zona de Reykjavik fue de 473 MW. [90] Es el sistema de calefacción urbana más grande de Islandia y está operado por Veitur . El calor proviene de las plantas de cogeneración Hellisheiði (200 MWth) y Nesjavellir (300 MWth), así como de algunos campos de temperatura más baja dentro de Reykjavik. La demanda de calefacción ha aumentado constantemente a medida que la población ha crecido, lo que ha hecho necesario aumentar la producción de agua termal en la planta CHP de Hellisheiði. [91]
El segundo sistema de calefacción urbana más grande de Islandia se encuentra en la península de Reykjanes , con la planta CHP de Svartsengi que proporciona calefacción a 21.000 hogares, incluidos Keflavik y Grindavik , con una potencia térmica de 150 MW. [92]
La instalación de conversión de residuos en energía de Dublín proporcionará calefacción urbana a hasta 50.000 hogares en Poolbeg y sus alrededores. [93] Algunos desarrollos residenciales existentes en North Docklands se han construido para su conversión a calefacción urbana (actualmente utilizando calderas de gas in situ) y hay tuberías en el túnel de servicio Liffey para conectarlas al incinerador u otras fuentes de calor residual en la zona. [94]
Tralee , condado de Kerry, tiene un sistema de calefacción urbana de 1 MW que proporciona calor a un complejo de apartamentos, viviendas tuteladas para personas mayores, una biblioteca y más de 100 casas individuales. El sistema funciona con astillas de madera producidas localmente. [95]
En Glenstal Abbey , condado de Limerick, existe un sistema de calefacción de 150 kW basado en un estanque para una escuela. [96]
Un plan para utilizar el calor residual de un centro de datos de Amazon Web Services en Tallaght pretende calentar 1.200 unidades y edificios municipales [97]
En Italia, la calefacción urbana se utiliza en algunas ciudades ( Bérgamo , Brescia , Cremona , Bolzano , Verona , Ferrara , Imola , Módena , [98] Reggio Emilia , Terlan , Turín , Parma , Lodi y ahora Milán ). La calefacción urbana de Turín es la más grande del país y abastece a 550.000 personas (62% de toda la población de la ciudad).
En Letonia, la calefacción urbana se utiliza en las principales ciudades como Riga , Daugavpils , Liepāja , Jelgava . El primer sistema de calefacción urbana se construyó en Riga en 1952. [99] Cada ciudad importante tiene una empresa local responsable de la generación, administración y mantenimiento del sistema de calefacción urbana.
La calefacción urbana se utiliza en Rotterdam , [100] [101] Ámsterdam , Utrecht , [102] y Almere [103] y se espera que aumente, ya que el gobierno ha ordenado una transición para abandonar el gas natural en todos los hogares del país para 2050. [104 ] La ciudad de Heerlen ha desarrollado una red que utiliza el agua de las minas de carbón en desuso como fuente y almacenamiento de calor y frío. Este es un buen ejemplo de una red de calefacción y refrigeración de quinta generación [15] [16]
La calefacción urbana sólo está disponible en Skopje. Balkan Energy Group (BEG) opera tres plantas de producción de DH, que cubren la mayor parte de la red, y suministran calor a unos 60.000 hogares en Skopje, más de 80 edificios del sector educativo (escuelas y guarderías) y a más de 1.000 otros consumidores (en su mayoría comercial). [105] Las tres plantas de producción de BEG utilizan gas natural como fuente de combustible. [106] También hay una planta de cogeneración TE-TO AD Skopje que produce calor entregado al sistema de calefacción urbana de Skopje. La participación de la cogeneración en la producción de DH fue del 47% en 2017. La distribución y el suministro de calefacción urbana lo realizan empresas propiedad de BEG. [105]
En Noruega, la calefacción urbana sólo constituye aproximadamente el 2% de las necesidades energéticas para calefacción. Este es un número muy bajo en comparación con países similares. Una de las principales razones por las que la calefacción urbana tiene una baja penetración en Noruega es el acceso a electricidad hidroeléctrica barata, y el 80% del consumo privado de electricidad se destina a calentar habitaciones y agua. Sin embargo, en las principales ciudades existe calefacción urbana.
