Calefacción urbana

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 a menudo se obtiene de una planta de cogeneración que quema combustibles fósiles o biomasa , pero también se utilizan estaciones de calderas de solo calor , calefacción geotérmica , bombas de calor y calefacción solar central , así como residuos de calor de fábricas y generación de electricidad con energía nuclear . Las plantas de calefacción urbana pueden proporcionar mayores eficiencias y un mejor control de la contaminación que las calderas localizadas. Según algunas investigaciones, la calefacción urbana con calor y electricidad combinados (CHPDH) es el método más barato de reducir las emisiones de carbono y tiene una de las huellas de carbono más bajas de todas las plantas de generación de combustibles fósiles. ^[1]

La calefacción urbana ocupa el puesto número 27 en las 100 soluciones al calentamiento global del Proyecto Drawdown . ^{[2] [3]}

La calefacción urbana tiene sus orígenes en los baños y los invernaderos calentados con agua caliente del antiguo Imperio Romano . El sistema de distribución de agua caliente de Chaudes-Aigues , en Francia, se considera en general el primer sistema de calefacción urbana real. Utilizaba energía geotérmica para proporcionar calor a unas 30 casas y comenzó a funcionar en el siglo XIV. ^[4]

La Academia Naval de los Estados Unidos en Annapolis comenzó a brindar servicios de calefacción urbana a vapor en 1853. ^{[ cita requerida ]} El MIT comenzó a brindar servicios de calefacción urbana a vapor a 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.

En general, todos los sistemas de calefacción urbana modernos se basan en 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 solicitado a los usuarios. Las cinco generaciones tienen características definitorias que las distinguen 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 era un sistema basado en vapor alimentado por carbón que se introdujo por primera vez en los EE. UU. en la década de 1880 y se hizo popular también en algunos países europeos. Fue la última 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, fiables ni seguros. Hoy en día, esta generación está tecnológicamente obsoleta. Sin embargo, algunos de estos sistemas todavía se utilizan, por ejemplo, en Nueva York o París. Otros sistemas construidos originalmente se han modernizado posteriormente. ^[7]

La segunda generación se desarrolló en la década de 1930 y se construyó hasta la década de 1970. Quemaba carbón y petróleo, y la energía se transmitía a través de agua caliente presurizada como portador de calor. Los sistemas solían tener temperaturas de suministro superiores a los 100 °C y utilizaban tuberías de agua en conductos de hormigón, en su mayoría ensambladas en el lugar, y equipo pesado. Una razón principal para estos sistemas era el ahorro de energía primaria, que surgía del uso de plantas de cogeneración. Si bien también se utilizaban en otros países, los sistemas típicos de esta generación eran 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, que se utilizó posteriormente en la mayoría de los sistemas siguientes 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 con temperaturas más bajas, normalmente por debajo de los 100 °C. Una de las principales motivaciones para construir estos sistemas era la seguridad del suministro mediante la mejora de la eficiencia energética después de que las dos crisis del petróleo provocaran la interrupción del suministro de petróleo. Por lo tanto, estos sistemas solían utilizar carbón, biomasa y residuos como fuentes de energía, en lugar de petróleo. En algunos sistemas, también se utilizan energía geotérmica y energía solar en la combinación energética. ^[7] Por ejemplo, París ha estado utilizando calefacción geotérmica de una fuente de 55-70 °C a 1-2 km por debajo de la superficie para calefacción doméstica desde la década de 1970. ^[8]

En la actualidad, ^{[ cita requerida ]} 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 altas proporciones de energía renovable variable en la calefacción urbana, proporcionando una alta flexibilidad al sistema eléctrico. ^[7]

Según la revisión de Lund et al. ^[7] dichos sistemas deben tener las siguientes capacidades:

1. "Capacidad para suministrar calefacción urbana de baja temperatura para calefacción de espacios y agua caliente sanitaria (ACS) a edificios existentes, edificios existentes renovados energéticamente y edificios nuevos de bajo consumo energético".
2. "Capacidad para distribuir calor en redes con bajas pérdidas de red".
3. "Capacidad para reciclar calor de fuentes de baja temperatura e integrar fuentes de calor renovables como la solar y la geotérmica".
4. "Capacidad de ser parte integrada de sistemas de energía inteligentes (es decir, redes inteligentes integradas de electricidad, gas, fluidos y térmicas), incluyendo ser parte integrada de sistemas de refrigeración urbana de cuarta generación".
5. “Capacidad para asegurar estructuras adecuadas de planificación, costes y motivación en relación a la operación así como a las inversiones estratégicas relacionadas con la transformación hacia futuros sistemas energéticos sostenibles”.

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 y menores. Las fuentes de calor potenciales 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 fines de refrigeración y los centros de datos 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 proporcionen flexibilidad para equilibrar la generación de energía eólica y solar , por ejemplo, utilizando bombas de calor para integrar el excedente de energía eléctrica como calor cuando hay mucha energía eólica o proporcionando electricidad 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 de calefacción y refrigeración urbana de quinta generación (5GDHC), ^[12] también denominada calefacción urbana fría , distribuye el calor a una temperatura cercana a la del suelo: esto, en principio, minimiza las pérdidas de calor hacia el 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 períodos de demandas simultáneas de refrigeración y calefacción, esto permite que el calor residual de la refrigeración se utilice en bombas de calor en aquellos edificios que necesitan calefacción. ^[13] La temperatura general dentro del circuito ambiental se controla preferiblemente mediante intercambio de calor con un acuífero u otra fuente de agua a baja temperatura para permanecer dentro de un rango de temperatura de 10 °C a 25 °C.

Aunque la instalación de tuberías de red para redes de 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 la red de tuberías da lugar a diámetros de tubería significativamente mayores que en generaciones anteriores. Debido a que cada edificio conectado en los sistemas de calefacción y refrigeración urbanas de quinta generación debe tener su propia bomba de calor, el sistema puede utilizarse tanto como fuente de calor como disipador de calor para la bomba de calor, dependiendo de si funciona en modo de calefacción y refrigeración. Al igual que en 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, mar o lagunas, y el calor residual de fuentes industriales o comerciales. ^[14]

De la descripción anterior se desprende claramente que existe una diferencia fundamental entre el sistema 5GDHC y las generaciones anteriores de calefacción urbana, en particular en la individualización de la generación de calor. Este sistema crítico tiene un impacto significativo a la hora de 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 la eficiencia del sistema de distribución a una comparación de la eficiencia del sistema de suministro, en la que deben incluirse tanto la eficiencia de la generación de calor como la del sistema de distribución.

En un edificio moderno con un sistema de distribución de calor interno de baja temperatura se puede instalar una bomba de calor eficiente que proporcione calor a 45 °C. En un edificio más antiguo con un sistema de distribución de calor interno de mayor temperatura (por ejemplo, con radiadores) se necesitará una bomba de calor de alta temperatura para proporcionar calor.

Un ejemplo más grande de una 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 indirectamente a través de infraestructuras multipropósito como plantas combinadas de calor y energía (CHP, también llamadas 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 poco frecuente.

