La calefacción urbana (la generación de calor en una ubicación central y su distribución a residencias, empresas e industrias locales con mayores economías de escala que los sistemas de calefacción individuales) desempeña un papel importante a la hora de ayudar en la transición a energías limpias en la lucha contra el cambio climático. El desafío, sin embargo, es que la calefacción urbana, utilizada para proporcionar agua caliente y calor dentro de los edificios a través de un sistema de tuberías aisladas, pronto debe pasar de la quema de combustibles fósiles a formas de energía más limpias.
“Las redes de calefacción urbana ofrecen un gran potencial para un uso eficiente, rentable y flexible a gran escala de energía baja en carbono para calefacción. Sin embargo, el potencial de descarbonización de la calefacción urbana está en gran medida desaprovechado, ya que el 90% del calor suministrado en las redes distritales se produce a partir de combustibles fósiles…”, según la Agencia Internacional de Energía (AIE), una organización intergubernamental autónoma con sede en París que proporciona políticas recomendaciones, análisis y datos sobre el sector energético mundial. Los 31 países miembros y 13 países asociados de la AIE representan el 75% de la demanda energética mundial.
Alinearse con el escenario de cero emisiones netas para 2050 de la AIE requiere un esfuerzo significativo para mejorar rápidamente la eficiencia energética de las redes existentes, cambiar a calor renovable, integrar fuentes de calor secundarias y desarrollar nueva infraestructura de alta eficiencia.
Afortunadamente, la innovación en forma de las últimas calderas de electrodos sumergidos o de electrodos de chorro de alto voltaje hace que la calefacción urbana sea mucho más ecológica, particularmente cuando la electricidad proviene de fuentes renovables como la solar, la eólica y la hidroeléctrica.
Los municipios y las empresas que dependen de la calefacción urbana ya se están alejando de equipos a menudo ineficientes y obsoletos que producen un exceso de emisiones de carbono en favor de calderas de electrodos económicas que pueden rivalizar de manera rápida y flexible con la producción de grandes calderas alimentadas por gas o petróleo en una huella mucho más pequeña. Las calderas de electrodos avanzadas no tienen un nivel operativo mínimo alto para que estén disponibles de inmediato y ofrecen un tiempo de arranque y apagado mucho más rápido, además de un mantenimiento fácil y seguro.
Los sistemas de calefacción urbana ofrecen un potencial sustancial para mejorar la eficiencia energética, reducir las emisiones de gases de efecto invernadero e integrar fuentes de calor renovables y residuales, particularmente dentro de los centros urbanos.
En este esfuerzo, un número cada vez mayor de plantas de calefacción urbana están recurriendo a calderas de electrodos de alto voltaje para absorber el exceso de producción de energía, proporcionar rápidamente servicio de red y equilibrar las fluctuaciones de manera rentable. Un número cada vez mayor de municipios también está instalando calderas de electrodos de alto voltaje nuevas o modernizadas que son compactas, económicas y no producen emisiones. Las mejoras a menudo implican modernizar o reemplazar las calderas (la fuente de calor) con alternativas eléctricas más limpias y eficientes, junto con la red de distribución de calor (tuberías/estaciones de intercambio de calor).
Las calderas de electrodos utilizan las propiedades conductoras y resistivas del agua para transportar corriente eléctrica y generar vapor con gran capacidad de respuesta y eficiencia.
“Una corriente alterna fluye desde un electrodo de una fase a tierra utilizando el agua como conductor. Dado que los productos químicos del agua proporcionan conductividad, el flujo de corriente genera calor directamente en el agua. Cuanta más corriente (amperios) fluye, más calor (BTU) se genera y se produce más vapor para su uso en calefacción urbana”, explica Robert Presser, vicepresidente de Acme Engineering, fabricante de calderas industriales y comerciales con operaciones en los Estados Unidos de América, Canadá y Europa.
Cuando se suministra calefacción urbana, las calderas de electrodos son mucho más receptivas y flexibles que las unidades que queman combustibles fósiles.
“En las calderas de electrodos, la entrada de energía y el ajuste son muy precisos y prácticamente inmediatos. Por el contrario, aumentar o disminuir la temperatura en una caldera de gas es un proceso más lento porque el calor de la caldera necesita tiempo para aumentar o disiparse antes de alcanzar la producción deseada”, dice Presser.
Las calderas de vapor de electrodos de alto voltaje avanzadas como la CEJS de Acme también tienen una relación de reducción del 100%, la relación entre la salida máxima y mínima de una caldera. La mayoría de las calderas de gas tienen una proporción de 10:1 o 5:1, lo que significa que las unidades tardan un tiempo considerable en alcanzar su capacidad total. Las calderas de agua caliente y vapor de electrodo sumergido CEJW y CEJS tienen un nivel de salida mínimo del 7-8% de la capacidad nominal.