En 2009, el 40% de los hogares polacos utilizaban calefacción urbana, la mayoría de ellos en zonas urbanas. [107] El calor lo proporcionan principalmente centrales combinadas de calor y energía, la mayoría de las cuales queman hulla. El sistema de calefacción urbana más grande se encuentra en Varsovia, es propiedad de Veolia Warszawa y está operado por ella, y distribuye aprox. 34 PJ al año.
El mayor sistema de calefacción urbana de Rumanía se encuentra en Bucarest . Propiedad de RADET y operado por ella, distribuye aproximadamente 24 PJ al año y presta servicios a 570 000 hogares. Esto corresponde al 68% de las necesidades totales de calor doméstico de Bucarest (RADET satisface otro 4% mediante sistemas de calderas de un solo edificio, para un total del 72%).
En la mayoría de las ciudades rusas, las plantas combinadas de calor y energía a nivel de distrito ( ТЭЦ, теплоэлектроцентраль ) producen más del 50% de la electricidad del país y simultáneamente proporcionan agua caliente a las manzanas vecinas. Para la cogeneración de calor utilizan principalmente turbinas de vapor alimentadas por carbón y gas . Actualmente, también se están empezando a utilizar ampliamente los diseños de turbinas de gas de ciclo combinado .
En Serbia , la calefacción urbana se utiliza en las principales ciudades, particularmente en la capital, Belgrado . La primera planta de calefacción urbana se construyó en 1961 como medio para proporcionar calefacción eficaz a los suburbios recién construidos de Novi Beograd . Desde entonces se han construido numerosas plantas para calentar esta ciudad en constante crecimiento. Utilizan gas natural como combustible porque tiene menos efecto sobre el medio ambiente. El sistema de calefacción urbana de Belgrado posee 112 fuentes de calor de 2.454 MW de capacidad, más de 500 km de tuberías y 4.365 estaciones de conexión, que proporcionan calefacción urbana a 240.000 apartamentos y 7.500 edificios de oficinas y comerciales con una superficie total superior a 17.000.000 de metros cuadrados. [ cita necesaria ]
El sistema de calefacción centralizado de Eslovaquia cubre más del 54% de la demanda total de calor. En 2015, aproximadamente 1,8 millones de ciudadanos, el 35% de la población total de Eslovaquia, contaban con calefacción urbana. [108] La infraestructura se construyó principalmente durante las décadas de 1960 y 1980. En los últimos años se han realizado grandes inversiones para aumentar la proporción de fuentes de energía renovables y la eficiencia energética en los sistemas de calefacción urbana. [109]
La producción de calor proviene principalmente de fuentes de gas natural y biomasa, y el 54% del calor de la calefacción urbana se genera mediante cogeneración. [108] El sistema de distribución consta de 2.800 kilómetros de tuberías. El agua tibia y caliente son los portadores de calor más comunes, pero el antiguo transporte de vapor a alta presión todavía representa alrededor de una cuarta parte de la distribución primaria, lo que resulta en más pérdidas en el sistema. [110]
En cuanto a la estructura del mercado, en 2016 había 338 proveedores de calor con licencia para producir y/o distribuir calor, de los cuales el 87% eran tanto productores como distribuidores. La mayoría son pequeñas empresas que operan en un único municipio, pero también están presentes en el mercado algunas grandes empresas como Veolia. El Estado posee y opera grandes plantas de cogeneración que producen calor y electricidad urbana en seis ciudades (Bratislava, Košice, Žilina, Trnava, Zvolen y Martin). Varias empresas pueden operar en una ciudad, como es el caso en las ciudades más grandes. Una gran parte del DH se produce mediante pequeñas calderas de calor de gas natural conectadas a bloques de edificios. En 2014, casi el 40% de la generación total de DH provino de calderas de gas natural, distintas de la cogeneración. [111]