En el caso de una planta de cogeneración, la producción de calor se dimensiona normalmente para satisfacer la mitad de la carga de calor máxima en invierno, pero a lo largo del año proporcionará el 90% del calor suministrado. Gran parte del calor producido en verano generalmente se desperdiciará. La capacidad de la caldera podrá satisfacer toda la demanda de calor sin ayuda y puede cubrir las averías en la planta de cogeneración. No es económico dimensionar la planta de cogeneración sola para poder satisfacer la carga de calor completa. En el sistema de vapor de la ciudad de Nueva York , eso es 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 para recuperar el calor residual puede alcanzar una eficiencia energética total de casi el 80%. ^[23] Algunas pueden acercarse al 100% basándose en el valor calorífico inferior condensando también los gases de combustión. ^[24]

El calor producido por las reacciones nucleares en cadena puede inyectarse en las redes de calefacción urbana, sin contaminar las tuberías con elementos radiactivos, ya que el calor se transfiere a la red a través de intercambiadores de calor . ^[25] Técnicamente, no es necesario que el reactor nuclear esté muy cerca de la red de calefacción urbana, ya que el calor puede transportarse a distancias significativas (superiores a 200 km) con pérdidas asumibles, utilizando tuberías aisladas . ^{[26] [ Aclaración necesaria ]}

Dado que los reactores nucleares no contribuyen significativamente a la contaminación atmosférica 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, Rumania, Rusia, Eslovaquia, Eslovenia, Suiza y Ucrania. ^{[27] [28]}

La central nuclear de Ågesta en Suecia fue un ejemplo temprano de cogeneración nuclear, proporcionando pequeñas cantidades de calor y electricidad a un suburbio de la capital del país entre 1964 y 1974. La central nuclear de Beznau en Suiza ha estado generando electricidad desde 1969 y suministrando calefacción urbana desde 1984. La central nuclear de Haiyang en China comenzó a operar en 2018 y comenzó a suministrar calor a pequeña escala al área de la ciudad de Haiyang en 2020. Para noviembre de 2022, la planta utilizó 345 MW de efecto térmico para calentar 200.000 hogares, reemplazando 12 plantas de calefacción de carbón. ^[29]

En los últimos años se ha renovado el interés por los reactores modulares pequeños (SMR) y su potencial para suministrar calefacción urbana. ^[30] 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. ^[31] El diseño de código abierto de SMR propio de EIC, OPEN100 , podría incorporarse a un sistema de calefacción urbana. ^[32]

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Historia

La calefacción urbana geotérmica se utilizó en Pompeya y en Chaudes-Aigues desde el siglo XIV. ^[33]

Dinamarca

Dinamarca tiene una planta geotérmica en funcionamiento en Thisted desde 1984. Otras dos plantas están cerradas actualmente, ubicadas en Copenhague (2005-2019) y Sønderborg (2013-2018). Ambas sufrieron problemas con arena fina y bloqueos ^{[34] [35] [36]}

La primera planta a gran escala del país se está desarrollando cerca de Aarhus y, para fines de 2030, se espera que pueda cubrir aproximadamente el 20% de la demanda de calefacción urbana en Aarhus. ^[37]

Estados Unidos

Los sistemas de calefacción distrital geotérmica de uso directo, que aprovechan depósitos geotérmicos y distribuyen agua caliente a múltiples edificios para una variedad de usos, son poco comunes en los Estados Unidos, pero existen en ese 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, tras llevar el agua a los hogares y comercios de la zona mediante una tubería de madera, se creó el primer sistema de calefacción urbana geotérmica.

Según un estudio de 2007, ^[38] había 22 sistemas de calefacción urbana geotérmica (GDHS) en Estados Unidos. En 2010, dos de esos sistemas habían dejado de funcionar. ^[39] La siguiente tabla describe los 20 GDHS que se encuentran actualmente ^{[ ¿cuándo? ]} en funcionamiento en Estados Unidos.

En los últimos años , el uso de energía solar para calefacción urbana ha aumentado en Dinamarca y Alemania ^[41] . ^[42] 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 ^[43] con 50 MW, Dronninglund con 27 MW y Marstal con 13 MW en Dinamarca. ^{[44] [45]} Estos sistemas se han ampliado de forma gradual para satisfacer entre el 10% y el 40% de las necesidades anuales de calefacción de sus aldeas. Los paneles solares térmicos están montados en el suelo en los campos. ^[46] El almacenamiento de calor se realiza mediante almacenamiento en pozo, grupo de pozos y el tradicional tanque de agua. En Alberta, Canadá, la comunidad solar de Drake Landing ha logrado un récord mundial del 97% de fracción solar anual para necesidades de calefacción, utilizando paneles solares térmicos en los techos de los garajes y almacenamiento térmico en un grupo de pozos. ^{[47] [48]}

En Estocolmo, la primera bomba de calor se instaló en 1977 para suministrar calefacción urbana a partir de servidores IBM. Hoy en día, la capacidad instalada es de unos 660 MW de calor, utilizando aguas residuales tratadas, agua de mar, refrigeración urbana, centros de datos y tiendas de comestibles como fuentes de calor. ^[49] Otro ejemplo es el proyecto de calefacción urbana Drammen Fjernvarme en Noruega, que produce 14 MW a partir de agua a solo 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:

1. Como fuente de carga base primaria, el agua de una fuente de calor de baja calidad, por ejemplo, un río, un fiordo, un centro de datos , un emisario de una central eléctrica o de una planta de tratamiento de aguas residuales (todos ellos normalmente entre 0 ˚C y 25 ˚C) se eleva hasta la temperatura de la red, que normalmente oscila entre 60 ˚C y 90 ˚C, mediante bombas de calor. Estos dispositivos, aunque consumen electricidad, transferirán una potencia térmica tres a seis veces mayor que la cantidad de electricidad consumida. Un ejemplo de un sistema de distrito que utiliza una bomba de calor para generar calor a partir de aguas residuales sin tratar se encuentra en Oslo, Noruega, que tiene una potencia térmica de 18 MW (térmicos). ^[50]
2. Como medio para recuperar calor del circuito de enfriamiento de una planta de energía para aumentar el nivel de recuperación de calor de los gases de combustión (ya que la tubería de retorno de la planta de calefacción urbana ahora se enfría mediante la bomba de calor) o enfriando el circuito de vapor cerrado y reduciendo artificialmente la presión de condensación y, de ese modo, aumentando la eficiencia de generación de electricidad.
3. Como medio para enfriar el fluido de trabajo de depuración de gases de combustión (normalmente agua) desde una temperatura de 60 ˚C después de la inyección hasta una temperatura de 20 ˚C antes de la inyección. El calor se recupera mediante una bomba de calor y se puede vender e inyectar en el lado de la red de la instalación a una temperatura mucho más alta (por ejemplo, unos 80 ˚C).
4. Cuando la red ha alcanzado su capacidad máxima, los usuarios de gran consumo individual pueden desacoplarse de la tubería de alimentación caliente, por ejemplo, a 80 ˚C, y acoplarse a la tubería de retorno, por ejemplo, a 40 ˚C. Si se añade una bomba de calor localmente a este usuario, la tubería de 40 ˚C se enfría aún más (el calor se entrega al evaporador de la bomba de calor). La salida de la bomba de calor es entonces un circuito dedicado para el usuario a 40 ˚C a 70 ˚C. Por lo tanto, la capacidad total de la red ha cambiado, ya que la diferencia de temperatura total del circuito ha variado de 80 a 40 ˚C a 80 ˚C–x (siendo x un valor inferior a 40 ˚C).

