Aquecimento distrital: usando information facilities para aquecer comunidades


Aquecimento distrital: usando information facilities para aquecer comunidades
Warmth Works Power Heart – Tallaght, Irlanda

Se você me acompanhou nos últimos anos (ou assistiu Agora vá construir), você sabe que estou muito interessado no papel que a tecnologia pode desempenhar para ajudar a enfrentar os desafios socioeconômicos e ambientais globais. Em uma viagem recente à Irlanda, tive a oportunidade de visitar Tallaght, uma área crescente no sul de Dublin que recentemente passou por esforços significativos de revitalização. Aqui, líderes comunitários, a agência de energia native e a AWS se uniram para reimaginar a maneira como o calor e a água quente são fornecidos a tudo, desde hospitais e prédios governamentais até um campus universitário e moradias públicas. O programa é chamado de Tallaght District Heating Scheme, uma colaboração entre a Codema (agência de energia de Dublin), o South Dublin County Council, a AWS e a Warmth Works, a primeira concessionária de energia sem fins lucrativos da Irlanda, que administra a rede. Este programa é o primeiro do tipo na Emerald Isle, mas com as últimas estimativas mostrando que o aquecimento distrital pode suprir mais de 87% da demanda de aquecimento de Dublin até 2050, pode ser o primeiro de muitos.

O aquecimento distrital em si não é uma ideia nova. As pessoas encontraram maneiras de produzir e distribuir calor centralmente por milhares de anos, desde os hipocaustos da Roma antiga e os ondols da Coreia até as operações a vapor de Nova York do século XX que aqueciam e resfriavam uma parte significativa da parte baixa de Manhattan (quase 1.500 prédios na cidade ainda obtêm seu calor do vapor). E embora essas soluções já existam há muito tempo, elas nem sempre foram sustentáveis. Muitos desses sistemas de aquecimento dependiam da queima de carvão e outros combustíveis fósseis para produzir calor, o que agora sabemos ser um produtor de emissões significativas e um impulsionador das mudanças climáticas. Mais recentemente, instalações de cogeração, como CopenHill em Copenhague forneceram um modelo para capturar o calor produzido por infraestrutura crítica, como incineração de resíduos, e usá-lo para aquecer a comunidade. O que nos traz de volta a Tallaght, e por que seu novo programa de aquecimento distrital é tão importante para o futuro energético da Irlanda.

Hoje, a Irlanda está em uma transição energética significativa para longe dos combustíveis fósseis, e eles têm uma meta ambiciosa de reduzir suas emissões de gases de efeito estufa em 51% até o last da década. Para chegar lá, os líderes locais estão encontrando novas soluções para velhos problemas. Por exemplo, a Amazon investiu em três parques eólicos irlandeses para fornecer energia limpa à rede elétrica do país. E na área metropolitana de Dublin, há novas oportunidades para explorar fontes de energia renováveis ​​e subutilizadas, incluindo geotérmica profunda e calor residual de processos industriais e municipais (por exemplo, information facilities, instalações de tratamento de resíduos e até cervejarias). A Codema estima que essas fontes inexploradas podem produzir aproximadamente 19 TWh, o que é energia suficiente para aquecer o equivalente a cerca de 1,6 milhão de lares e desempenhar um papel significativo nos esforços de descarbonização da Irlanda.

Como funciona o aquecimento urbano

Aquecimento distrital, em termos simples, é o calor gerado em um native centralizado (por exemplo, água quente) e depois distribuído para a comunidade usando canos isolados, onde o calor é extraído por residências e empresas e, em muitos casos, como em Tallaght, onde o subproduto resfriado é devolvido ao sistema para ser reaquecido.

Os sistemas de aquecimento distrital são uma opção atraente para comunidades que buscam reduzir sua pegada de carbono. Esses sistemas são agnósticos em relação à fonte de energia – eles podem utilizar energia e calor de várias fontes, incluindo renováveis. Essa flexibilidade permite que essas redes se adaptem ao longo do tempo conforme novas tecnologias surgem e as metas climáticas evoluem. Por exemplo, eles podem fazer a transição de biocombustível para capturar calor reciclado da incineração de resíduos. Eles também reduzem a sobrecarga de infraestrutura para residências, eliminando a necessidade de caldeiras e aquecedores de água individuais. A capacidade de escolher e alterar fontes de energia ajuda a proteger esses sistemas do futuro, fornecendo aos municípios e residentes flexibilidade nem sempre possível com outras soluções de aquecimento.