Suecia tiene una larga tradición en el uso de calefacción urbana (fjärrvärme) en zonas urbanas. En 2015, alrededor del 60% de las casas suecas (privadas y comerciales) tenían calefacción urbana, según la asociación sueca de calefacción urbana. [112] La ciudad de Växjö redujo sus emisiones de CO 2 procedentes de combustibles fósiles en un 34% entre 1993 y 2009. [113] Esto se logró en gran medida mediante calefacción urbana alimentada por biomasa. [114] Otro ejemplo es la planta de Enköping , que combina el uso de plantaciones de rotación corta tanto para combustible como para fitorremediación. [115]
El 47% del calor generado en los sistemas de calefacción urbana suecos se produce con fuentes de bioenergía renovables , así como el 16% en plantas de conversión de residuos en energía , el 7% lo proporcionan bombas de calor, el 10% mediante condensación de gases de combustión y el 6% mediante Recuperación de calor residual industrial . El resto son en su mayoría combustibles fósiles: petróleo (3%), gas natural (3%), turba (2%) y carbón (1%). [116] [117]
Debido a la ley que prohíbe los vertederos tradicionales , [118] los residuos se utilizan comúnmente como combustible.
En el Reino Unido, la calefacción urbana se hizo popular después de la Segunda Guerra Mundial, pero a escala restringida, para calentar las grandes urbanizaciones que sustituyeron a las viviendas destruidas por el Blitz . En 2013 había 1.765 sistemas de calefacción urbana, de los cuales 920 estaban basados sólo en Londres. [119] En total, alrededor de 210.000 hogares y 1.700 empresas reciben suministro de redes de calor en el Reino Unido. [120]
La Empresa de Calefacción Urbana de Pimlico (PDHU) en Londres entró en funcionamiento por primera vez en 1950 y continúa expandiéndose hasta el día de hoy. El PDHU alguna vez dependió del calor residual de la central eléctrica de Battersea , ahora en desuso , en el lado sur del río Támesis . Todavía está en funcionamiento; El agua ahora se calienta localmente mediante un nuevo centro de energía que incorpora motores CHP de gas de 3,1 MWe / 4,0 MWth y calderas de gas de 3 × 8 MW.
Uno de los mayores proyectos de calefacción urbana del Reino Unido es EnviroEnergy en Nottingham . La planta, construida inicialmente por Boots , se utiliza ahora para calentar 4.600 hogares y una amplia variedad de locales comerciales, incluidos el Concert Hall , el Nottingham Arena , los Victoria Baths, el Broadmarsh Shopping Center , el Victoria Center y otros. La fuente de calor es un incinerador de conversión de residuos en energía .
La red de calefacción urbana de Sheffield se creó en 1988 y todavía se está ampliando en la actualidad. Ahorra el equivalente a más de 21.000 toneladas de CO 2 cada año en comparación con las fuentes de energía convencionales: electricidad de la red nacional y calor generado por calderas individuales. Actualmente hay más de 140 edificios conectados a la red de calefacción urbana. Estos incluyen lugares emblemáticos de la ciudad como el Ayuntamiento de Sheffield , el Teatro Lyceum , la Universidad de Sheffield , la Universidad Sheffield Hallam , hospitales, tiendas, oficinas e instalaciones de ocio, además de 2.800 viviendas. Más de 44 km de tuberías subterráneas suministran energía que se genera en la instalación de recuperación de energía de Sheffield . Esto convierte 225.000 toneladas de residuos en energía, produciendo hasta 60 MWe de energía térmica y hasta 19 MWe de energía eléctrica.