Ha habido inquietudes acerca del uso de hidrofluorocarbonos como fluido de trabajo (refrigerante) para bombas de calor de gran tamaño. Si bien no se suelen medir las fugas, se informa que son relativamente bajas, como el 1 % (en comparación con el 25 % de los sistemas de refrigeración de los supermercados). Por lo tanto, una bomba de calor de 30 megavatios podría tener fugas (anuales) de alrededor de 75 kg de R134a u otro fluido de trabajo. ^[51]

Sin embargo, los recientes avances técnicos permiten el uso de refrigerantes de bomba de calor naturales que tienen un potencial de calentamiento global (GWP) muy bajo. El refrigerante de CO2 ₍ R744, GWP=1) o el amoníaco (R717, GWP=0) también tienen el beneficio, dependiendo de las condiciones de operación, de resultar en una mayor eficiencia de la bomba de calor que los refrigerantes convencionales. Un ejemplo es una red de calefacción urbana de 14 MW (térmica) en Drammen , Noruega, que se abastece con bombas de calor de fuente de agua de mar que usan refrigerante R717, y que ha estado funcionando desde 2011. Se entrega agua a 90 °C al circuito del distrito (y regresa a 65 °C). El calor se extrae del agua de mar (a 60 pies (18 m) de profundidad) que está a 8 a 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 fría pudiera utilizarse para el aire acondicionado, el COP efectivo sería considerablemente mayor. ^[51]

En el futuro, las bombas de calor industriales se descarbonizarán aún más mediante el uso, por un lado, del exceso de energía eléctrica renovable (que de otro modo se perdería debido a la satisfacción de la demanda de la red) proveniente de la energía eólica, solar, etc. y, por otro lado, mediante el aprovechamiento de 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. ^[52]

Cada vez se utilizan más acumuladores de calor de gran tamaño en las redes de calefacción urbana para maximizar la eficiencia y la rentabilidad económica. Esto permite que las unidades de cogeneración funcionen en momentos de máxima tarifa eléctrica, con una producción eléctrica que tiene tasas de rentabilidad mucho más altas que la producción de calor, mientras se almacena el exceso de producción de calor. También permite recoger el calor solar en verano y redistribuirlo fuera de temporada en depósitos aislados enterrados o sistemas de pozos de gran tamaño pero relativamente económicos. La pérdida de calor esperada en el estanque aislado de 203.000 m³ de Vojens es de aproximadamente el 8 %. ^[43]

A medida que países europeos como Alemania y Dinamarca alcancen niveles muy elevados (80% y 100% respectivamente para 2050) de energía renovable para todos los usos energéticos, habrá cada vez más períodos 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. ^[53] Este acoplamiento del sector eléctrico con el sector de la calefacción ( Power-to-X ) se considera un factor clave para los sistemas energéticos con altas proporciones de energía renovable. ^[54]

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 hay sistemas con tuberías sobre el suelo. El arranque y apagado del sistema de calefacción urbana, 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 las tuberías se contrarresta parcialmente por las fuerzas de fricción que actúan entre el suelo y la carcasa, y las tensiones de corte se transfieren a través de la unión de espuma de PU. Por lo tanto, el uso de tuberías preaisladas ha simplificado los métodos de tendido, empleando el tendido en frío en lugar de instalaciones de expansión como compensadores o curvas en U, siendo así más rentable. ^[55] Conjunto sándwich de tuberías preaisladas compuesto por una tubería de servicio de calefacción de acero, una capa aislante ( espuma de poliuretano ) y una carcasa de polietileno (PE), que están unidas por el material aislante. ^[56] Si bien el poliuretano posee propiedades mecánicas y térmicas excepcionales, la alta toxicidad de los diisocianatos necesarios para su fabricación ha provocado una restricción en su uso. ^[57] Esto ha desencadenado la investigación sobre espumas aislantes alternativas que se adapten a la aplicación, ^[58] que incluyen tereftalato de polietileno (PET) ^[59] y polibutileno (PB-1). ^[60]

Dentro del sistema se pueden instalar unidades de almacenamiento de calor para compensar las demandas de carga máxima.

El medio común utilizado para la distribución de calor es el agua o el agua sobrecalentada , pero también se utiliza vapor. La ventaja del vapor es que, además de para fines de calefacción, 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 de enfriamiento es vapor de alta temperatura, lo que reduce la generación de energía eléctrica . Los aceites de transferencia de calor generalmente no se utilizan para la calefacción urbana, aunque tienen mayores capacidades térmicas que el agua, ya que son caros y tienen problemas ambientales.

En el caso de los clientes, la red de calefacción suele estar conectada al sistema de calefacción central de las viviendas a través de intercambiadores de calor (subestaciones térmicas): 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. ^[61]

La cantidad de calor que se proporciona a los clientes suele registrarse con un medidor de calor para fomentar el ahorro y maximizar la cantidad de clientes que pueden recibir el servicio, pero estos medidores son caros. Debido al coste de la medición del 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 genera una temperatura de retorno muy baja, lo que aumenta la eficiencia de la generación de energía. ^{[ cita requerida ]}

Muchos sistemas se instalaron en una economía socialista (como en el antiguo Bloque del Este ) que carecía de medidores de calor y de medios para ajustar el suministro de calor a cada apartamento. ^{[62] [63]} Esto generó grandes ineficiencias: los usuarios tenían que simplemente abrir las ventanas cuando hacía demasiado calor, desperdiciando energía y minimizando el número de clientes conectables. ^[64]

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 conectar entre 10 y 50 casas.

Algunos sistemas de calefacción urbana podrían dimensionarse únicamente para satisfacer las necesidades de una pequeña aldea o zona de una ciudad, en cuyo caso solo se necesitarán las tuberías secundarias y terciarias.

Algunos sistemas pueden estar diseñados para atender sólo a un número limitado de viviendas, de aproximadamente 20 a 50 casas, en cuyo caso sólo se necesitan tuberías de tamaño terciario.

La calefacción urbana presenta 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 adicional de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero . ^{[65] 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 calor excedente 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 exige un compromiso financiero a largo plazo que no encaja bien con un enfoque en la rentabilidad de la inversión a corto plazo. Los beneficios para la comunidad incluyen costes energéticos evitados mediante el uso de energía térmica excedente y desperdiciada, y una menor inversión en equipos de calefacción para hogares o edificios individuales. Las redes de calefacción urbana, las centrales de calderas que solo producen 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 los operadores de plantas de cogeneración de calor y electricidad. La calefacción urbana es menos atractiva para las zonas con baja densidad de población, ya que la inversión por hogar es considerablemente mayor. También es menos atractiva en zonas con muchos edificios pequeños, por ejemplo, casas unifamiliares, que en zonas con menos edificios grandes, por ejemplo, bloques de apartamentos, porque cada conexión a una casa unifamiliar es bastante cara.

En muchos casos, los grandes sistemas de cogeneración de calor y electricidad para calefacción urbana son propiedad de una sola entidad. Este era el caso típico en los antiguos países del bloque del Este. Sin embargo, en muchos sistemas, la propiedad de la planta de cogeneración es independiente de la de la parte que utiliza calor.