«Con una relación de reducción del 100%, se puede dejar la caldera en modo de espera a baja presión y llevarla a plena capacidad en aproximadamente 90 segundos según sea necesario, algo que ningún otro tipo de caldera puede lograr en la actualidad», dice Presser.
“Las comunidades y empresas que utilizan calefacción urbana también aprecian la naturaleza ecológica de las calderas de electrodos. Sin combustión, estas calderas son limpias y libres de emisiones. El diseño también elimina muchos problemas ambientales asociados con las calderas que queman combustible, como humos de combustible, cenizas volantes y grandes chimeneas de escape”, dice Presser.
La eficiencia energética de la tecnología de calderas de electrodos, sin embargo, es una de sus características más destacables.
“Para la calefacción urbana, la eficiente capacidad de generación de energía traducida en calor de las calderas de electrodos, en las que casi el 100% de la energía eléctrica se convierte en calor sin pérdidas por transferencia o por chimenea, combinada con la capacidad de utilizar y equilibrar fuentes renovables intermitentes energía, hace que esta tecnología sea crucial hoy en día”, afirma Presser.
Como ejemplo de eficiencia energética y de diseño, la caldera de vapor con electrodos CEJS de Acme produce cantidades máximas de vapor en un espacio mínimo, con una capacidad de caldera de 6 MW a 68 MW. La caldera de electrodos funciona con los voltajes de distribución existentes, de 4.16 a 25 KV y tiene una eficiencia de hasta el 99.9 % en la conversión de energía en calor. La caldera puede producir vapor en capacidades de hasta 270,000 libras por hora, con presiones nominales de 75 PSIG a 500 PSIG. Todas las calderas CEJS están diseñadas según el código ASME o la directiva de recipientes a presión de la UE y son recipientes a presión registrados y certificados. Los estándares eléctricos cumplen con los requisitos CSA, UL o CE.
Según Presser, existen razones adicionales para que los municipios y las empresas utilicen calderas de electrodos de chorro de alto voltaje para la calefacción urbana. “Las calderas de electrodos pueden igualar la potencia de calefacción de las calderas que queman combustible y al mismo tiempo convertir casi toda la energía en calor. Las calderas de electrodos también son mucho más pequeñas que las calderas que queman combustibles fósiles, por lo que son más fáciles de usar en estructuras más pequeñas”, afirma.
Para los propietarios de infraestructuras residenciales o comerciales, las calderas de electrodos también reducen los costos de instalación, operación y mantenimiento. Las calderas de gas requieren líneas de combustible, equipos de almacenamiento y manipulación, economizadores y equipos de control de emisiones. Las calderas de electrodos de tipo chorro avanzado tienen una cantidad mínima de componentes y controles eléctricos, con menos piezas. En condiciones normales de funcionamiento, la ausencia de temperaturas excesivas y de desgaste de los electrodos también garantiza una larga vida útil.
Además, las unidades reducen aún más los costos operativos con controles automáticos que reducen la necesidad de personal operativo.
Los tipos más avanzados de estas calderas, como las CEJS o CEJW de Acme, también ofrecen mayor seguridad que los modelos tradicionales que queman combustible. “Con las calderas de electrodos no hay peligros de combustión porque no hay llamas, humos, líneas de combustible ni tanques de almacenamiento. No hay problemas de acumulación de calor o quema de electrodos, incluso si se produjeran incrustaciones, y se elimina el choque térmico. Además, no existe peligro de escasez de agua, ya que la corriente no puede fluir sin agua”, explica Presser.
A diferencia de las calderas que queman combustibles fósiles, las calderas eléctricas requieren un mantenimiento mínimo, ya que no hay quemadores, no se quema material, no se crea hollín, no hay chimenea ni piezas mecánicas desgastadas, dice Presser. Con menos piezas que las unidades más complejas que queman combustibles fósiles, las calderas eléctricas también son más compactas y sencillas de instalar que los sistemas convencionales.
Por último, las unidades eléctricas son excepcionalmente silenciosas en comparación con las calderas alimentadas por combustible. A diferencia de los quemadores de gas que aceleran como motores de turbina casi continuamente, las calderas eléctricas mantienen bajos los niveles de ruido operativo.
A medida que los efectos del cambio climático se vuelvan más severos, la urgencia de cambiar a energías limpias y descarbonizar el sector energético no hará más que aumentar en todo el mundo. En este esfuerzo, la calefacción urbana combinada con calderas de electrodos será una parte vital de la solución, a medida que los países miembros se esfuerzan por cumplir los objetivos de descarbonización de la AIE.