El Plan Energético del Distrito de Southampton se construyó originalmente para utilizar únicamente energía geotérmica, pero ahora también utiliza el calor de un generador CHP alimentado por gas. Suministra calefacción y refrigeración urbana a muchos locales grandes de la ciudad, incluido el centro comercial Westquay , el hotel De Vere Grand Harbour, el Hospital Royal South Hants y varios proyectos de vivienda. En la década de 1980, Southampton comenzó a utilizar calefacción urbana combinada de calor y energía, aprovechando el calor geotérmico "atrapado" en la zona. El calor geotérmico proporcionado por el pozo funciona en conjunto con el esquema Combinado de Calor y Energía. La energía geotérmica proporciona entre el 15% y el 20%, el fueloil el 10% y el gas natural el 70% del aporte total de calor para este plan y los generadores combinados de calor y energía utilizan combustibles convencionales para producir electricidad. El "calor residual" de este proceso se recupera para distribuirlo a través de la red eléctrica de 11 km. [8] [121]
Escocia tiene varios sistemas de calefacción urbana. El primero en el Reino Unido se instaló en Aviemore , y le siguieron otros en Lochgilphead , Fort William y Forfar. El Plan de calefacción urbana de Lerwick en Shetland es digno de mención porque es uno de los pocos proyectos en los que se añadió un sistema completamente nuevo a una pequeña ciudad previamente existente.
ADE tiene un mapa en línea de instalaciones de calefacción urbana en el Reino Unido. [122] ADE estima que el 54 por ciento de la energía utilizada para producir electricidad se desperdicia mediante la producción de energía convencional, lo que equivale a £9,5 mil millones ($US12,5 mil millones) por año. [123]
En América del Norte, los sistemas de calefacción urbana se dividen en dos categorías generales. Aquellos que son propiedad de una sola entidad y sirven a los edificios de ella se consideran sistemas institucionales. Todos los demás entran en la categoría comercial.
La calefacción urbana se está convirtiendo en una industria en crecimiento en las ciudades canadienses y en los últimos diez años se han construido muchos sistemas nuevos. Algunos de los principales sistemas de Canadá incluyen:
Muchas universidades canadienses operan plantas de calefacción en los campus centrales.
En 2013, existían aproximadamente 2500 sistemas urbanos de calefacción y refrigeración en los Estados Unidos, de una forma u otra, y la mayoría proporcionaba calor. [132]
Históricamente, la calefacción urbana se utilizaba principalmente en zonas urbanas de Estados Unidos, pero en 1985 se utilizaba principalmente en instituciones. [150] Un puñado de municipios más pequeños en Nueva Inglaterra mantuvieron el vapor municipal hasta el siglo XXI, en ciudades como Holyoke, Massachusetts y Concord, New Hampshire ; sin embargo, el primero finalizaría el servicio en 2010 y el segundo en 2017, atribuyendo el envejecimiento de la infraestructura y el capital. gastos hasta sus cierres. [151] [152] [153] En 2019, Concord reemplazó varias tuberías restantes por otras más eficientes para un sistema de vapor más pequeño que calienta solo la Casa del Estado y la Biblioteca Estatal , principalmente debido a razones de preservación histórica más que a un plan energético más amplio. [154]
La calefacción urbana también se utiliza en muchos campus universitarios, a menudo en combinación con refrigeración urbana y generación de electricidad. Las universidades que utilizan calefacción urbana incluyen la Universidad de Texas en Austin ; Universidad de Rice ; [155] Universidad Brigham Young ; [156] Universidad de Georgetown ; [157] Universidad de Cornell , [158] que también emplea enfriamiento de fuentes de agua profunda utilizando las aguas del cercano lago Cayuga ; [159] Universidad Purdue ; [160] Universidad de Massachusetts Amherst ; [161] Universidad de Maine en Farmington ; [162] Universidad de Notre Dame ; Universidad del estado de michigan ; Universidad del Este de Michigan ; [163] Universidad Case Western Reserve ; Universidad del Estado de Iowa ; Universidad