Ejemplos de ello son Varsovia, donde la propiedad está 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 los trabajadores. De manera similar, todos los grandes sistemas de cogeneración/cogeneración de Dinamarca tienen una propiedad dividida. ^{[ cita requerida ]}

Suecia ofrece un ejemplo alternativo en el que el mercado de la calefacción está desregulado. En este país, lo más habitual 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 en las que cooperan múltiples empresas de servicios públicos. ^{[ cita requerida ]}

En el Reino Unido se han recibido quejas de que las empresas de calefacción urbana tienen un monopolio excesivo y no están suficientemente reguladas, ^[66] un problema del que el sector es consciente y ha tomado medidas para mejorar la experiencia del consumidor mediante el uso de cartas de cliente establecidas por el Heat Trust. Algunos clientes están emprendiendo acciones legales contra el proveedor por tergiversación y prácticas comerciales desleales, alegando que la calefacción urbana no está proporcionando los ahorros prometidos por muchos proveedores de calefacción. ^[67]

Dado que las condiciones varían de una ciudad a otra, cada sistema de calefacción urbana es único. Además, los países tienen un acceso diferente a los principales proveedores de energía y, por lo tanto, tienen un enfoque diferente sobre cómo abordar los mercados de calefacción dentro de sus fronteras.

Desde 1954, Euroheat & Power ha promovido la calefacción urbana en Europa. Han recopilado un análisis de los mercados de calefacción y refrigeración urbanas en Europa dentro de su proyecto Ecoheatcool, apoyado por la Comisión Europea . Un estudio independiente, titulado Heat Roadmap Europe, ha indicado que la calefacción urbana puede reducir el precio de la energía en la Unión Europea entre ahora y 2050. ^[68] El marco legal en los estados miembros de la Unión Europea está influenciado actualmente por la Directiva CHP de la UE .

La UE ha incorporado activamente la cogeneración a su política energética a través de la Directiva sobre cogeneración. En septiembre de 2008, en una audiencia del Intergrupo de Vivienda Urbana del Parlamento Europeo, el Comisario de Energía Andris Piebalgs afirmó que "la seguridad del suministro empieza realmente con la eficiencia energética". ^[69] La eficiencia energética y la cogeneración se reconocen en los párrafos iniciales 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, en las últimas décadas, ha estado dominado por las circunstancias nacionales.

En conjunto, la Unión Europea genera actualmente el 11% de su electricidad mediante cogeneración, lo que supone un ahorro estimado de 35 Mtep al año. ^[70] Sin embargo, existen grandes diferencias entre los Estados miembros, con ahorros energéticos que van del 2% al 60%. Europa cuenta con los tres países con las economías de cogeneración más intensivas del mundo: Dinamarca, los Países Bajos y Finlandia. ^[71]

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 satisfacerse mediante cogeneración. Alemania se fijó el objetivo de duplicar su cogeneración de electricidad del 12,5% de la electricidad del país al 25% para 2020 y ha aprobado una legislación de apoyo en consecuencia en el "Ministerio Federal de Economía y Tecnología", (BMWi), Alemania, 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 del gobierno a partir de cogeneración para 2010. ^[72] Otras medidas del Reino Unido para alentar el crecimiento de la cogeneración son los incentivos financieros, el apoyo a las subvenciones, un marco regulatorio más amplio y el liderazgo y la asociación gubernamentales.

Según el modelo de expansión de la cogeneración para los países del G8 elaborado por la AIE en 2008, la expansión de la cogeneración en Francia, Alemania, Italia y el Reino Unido duplicaría efectivamente el actual ahorro de combustible primario para 2030. Esto aumentaría el ahorro 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 ayuda en sus iniciativas de cogeneración de organizaciones como COGEN Europe , que actúan como centro de información para las actualizaciones más recientes en materia de política energética europea. COGEN es la organización paraguas europea que representa los intereses de la industria de la cogeneración y de los usuarios de la tecnología, y que promueve sus beneficios en la UE y en toda Europa. La asociación cuenta con el respaldo de los principales actores de la industria, entre los que se incluyen compañías de gas y electricidad, ESCO, proveedores de equipos, consultorías, organizaciones nacionales de promoción, empresas financieras y otras empresas de servicios.

Una estrategia energética de la UE de 2016 sugiere un mayor uso de la calefacción urbana. ^[73]

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 gestionada por Wien Energie. En el ejercicio 2004/2005 se vendieron 5.163 GWh en total, de los cuales 1.602 GWh se vendieron a 251.224 viviendas y casas particulares y 3.561 GWh se vendieron a 5.211 grandes clientes. Las tres grandes plantas incineradoras de residuos municipales producen el 22% del total, con 116 GWh de electricidad y 1.220 GWh de calor. El calor residual de las centrales eléctricas municipales y de las grandes plantas industriales supone el 72% del total. El 6% restante se produce con calderas de calefacción de máxima demanda a partir de combustibles fósiles. Desde 2006, una central eléctrica que quema biomasa produce calor.

En el resto de Austria, las plantas de calefacción urbana más nuevas se construyen como plantas de biomasa o como plantas de cogeneración-biomasa, como la calefacción urbana con biomasa de Mödling o la calefacción urbana con biomasa de Baden.

La mayoría de los sistemas de calefacción urbana más antiguos que utilizan combustibles fósiles tienen un acumulador de calefacción urbana, de modo que es posible producir energía térmica para calefacción urbana solo en los momentos en que el precio de la energía eléctrica es alto.

Bélgica cuenta con 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 22 km de longitud. El sistema data de 1958. ^[75]

Bulgaria cuenta con calefacción urbana en una docena de ciudades y pueblos. El sistema más grande se encuentra en la capital, Sofía , donde hay cuatro centrales eléctricas (dos de cogeneración y dos centrales de calderas ) que suministran calor a la mayor parte de la ciudad. El sistema data de 1949. ^[76]

El sistema de calefacción urbana más grande de la República Checa se encuentra en Praga, es propiedad de Pražská teplárenská y está operado por ella. Da servicio a 265.000 hogares y vende unos 13 PJ de calor al año. La mayor parte del calor se produce en realidad como calor residual en una central térmica situada a 30 km de distancia en Mělník . Hay muchos sistemas de calefacción central más pequeños repartidos por todo el país ^[77], que incluyen el uso de calor residual, la incineración de residuos sólidos urbanos y plantas de calor  ^[de] .

En Dinamarca, la calefacción urbana cubre más del 64% de la calefacción de espacios y del calentamiento de agua . ^[78] En 2007, el 80,5% de este calor fue producido por plantas 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. ^[79] En 2013, Dinamarca importó 158.000 toneladas de residuos para incineración. ^[80] La mayoría de las ciudades principales de Dinamarca tienen grandes redes de calefacción urbana, incluidas redes de transmisión que operan con hasta 125 °C y 25 bares de presión y redes de distribución que operan con hasta 95 °C y entre 6 y 10 bares de presión. El sistema de calefacción urbana más grande de Dinamarca está en el área de Copenhague, operado por CTR I/S y VEKS I/S. En el centro de Copenhague, la red CTR sirve a 275.000 hogares (90-95% de la población de la zona) a través de una red de 54 km de tuberías de distribución de calefacción urbana dobles que proporcionan una capacidad máxima de 663 MW, ^[81] parte de la cual se combina con refrigeración urbana . ^[82] El precio al consumidor del calor de CTR es de aproximadamente 49 € por MWh más impuestos (2009). ^[83] Varias ciudades tienen calefacción solar central con varios tipos de almacenamiento de energía térmica.

