Roberto Fedrizzi, Coordenador de Sistemas de Aquecimento e Resfriamento Sustentáveis da EURAC Research, explora como o calor renovável e residual de baixo grau pode ser efetivamente recuperado em redes de aquecimento e resfriamento distritais
72% da população europeia vive em áreas urbanas – definidas como cidades, vilas e subúrbios. É aqui que a demanda por aquecimento e resfriamento assume a maior densidade.
Ao mesmo tempo, os prédios em nossas cidades estão liberando enormes quantidades de energia térmica valiosa na atmosfera, como calor residual.
Além disso, por razões históricas, as cidades nasceram ao longo de rios, lagos e praias. Além de fornecer hidroeletricidade, os corpos d’água podem frequentemente ser usados para fornecer refrigeração gratuita para redes de aquecimento e refrigeração distritais. A utilização dessas fontes de energia renovável de baixa temperatura é altamente replicável, porque elas são acessíveis exatamente onde são necessárias.
Com isso em mente, o objetivo geral do REWARDHeat é demonstrar como o calor renovável e residual de baixo grau pode ser efetivamente recuperado em redes de aquecimento e resfriamento urbano.
O supermercado de médio porte na Europa produz calor residual suficiente de suas unidades de refrigeração em um ano para atender às necessidades de energia térmica de 200 residências no mesmo período. Não são apenas os nossos supermercados que produzem calor residual, uma grande quantidade também está sendo rejeitada por aparelhos de ar condicionado, processos industriais e chillers de datacenters.
Esse calor desperdiçado também produz o que é conhecido como “efeito de ilha de calor”, que aumenta a temperatura das vilas e cidades em alguns graus mais do que no campo; cidades mais quentes usam mais energia para resfriamento e, portanto, o ciclo de desperdício continua.
Apresentando os conceitos de energia circular
“Fechando o ciclo de energia” é a base de um conceito de Energia Circular com o qual precisaremos lidar nos próximos anos. Se quisermos combater efetivamente o aquecimento global, não só precisaremos criar edifícios e processos que usem menos energia, mas também teremos que garantir que as perdas de energia sejam recicladas e reutilizadas tanto quanto possível (ou seja, conforme nós reciclar e reutilizar materiais).
Apesar do valor potencial do calor residual, atualmente existem poucas maneiras de usá-lo, uma vez que é mais frequentemente rejeitado no ambiente em baixas temperaturas – em torno de 15 ° C a 30 ° C -, portanto, usando-o para aquecer água diretamente para uso no casa simplesmente não é possível: a água do chuveiro, por exemplo, é normalmente usada por volta dos 40ºC.
A coleta de calor renovável de baixo grau de fontes de água, na maior parte do tempo disponível entre 5 ° C e 15 ° C, é igualmente desafiador do ponto de vista técnico. No entanto, explorar a energia renovável disponível localmente é tecnologicamente possível e ambientalmente sustentável – no futuro, a quantidade de energia de alto grau, como a eletricidade renovável, será limitada, pois seu uso se tornará mais difundido em diferentes setores em comparação com a situação atual, ou seja, na mobilidade elétrica .
Portanto, não faz sentido aquecer edifícios usando diretamente essas fontes, por exemplo, com resistências elétricas. Por outro lado, o uso de tecnologias como bombas de calor permite o uso máximo de fontes de energia renováveis de baixo grau, enquanto minimiza a eletricidade necessária.
Redistribuindo o calor
REWARDHeat é um projeto financiado pela CE que busca mover-se nessa direção, usando resíduos urbanos de baixo grau e calor renovável coletado de fontes múltiplas e distribuídas e aplicando-os às redes de aquecimento urbano. A ideia central é coletar o calor de onde ele estiver disponível, recuperá-lo em uma rede de aquecimento urbano e redistribuí-lo em edifícios.
Para fazer isso de forma eficaz do ponto de vista técnico e econômico, REWARDHeat promove a ideia de que a temperatura de distribuição da rede precisa ser reduzida em comparação com os sistemas convencionais. Isso pode ser feito operando a rede recém-construída em temperatura neutra entre 10 ° C e 30 ° C ou adaptando as redes convencionais para operar em temperaturas mais baixas (temperatura máxima de alimentação de 55 ° C).
Redes operando em temperatura neutra podem fornecer aquecimento e resfriamento contemporâneos dos mesmos dutos, por meio de bombas de calor reversíveis que podem trocar tanto o aquecimento quanto o resfriamento com a rede, dependendo do uso específico do cliente.
Existem limitações para os esquemas de temperatura neutra: as atividades de pesquisa e desenvolvimento realizadas e os pilotos inovadores mostram que essas redes são mais eficientes em áreas com demandas de aquecimento e resfriamento; neste caso, as redes operadas até 55 ° C são mais adequadas, pois podem cobrir diretamente as cargas de aquecimento, enquanto a coleta de calor de fontes de baixo grau ainda é prática por meio de uma bomba de calor.
Da gestão monopolística a um mercado aberto de produção de calor
As redes reais são frequentemente sistemas monopolísticos onde a energia térmica é produzida, distribuída e vendida por uma empresa de serviços públicos. Isso resulta em uma operação fácil da planta e modelos de marketing fáceis. Como desvantagem, as oportunidades de barganha dos consumidores são limitadas uma vez conectado à rede. A abordagem de geração distribuída desencadeia a transição de uma gestão monopolística para um mercado aberto de produção de calor.
Modelos de negócios estão sendo estudados, permitindo a troca de energia térmica em novos “mercados livres”. Os modelos de negócios consideram a grande variedade de participantes conectados à rede – de grandes empresas a clientes unifamiliares – garantindo uma remuneração com base na entrada / saída de energia medida. Isso demonstra que as soluções são economicamente viáveis e tecnicamente viáveis, estimulando a aceitação e promoção da produção de energia térmica a partir de fontes renováveis e calor residual. Em particular, o conceito de “calor como serviço” está sendo explorado – o calor vendido ao cliente não deve ser tratado como uma mera commodity, mas uma série de serviços deve ser construída em torno da energia comercializada.
Por exemplo, os datacenters podem vender o calor residual para a rede de aquecimento urbano, mas também é possível fazer com que o calor residual seja coletado gratuitamente, pois isso economiza dinheiro em termos de consumo reduzido de eletricidade pelos refrigeradores de ar.
Além disso, o dividendo verde para empresas que fornecem calor residual gratuitamente não deve ser ignorado. Os produtos de uma empresa podem se tornar mais atraentes para os clientes que buscam soluções verdes, se a empresa puder demonstrar um menor impacto ambiental com a reciclagem de parte de sua energia e entrega de energia gratuita para a comunidade.
O uso de bombas de calor em redes de aquecimento e resfriamento urbano não só contribui para a recuperação de energia de baixo nível que normalmente é desperdiçado, mas também cria uma ligação sólida com as redes de eletricidade – agregando as cargas elétricas relacionadas às bombas de calor instaladas, o distrito O gerente da rede de aquecimento e resfriamento também pode vender serviços de balanceamento e armazenamento para a rede elétrica.
A pesquisa que levou a esses resultados recebeu financiamento do programa H2020, sob o Contrato de Concessão nº 857811, Recuperação de Calor Renovável e Resíduos para Redes Competitivas de Aquecimento e Resfriamento Distrital – REWARDheat.
Observação: este é um perfil comercial