de Delaware ; [164] Universidad de Maryland, College Park [ cita necesaria ] , Universidad de Wisconsin-Madison , [165] Universidad de Georgia , [166] Universidad de Cincinnati , [167] Universidad Estatal de Carolina del Norte , [168] y varios campus de la Universidad de California . [169] El MIT instaló un sistema de cogeneración en 1995 que proporciona electricidad, calefacción y refrigeración al 80% de los edificios de su campus. [170] La Universidad de New Hampshire tiene una planta de cogeneración que funciona con metano de un vertedero adyacente, que proporciona a la universidad el 100% de sus necesidades de calor y energía sin quemar petróleo ni gas natural. [171] La Universidad Estatal de Dakota del Norte (NDSU) en Fargo, Dakota del Norte, ha utilizado calefacción urbana durante más de un siglo desde su planta de calefacción alimentada por carbón. [172]
En Japón funcionan 87 empresas de calefacción urbana que prestan servicios a 148 distritos. [173]
Muchas empresas operan instalaciones de cogeneración distritales que proporcionan vapor y/o agua caliente a muchos de los edificios de oficinas. Además, la mayoría de los operadores en el Gran Tokio prestan servicios de refrigeración urbana.
En el sur de China (al sur de la línea Qinling-Huaihe ), casi no existen sistemas de calefacción urbana. En el norte de China, los sistemas de calefacción urbana son comunes. [174] [175] La mayoría de los sistemas de calefacción urbana que son solo para calefacción en lugar de cogeneración utilizan carbón duro . Dado que la contaminación del aire en China se ha vuelto bastante grave, muchas ciudades están utilizando gradualmente gas natural en lugar de carbón en el sistema de calefacción urbana. También hay cierta cantidad de calefacción geotérmica [176] [177] y sistemas de bombas de calor marinas. [178]
En febrero de 2019, la Corporación Estatal de Inversión en Energía (SPIC) de China firmó un acuerdo de cooperación con el gobierno municipal de Baishan en la provincia de Jilin para el Proyecto de demostración de calentamiento de energía nuclear de Baishan, que utilizaría un DHR-400 (reactor de calefacción de distrito de 400 MWt) de la Corporación Nuclear Nacional de China. ). [179] [180] El costo de construcción es de 1.500 millones de yuanes (230 millones de dólares) y su construcción demora tres años. [181]
La energía geotérmica en Turquía proporciona cierta calefacción urbana, [182] y se han mapeado las necesidades de calefacción y refrigeración urbanas residenciales. [183]
La penetración de la calefacción urbana (DH) en el mercado del calor varía según el país. La penetración está influenciada por diferentes factores, incluidas las condiciones ambientales, la disponibilidad de fuentes de calor, la economía y el marco económico y legal. La Comisión Europea tiene como objetivo desarrollar prácticas sostenibles mediante la implementación de tecnología urbana de calefacción y refrigeración. [184]
En el año 2000, el porcentaje de casas abastecidas con calefacción urbana en algunos países europeos era el siguiente:
En Islandia, la influencia positiva predominante sobre la DH es la disponibilidad de calor geotérmico fácilmente captable. En la mayoría de los países de Europa del Este, la planificación energética incluyó el desarrollo de la cogeneración y la calefacción urbana. La influencia negativa en los Países Bajos y el Reino Unido puede atribuirse en parte al clima más templado, junto con la competencia del gas natural. [ cita necesaria ] El impuesto sobre los precios internos del gas en el Reino Unido es un tercio del de Francia y un quinto del de Alemania.
Durante la época romana, se hacía circular agua caliente a través de zanjas abiertas para calentar los edificios y baños de Pompeya.
{{cite web}}: Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )Descripción de la planta: ... La instalación también suministra vapor para su entrega a los clientes de energía térmica de Xcel Energy en el centro de Denver. ... Historia de la planta: La estación Zuni se construyó originalmente en 1900 y se llamó Planta LaCombe.