La isla danesa de Samsø tiene tres plantas que utilizan paja como combustible para producir calefacción urbana. ^[84]

En Finlandia, la calefacción urbana representa aproximadamente el 50% del mercado total de calefacción, ^[85] el 80% del cual se produce mediante plantas de cogeneración. 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 las 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, así como 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 de las calderas de recuperación de las fábricas de pulpa es una fuente importante en las ciudades industriales. En algunas ciudades, la incineración de residuos puede contribuir hasta en un 8% a las necesidades de calor de la calefacción urbana. La disponibilidad es del 99,98% y las interrupciones, cuando ocurren, generalmente reducen las temperaturas solo unos pocos grados.

En Helsinki, un centro de datos subterráneo situado junto al palacio presidencial libera el exceso de calor a las casas vecinas, ^[86] produciendo suficiente calor para calentar aproximadamente 500 casas grandes. ^[87] Está previsto que un cuarto de millón de hogares de los alrededores de Espoo reciban calefacción urbana desde centros de datos. ^[88]

En Alemania, la calefacción urbana tiene una cuota de mercado de alrededor del 14% en el sector de los edificios residenciales. La carga térmica conectada es de unos 52.729 MW. El calor procede principalmente de plantas de cogeneración (83%). Las calderas de solo calor suministran el 16% y el 1% es calor excedente de la industria. Las plantas de cogeneración utilizan gas natural (42%), carbón (39%), lignito (12%) y residuos/otros (7%) como combustible. ^[89]

La mayor red de calefacción urbana se encuentra en Berlín, mientras que la mayor difusión de la calefacción urbana se da en Flensburg, con una cuota de mercado de alrededor del 90%. En Múnich, aproximadamente el 70% de la electricidad producida procede de plantas de calefacción urbana. ^[90]

En Alemania, la calefacción urbana tiene un marco jurídico bastante limitado. No existe ninguna ley al respecto, ya que la mayoría de los elementos de la calefacción urbana están regulados por decretos gubernamentales o regionales. No existe ningún apoyo gubernamental para las redes de calefacción urbana, pero sí una ley para apoyar las plantas de cogeneración. Dado que en la Unión Europea entrará en vigor la Directiva sobre cogeneración, es probable que esta ley necesite algunos ajustes.

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 plantas de energía (centrales térmicas o TPS en particular) que proporcionan calor a la mayoría de las ciudades y pueblos más grandes de la zona y algunos pueblos. La primera instalación pequeña tuvo lugar en Ptolemaida en 1960, ofreciendo calefacción al pueblo Proastio de Eordaea utilizando la TPS de Ptolemaida. Hoy en día, también hay instalaciones de calefacción urbana disponibles en Kozani , Ptolemaida, Amyntaio , Philotas , Serres y Megalopolis utilizando plantas de energía cercanas. En Serres, la planta de energía 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. ^[91] El sistema de calefacción urbana más grande, ubicado en Budapest , es propiedad del municipio de Főtáv Zrt. ("Compañía Metropolitana de Calefacción por Telemática") y proporciona calefacción y agua caliente a 238.000 hogares y 7.000 empresas. ^[92]

El 93% de las viviendas de Islandia cuentan con calefacción urbana, de las cuales el 89,6% proviene de energía geotérmica . Islandia es el país con la mayor penetración de calefacción urbana. ^[93] Existen 117 sistemas de calefacción urbana locales que suministran agua caliente a ciudades y zonas rurales, llegando a casi toda la población. El precio medio es de unos 0,027 dólares por kWh de agua caliente. ^[94]

El sistema de calefacción urbana del área de la capital de Reikiavik atiende a unos 230.000 residentes y tiene una potencia térmica máxima de 830 MW. En 2018, la demanda media anual de calefacción en el área de Reikiavik fue de 473 MW. ^[95] Es el sistema de calefacción urbana más grande de Islandia y lo opera Veitur . El calor se suministra desde las plantas de cogeneración Hellisheiði (200 MWth) y Nesjavellir (300 MWth), así como desde algunos campos de menor temperatura dentro de Reikiavik. La demanda de calefacción ha aumentado de forma constante a medida que ha crecido la población, lo que ha hecho necesaria la ampliación de la producción de agua termal en la planta de cogeneración Hellisheiði. ^[96]

El segundo sistema de calefacción urbana más grande de Islandia se encuentra en la península de Reykjanes , con la planta de cogeneración de Svartsengi que proporciona calefacción a 21.000 hogares, incluidos Keflavik y Grindavik , con una potencia térmica de 150 MW. ^[97]

La instalación de conversión de residuos en energía de Dublín proporcionará calefacción urbana a un máximo de 50.000 hogares en Poolbeg y las zonas circundantes. ^[98] Algunas urbanizaciones residenciales existentes en North Docklands se han construido para su conversión a calefacción urbana (actualmente se utilizan calderas de gas in situ) y se han instalado tuberías en el túnel de servicio de Liffey para conectarlas al incinerador u otras fuentes de calor residual de la zona. ^[99]

Tralee , en el condado de Kerry, cuenta con un sistema de calefacción urbana de 1 MW que proporciona calor a un complejo de apartamentos, viviendas tuteladas para ancianos, una biblioteca y más de 100 casas individuales. El sistema se alimenta con virutas de madera producidas localmente. ^[100]

En la Abadía de Glenstal , en el condado de Limerick, existe un sistema de calefacción de 150 kW basado en un estanque para una escuela. ^[101]

Un plan para utilizar el calor residual de un centro de datos de Amazon Web Services en Tallaght tiene como objetivo calentar 1200 unidades y edificios municipales ^[102]

En Italia, la calefacción urbana se utiliza en algunas ciudades ( Bérgamo , Brescia , Cremona , Bolzano , Verona , Ferrara , Imola , Módena , ^[103] 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 (el 62% de toda la población de la ciudad).

En Letonia, la calefacción urbana se utiliza en las principales ciudades, como Riga , Daugavpils , Liepāja y Jelgava . El primer sistema de calefacción urbana se construyó en Riga en 1952. ^[104] 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 Róterdam , ^{[105] [106]} Ámsterdam , Utrecht , ^[107] y Almere ^[108] y se espera que aumente, ya que el gobierno ha ordenado una transición que suponga la eliminación del gas natural en todos los hogares del país para 2050. ^[109] La ciudad de Heerlen ha desarrollado una red que utiliza agua de 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 solo está disponible en Skopje. Balkan Energy Group (BEG) opera tres plantas de producción de calefacción urbana, que cubren la mayor parte de la red, y suministran calor a alrededor de 60.000 hogares en Skopje, más de 80 edificios en el sector educativo (escuelas y jardines de infancia) y más de 1.000 otros consumidores (en su mayoría comerciales). ^[110] Las tres plantas de producción de BEG utilizan gas natural como fuente de combustible. ^[111] También hay una planta de cogeneración TE-TO AD Skopje que produce calor entregado al sistema de calefacción urbana de Skopje. La proporción de cogeneración en la producción de calefacción urbana fue del 47% en 2017. La distribución y el suministro de calefacción urbana se llevan a cabo por empresas propiedad de BEG. ^[110]

En Noruega, la calefacción urbana sólo representa aproximadamente el 2% de las necesidades energéticas para calefacción, una cifra muy baja 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 eléctrico privado se destina a calentar habitaciones y agua. Sin embargo, hay calefacción urbana en las principales ciudades.

En 2009, el 40% de los hogares polacos utilizaban calefacción urbana, la mayoría de ellos en zonas urbanas. ^[112] La calefacción se obtiene principalmente mediante plantas de cogeneración, la mayoría de las cuales queman carbón duro. El sistema de calefacción urbana más grande se encuentra en Varsovia, propiedad de Veolia Warszawa y operado por ella, y distribuye aproximadamente 34 PJ al año.

El sistema de calefacción urbana más grande de Rumania se encuentra en Bucarest . Es propiedad de RADET y está operado por esta empresa. Distribuye aproximadamente 24 PJ al año y abastece a 570 000 hogares. Esto corresponde al 68 % de las necesidades totales de calefacción doméstica de Bucarest (RADET cubre otro 4 % mediante sistemas de calderas en edificios individuales, lo que suma un total del 72 %).

En la mayoría de las ciudades rusas, las centrales de cogeneración de distrito ( TEC, теплоэлектроцентраль ) producen más del 50% de la electricidad del país y, al mismo tiempo, proporcionan agua caliente a los barrios vecinos. En su mayoría, utilizan turbinas de vapor alimentadas por carbón y gas para la cogeneración de calor. Ahora, 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, especialmente en la capital, Belgrado . La primera planta de calefacción urbana se construyó en 1961 como un medio para proporcionar calefacción eficaz a los suburbios recién construidos de Novi Beograd . Desde entonces, se han construido numerosas plantas para calentar la ciudad en constante crecimiento. Utilizan gas natural como combustible, porque tiene un menor 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, proporcionando calefacción urbana a 240.000 apartamentos y 7.500 edificios de oficinas/comerciales con una superficie total de más de 17.000.000 de metros cuadrados. ^{[ cita requerida ]}

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. ^[113] La infraestructura se construyó principalmente durante los años 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. ^[114]

La producción de calor proviene principalmente de fuentes de gas natural y biomasa, y el 54% del calor en la calefacción urbana se genera mediante cogeneración. ^[113] El sistema de distribución consta de 2800 km de tuberías. El agua tibia y caliente son los portadores de calor más comunes, pero el transporte de vapor a alta presión más antiguo todavía representa alrededor de una cuarta parte de la distribución primaria, lo que genera más pérdidas en el sistema. ^[115]

En cuanto a la estructura del mercado, en 2016 había 338 proveedores de calor autorizados 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 solo municipio, pero también hay algunas grandes empresas como Veolia presentes en el mercado. El Estado posee y opera grandes plantas de cogeneración que producen calor urbano y electricidad en seis ciudades (Bratislava, Košice, Žilina, Trnava, Zvolen y Martin). Varias empresas pueden operar en una ciudad, lo que ocurre en las ciudades más grandes. Una gran parte de la calefacción urbana se produce mediante pequeñas calderas de gas natural conectadas a bloques de edificios. En 2014, casi el 40% de la generación total de calefacción urbana se realizó mediante calderas de gas natural, distintas de la cogeneración. ^[116]

Suecia tiene una larga tradición en el uso de calefacción urbana (fjärrvärme) en áreas urbanas. En 2015, aproximadamente el 60% de las casas de Suecia (privadas y comerciales) se calentaban mediante calefacción urbana, según la asociación sueca de calefacción urbana. ^[117] La ​​ciudad de Växjö redujo sus emisiones de CO2 _provenientes de combustibles fósiles en un 34% entre 1993 y 2009. ^[118] Esto se logró en gran medida mediante calefacción urbana alimentada con biomasa. ^[119] Otro ejemplo es la planta de Enköping , que combina el uso de plantaciones de rotación corta tanto para combustible como para fitorremediación. ^[120]

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% se proporciona mediante bombas de calor, el 10% mediante condensación de gases de combustión y el 6% mediante recuperación de calor residual industrial . El resto son principalmente combustibles fósiles: petróleo (3%), gas natural (3%), turba (2%) y carbón (1%). ^{[121] [122]}

Debido a la ley que prohíbe los vertederos tradicionales , ^[123] los desechos se utilizan comúnmente como combustible.

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En el Reino Unido, la calefacción urbana se hizo popular después de la Segunda Guerra Mundial, pero a una escala restringida, para calentar las grandes urbanizaciones que reemplazaron las viviendas destruidas por los bombardeos . En 2013, había 1.765 sistemas de calefacción urbana, de los cuales 920 se encontraban en Londres solamente. ^[124] En total, alrededor de 210.000 hogares y 1.700 empresas reciben suministro de redes de calefacción en el Reino Unido. ^[125]

La empresa de calefacción urbana Pimlico District Heating Undertaking (PDHU) de Londres empezó a funcionar en 1950 y sigue expandiéndose hasta el día de hoy. La PDHU dependía del calor residual de la central eléctrica de Battersea, ahora en desuso, situada en la orilla sur del río Támesis . Todavía está en funcionamiento; el agua se calienta ahora localmente mediante un nuevo centro de energía que incorpora 3,1  MWe /4,0  MWth de motores de cogeneración a gas y 3 calderas a gas de 8 MW.

Uno de los mayores sistemas 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, entre ellos el Concert Hall , el Nottingham Arena , los baños Victoria, el centro comercial Broadmarsh , el Victoria Centre y otros. La fuente de calor es un incinerador de residuos a energía .

La red de calefacción urbana de Sheffield se creó en 1988 y sigue expandiéndose hoy en día. Ahorra un equivalente a más de 21.000 toneladas de CO2 _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. Entre ellos se 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 de energía del distrito de Southampton se construyó originalmente para utilizar solo energía geotérmica, pero ahora también utiliza el calor de un generador de cogeneración a gas. Suministra calefacción y refrigeración urbana a muchas instalaciones grandes de la ciudad, incluido el centro comercial Westquay , el hotel De Vere Grand Harbour, el Royal South Hants Hospital y varios proyectos de vivienda. En la década de 1980, Southampton comenzó a utilizar calefacción urbana de calor y electricidad combinadas, aprovechando el calor geotérmico "atrapado" en el área. El calor geotérmico proporcionado por el pozo funciona en conjunto con el plan de calor y electricidad combinadas. La energía geotérmica proporciona el 15-20%, el fueloil el 10% y el gas natural el 70% del aporte total de calor para este plan y los generadores de calor y electricidad combinados utilizan combustibles convencionales para generar electricidad. El "calor residual" de este proceso se recupera para su distribución a través de la red eléctrica de 11 km. ^{[8] [126]}

Escocia cuenta con varios sistemas de calefacción urbana. El primero en el Reino Unido se instaló en Aviemore , y luego le siguieron otros en Lochgilphead , Fort William y Forfar. El proyecto de calefacción urbana de Lerwick , en Shetland, es notable porque es uno de los pocos proyectos en los que se añadió un sistema completamente nuevo a una pequeña ciudad que ya existía.

ADE tiene un mapa en línea de las instalaciones de calefacción urbana en el Reino Unido. ^[127] ADE estima que el 54 por ciento de la energía utilizada para producir electricidad se desperdicia en la producción de energía convencional, lo que representa 9.500 millones de libras esterlinas (12.500 millones de dólares estadounidenses) por año. ^[128]

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En América del Norte, los sistemas de calefacción urbana se dividen en dos categorías generales: los que son propiedad de una sola entidad y prestan servicio a sus edificios se consideran sistemas institucionales, mientras que todos los demás pertenecen a 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 en Canadá son:

• Calgary: ENMAX actualmente opera el Centro de Energía del Distrito del Centro de Calgary , que proporciona calefacción a hasta 10.000.000 pies cuadrados (930.000 m2 ⁾ de edificios residenciales y comerciales nuevos y existentes. El Centro de Energía del Distrito comenzó a funcionar en marzo de 2010 y proporciona calefacción a su primer cliente, el edificio municipal de la ciudad de Calgary. ^[129]
• Edmonton : La comunidad de Blatchford , que actualmente se está desarrollando en los terrenos del antiguo aeropuerto del centro de la ciudad de Edmonton , está lanzando un sistema de intercambio de energía de distrito (DESS) en fases. ^[130] Un campo de intercambio geotérmico se puso en funcionamiento en 2019, y la empresa de servicios públicos de energía de Blatchford está en la fase de planificación y diseño de un sistema de intercambio de calor de aguas residuales. ^{[131] [130]}
• Hamilton , Ontario, tiene un sistema de calefacción y refrigeración en el centro de la ciudad, operado por HCE Energy Inc. ^[132]
• Montreal tiene un sistema de calefacción y refrigeración urbano en el centro de la ciudad.
• Toronto :
  • Enwave proporciona calefacción y refrigeración urbanas en el centro de Toronto , incluida la tecnología de enfriamiento de lago profundo, que hace circular agua fría del lago Ontario a través de intercambiadores de calor para proporcionar refrigeración a muchos edificios de la ciudad.
  • Creative Energy está construyendo un sistema de energía distrital de cogeneración para el desarrollo Mirvish Village .
• Surrey : Surrey City Energy, propiedad de la ciudad, proporciona calefacción urbana al distrito del centro de la ciudad . ^[133]
• Vancouver :
  • La planta de Creative Energy en Beatty Street funciona desde 1968 y proporciona una planta de calefacción central para el centro de la ciudad de Vancouver . Además de calentar 180 edificios, la red de distribución de calor central también impulsa un reloj de vapor . Actualmente se están realizando trabajos para cambiar la instalación de gas natural a equipos eléctricos.
  • Un sistema de calefacción urbana a gran escala conocido como Neighbourhood Energy Utility ^[134] en la zona sureste de False Creek está en operaciones iniciales con calderas de gas natural y abastece a la Villa Olímpica de 2010. El sistema de recuperación de calor de aguas residuales sin tratar comenzó a funcionar en enero de 2010, cubriendo el 70% de la demanda energética anual, y se están realizando trabajos de modernización para que la instalación deje de utilizar gas natural.
• Windsor, Ontario, tiene un sistema de calefacción y refrigeración urbano en el centro de la ciudad.
• Drake Landing Solar Community , AB, es pequeña en tamaño (52 casas) pero se destaca por tener el único sistema de calefacción solar central en América del Norte.
• Londres, Ontario y Charlottetown, Isla del Príncipe Eduardo tienen sistemas de cogeneración de calefacción urbana propiedad de Veresen y operados por ella . ^[135]
• Sudbury, Ontario, cuenta con un sistema de cogeneración de calefacción urbana en su centro, así como una planta de cogeneración independiente para el Hospital Regional de Sudbury . Además, Naneff Gardens, una nueva subdivisión residencial cerca de Donnelly Drive en el barrio Garson de la ciudad , cuenta con un sistema de calefacción urbana geotérmica que utiliza tecnología desarrollada por una empresa local, Renewable Resource Recovery Corporation. ^[136]
• Ottawa cuenta con un importante sistema de calefacción y refrigeración urbana que abastece a la gran cantidad de edificios del gobierno federal de la ciudad. El circuito del sistema contiene casi 4000 m3 ⁽ 1 millón de galones estadounidenses) de agua fría o caliente en cualquier momento.
• Cornwall, Ontario opera un sistema de calefacción urbana que abastece a varios edificios y escuelas de la ciudad.
• Markham, Ontario : Markham District Energy opera varios sitios de calefacción urbana:
  • Warden Energy Centre (c. 2000), Clegg Energy Centre y Birchmount Energy Centre prestan servicios a clientes en el área de Markham Centre
  • Bur Oak Energy Centre (c. 2012) al servicio de clientes en el área de Cornell Centre

Muchas universidades canadienses operan plantas de calefacción central en sus campus.

En 2013, existían aproximadamente 2.500 sistemas de calefacción y refrigeración distritales en los Estados Unidos, de una forma u otra, y la mayoría proporcionaba calefacción. ^[137]

• Consolidated Edison of New York (Con Ed) opera el sistema de vapor de la ciudad de Nueva York, el sistema de calefacción de distrito comercial más grande de los Estados Unidos. ^[138] El sistema ha funcionado de forma continua desde el 3 de marzo de 1882 y sirve a la isla de Manhattan desde Battery hasta la calle 96. ^[139] Además de proporcionar calefacción de espacios y agua, el vapor del sistema se utiliza en numerosos restaurantes para la preparación de alimentos, para el calor de proceso en lavanderías y tintorerías, para la esterilización a vapor y para alimentar enfriadores de absorción para aire acondicionado . El 18 de julio de 2007, una persona murió y muchas otras resultaron heridas cuando explotó una tubería de vapor en la calle 41 en Lexington. ^[140] El 19 de agosto de 1989, tres personas murieron en una explosión en Gramercy Park . ^[141]
• Milwaukee , Wisconsin, ha estado utilizando calefacción urbana para su distrito comercial central desde que la Central Eléctrica Valley comenzó a operar en 1968. ^[142] La calidad del aire en las inmediaciones de la planta, se ha medido con niveles de ozono significativamente reducidos. Se espera que la conversión de la planta en 2012, que cambió el combustible de entrada de carbón a gas natural, mejore aún más la calidad del aire tanto en el sensor local César Chávez como en los sensores antárticos ^[143]. Las centrales eléctricas de Wisconsin también funcionan como zonas de reproducción de halcones peregrinos . ^[144]
• El sistema de calefacción de distrito de Denver es el sistema de calefacción de distrito comercial en funcionamiento continuo más antiguo del mundo. Comenzó a funcionar el 5 de noviembre de 1880 y sigue prestando servicio a 135 clientes. ^[145] El sistema está parcialmente alimentado por la central de cogeneración Zuni de Xcel Energy , que se construyó originalmente en 1900. ^[146]
• NRG Energy opera sistemas de distrito en las ciudades de San Francisco, Harrisburg , Minneapolis , Omaha , Pittsburgh y San Diego . ^[147]
• Seattle Steam Company , un sistema de calefacción de distrito operado por Enwave, en Seattle. Enwave también opera sistemas de calefacción de distrito en Chicago , Houston , Las Vegas , Los Ángeles , Nueva Orleans y Portland , además de otras ciudades canadienses. ^[148]
• Detroit Thermal opera un sistema de distrito en Detroit que comenzó a funcionar en la estación Willis Avenue en 1903, originalmente operado por Detroit Edison. ^{[149] [150]}
• Citizens Energy Group en Indianápolis , Indiana , opera la Central Generadora Perry K. , una planta de energía a gas que produce y distribuye vapor a unos 160 clientes del centro de Indianápolis. ^[151]
• Lansing Board of Water & Light , un sistema de servicios públicos municipales en Lansing, Michigan , opera un sistema de agua fría y caliente desde su planta de carbón existente. Han anunciado que su nueva planta de cogeneración de gas natural seguirá brindando este servicio.
• Cleveland Thermal opera un sistema de vapor de distrito (desde 1894) desde la planta de Canal Road cerca de The Flats y un sistema de enfriamiento de distrito (desde 1993) desde la planta de Hamilton Avenue en los acantilados al este del centro de la ciudad.
• Veresen opera plantas de calefacción urbana y cogeneración en Ripon, California , y San Gabriel, California . ^[152]
• Veolia Energy, sucesora de la Boston Heating Company de 1887, ^[153] opera un sistema de distrito de 26 millas (42 km) en Boston y Cambridge, Massachusetts , y también opera sistemas en Filadelfia, Pensilvania, Baltimore, Maryland, Kansas City, Misuri, Tulsa, Oklahoma, Houston, Texas y otras ciudades.
• District Energy St. Paul opera el sistema de calefacción urbana con agua caliente más grande de Norteamérica y genera la mayor parte de su energía a partir de una planta de cogeneración alimentada con biomasa. En marzo de 2011, se integró en el sistema un conjunto de paneles solares térmicos de 1 MWh, que consta de 144 paneles solares de 20' x 8' instalados en el techo de un edificio de clientes, RiverCentre.
• El Departamento de Servicios Generales de California gestiona una planta central que proporciona calefacción urbana a cuatro millones de pies cuadrados en 23 edificios de propiedad estatal, incluido el Capitolio del Estado, utilizando calderas de vapor de alta presión. ^[154]
• La BPU de Jamestown, Nueva York, opera un sistema de calefacción urbana por agua de segunda generación. Se puso en funcionamiento en 1984, funciona desde la planta eléctrica de la BPU y proporciona calor al distrito comercial de Fahrenheit.

Históricamente, la calefacción urbana se utilizaba principalmente en áreas urbanas de los EE. UU., pero en 1985, se utilizaba principalmente en instituciones. ^[155] 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 la infraestructura envejecida y los gastos de capital a sus cierres. ^{[156] [157] [158]} En 2019, Concord reemplazó una serie de tuberías restantes por otras más eficientes para un sistema de vapor más pequeño que calienta solo la Casa Estatal y la Biblioteca Estatal , principalmente debido a razones de preservación histórica en lugar de un plan energético más amplio. ^[159]

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 ; la Universidad Rice ; ^[160] la Universidad Brigham Young ; ^[161] la Universidad de Georgetown ; ^[162] la Universidad de Cornell , ^[163] que también emplea refrigeración por fuentes de agua profunda utilizando las aguas del cercano lago Cayuga ; ^[164] la Universidad de Purdue ; ^[165] la Universidad de Massachusetts Amherst ; ^[166] la Universidad de Maine en Farmington ; ^[167] la Universidad de Notre Dame ; la Universidad Estatal de Michigan ; la Universidad del Este de Michigan ; ^[168] la Universidad Case Western Reserve ; la Universidad Estatal de Iowa ; la Universidad de Delaware ; ^[169] Universidad de Maryland, College Park ^{[ cita requerida ]} , Universidad de Wisconsin-Madison , ^[170] Universidad de Georgia , ^[171] Universidad de Cincinnati , ^[172] Universidad Estatal de Carolina del Norte , ^[173] Universidad de Carolina del Norte Chapel Hill, Universidad de Duke y varios campus de la Universidad de California . ^[174] El MIT instaló un sistema de cogeneración en 1995 que proporciona electricidad, calefacción y refrigeración al 80% de los edificios de su campus. ^[175] La Universidad de New Hampshire tiene una planta de cogeneración que funciona con metano de un vertedero adyacente, lo que proporciona a la universidad el 100% de sus necesidades de calor y energía sin quemar petróleo o gas natural. ^[176] 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 a carbón. ^[177]

En Japón operan 87 empresas de calefacción urbana que prestan servicio a 148 distritos. ^[178]

Muchas empresas operan instalaciones de cogeneración de distrito que proporcionan vapor y/o agua caliente a muchos de los edificios de oficinas. Además, la mayoría de los operadores en el área metropolitana de Tokio ofrecen refrigeración de distrito.

En el sur de China (al sur de la línea Qinling-Huaihe ), casi no hay sistemas de calefacción urbana. En el norte de China, los sistemas de calefacción urbana son comunes. ^{[179] [180]} 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 ^{[181] [182]} y sistemas de bomba de calor marina. ^[183]

En febrero de 2019, la Corporación Estatal de Inversión en Energía de China (SPIC) firmó un acuerdo de cooperación con el gobierno municipal de Baishan en la provincia de Jilin para el Proyecto de Demostración de Calefacción de Energía Nuclear de Baishan, que utilizaría un reactor de calefacción de distrito DHR-400 de la Corporación Nuclear Nacional de China ( 400 MWt). ^{[184] [185]} El costo de construcción es de 1.500 millones de yuanes (230 millones de dólares) y tardará tres años en construirse. ^[186]

La energía geotérmica en Turquía proporciona cierta calefacción urbana, ^[187] y se han mapeado las necesidades de calefacción y refrigeración urbanas residenciales. ^[188]

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La penetración de la calefacción urbana en el mercado de la calefacción varía según el país. La penetración está influida por diferentes factores, entre ellos las condiciones ambientales, la disponibilidad de fuentes de calor, la economía y el marco económico y jurídico. La Comisión Europea tiene como objetivo desarrollar prácticas sostenibles mediante la implementación de tecnología de calefacción y refrigeración urbanas. ^[189]

En el año 2000 el porcentaje de viviendas abastecidas con calefacción urbana en algunos países europeos era el siguiente:

En Islandia, la influencia positiva predominante en la calefacción urbana es la disponibilidad de calor geotérmico de fácil captación. 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 a un clima más templado, junto con la competencia del gas natural. ^{[ cita requerida ]} El impuesto sobre los precios del gas doméstico en el Reino Unido es un tercio del de Francia y una quinta parte del de Alemania.

• Refrigeración urbana
• Calefacción solar central
• Calefacción geotérmica
• Lista de servicios públicos
• Directiva sobre cogeneración
• Sistema de vapor de la ciudad de Nueva York
• Utilidad pública
• Almacenamiento de energía térmica
• Refrigeración por fuentes de agua profunda
• La política energética de la Unión Europea
• Costo de la electricidad por fuente
• Cogeneración
• Desastre de la calefacción urbana de Alchevsk (2006)

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• Portal de información del Reino Unido sobre energía descentralizada y distrital
• Biblioteca de energía del distrito
• Descripción técnica de la calefacción y refrigeración urbanas en el aeropuerto de Múnich (Alemania)
• Calefacción urbana geotérmica, Islandia
• Desafíos futuros para la cogeneración en el Reino Unido y Europa continental, febrero de 2010, por F.Starr
• Max Fordham se opone al uso de la cogeneración para calefacción urbana
• Energy Hub – Proyecto financiado por la UE en el marco del Séptimo Programa Marco – Calefacción, refrigeración y electricidad urbanas con el objetivo de obtener energía 100 % renovable in situ en Lovaina, Bélgica
• Ventajas y desventajas de la calefacción urbana con cogeneración en comparación con la calefacción y la refrigeración de las redes de intercambio de calor.
• Una red energética equilibrada integra bombas de calor, respuesta a la demanda y almacenamiento de calor distribuido en una red de intercambio de calor distrital.
• Unidades de interfaz térmica
• La caja de herramientas Celsius: información sobre soluciones de energía de distrito y transición energética. Archivado el 30 de octubre de 2020 en Wayback Machine.