Do ar quente à água morna e ao calor

Os servidores produzem calor. E para funcionar de forma eficiente e proteger esses servidores, os information facilities geralmente são resfriados com unidades de tratamento de ar enormes. No entanto, se olharmos para o subproduto da execução de servidores como uma oportunidade, vemos como o calor pode ser usado de forma positiva. Em nosso information heart em Tallaght, o ar quente dos servidores é capturado por um trocador de calor na unidade de tratamento de ar, o que aumenta a temperatura da água que corre pelo edifício para aproximadamente 23-28° Celsius (que é 73-82° Fahrenheit para meus leitores americanos) antes de ser bombeado para o centro de energia da Warmth Works por meio de tubos isolados. O sistema pega essa água morna e a passa pela primeira das duas bombas de calor, onde é condensada até que a temperatura seja de aproximadamente 45° C (113° F). A água quente então passa por uma segunda bomba de calor, onde a temperatura da água é aumentada novamente para entre 70° – 85° C (158 – 185° F) dependendo da estação. Neste ponto, a água quente sai da central de energia em tubos isolados e fica disponível para os clientes conectados ao sistema de aquecimento.

Visão abstrata de como o calor se move através do esquema de aquecimento distrital de Tallaght
Esta é uma visão abstrata de como o calor se transfer através do sistema de aquecimento urbano

Onde uma casa típica pode fazer uso de aquecedores de água individuais ou caldeiras, em um sistema de aquecimento distrital, eles são substituídos por unidades de interface de calor, que transferem água quente do sistema para um edifício ou casa sob demanda. Eles também operam como um quebra-pressão, garantindo que não haja refluxo.

À medida que o calor é consumido por casas e empresas, a água que perdeu calor durante a transferência de energia é devolvida ao centro de energia Warmth Work. Em seguida, ela passa por uma bomba para ser resfriada ainda mais a ~15°C (59°F), antes de seguir para o information heart da AWS, onde o processo de aquecimento começa novamente.

Observabilidade

O monitoramento desempenha um papel essential em qualquer sistema de escala significativa, seja um information heart, um aplicativo distribuído ou um programa de aquecimento distrital. Ele permite o design com tolerância a falhas em mente – sabendo que as coisas falharão em algum momento, mas fornece a capacidade de identificar rapidamente os problemas e manter as operações quando os componentes falham. O Tallaght District Heating Scheme é monitorado 24 horas por dia, 7 dias por semana pela Warmth Works. A qualquer momento, eles podem ver a temperatura da água e do ar, pressão, vazão, geração de energia em cada bomba de calor – eles podem até detectar vazamentos no sistema com precisão de alguns metros. Esta última parte é muito importante, quando você considera que, no passado, as equipes de reparo costumavam confiar em indicadores visuais, como vapor, para identificar um vazamento (o que é bem difícil nos meses mais quentes).

Painel da Heat Works para monitoramento do sistema
Esta é uma visão do painel que a Warmth Works usa para observar o Tallaght District Heating Scheme

Se você precisa de um exemplo de quão importantes são os projetos de monitoramento e modernização da rede, não procure além do Reino Unido, onde eles estão perdendo 3 bilhões de litros de água por diaporque os hidrofones projetados para tubos de metallic têm dificuldade em detectar vazamentos nos tubos de plástico mais novos do sistema.

O que vem depois?

Hoje, a colaboração entre a AWS e a Warmth Works está fornecendo a Tallaght 3 MW de energia do information heart native que antes viria de gás ou combustível fóssil. Isso é o suficiente para aquecer cerca de 43.000 m2 de edifícios públicos, incluindo a universidade native, biblioteca e centro de inovação, e reduziu as emissões de carbono na área em quase 1.500 toneladas métricas por ano (essa é a massa de cerca de 7,5 baleias azuis adultas ou 730 carros de tamanho médio). Nos próximos dois anos, há planos para dobrar a geração de energia e expandir o programa para edifícios residenciais e outras infraestruturas críticas na comunidade.

O Tallaght District Heating Scheme demonstra o imenso potencial para sistemas de energia comunitária sustentáveis ​​na Irlanda. E é um excelente exemplo de como agências governamentais, fornecedores de energia e indústrias dentro do país podem colaborar em projetos de larga escala que não só trabalham em direção a metas de descarbonização, mas podem ajudar a revitalizar comunidades e garantir que elas tenham acesso confiável a energia e calor.

E tão importante quanto o programa de aquecimento distrital em si, é a transformação em andamento em Tallaght. Eles acolheram indústrias como a computação em nuvem, estão investindo em seus jovens com programas educacionais que vão do ensino elementary até a universidade, e o hospital native adotou o aprendizado de máquina e outras tecnologias de nuvem para melhorar os resultados para os pacientes em sua comunidade. Como os muitos componentes da rede que fornece aquecimento, este modelo de colaboração entre setores mostra que quando todos desempenham seu papel, todos se beneficiam. Dar e receber, entrada e saída. Em um mundo que busca equilibrar a sustentabilidade com a conectividade e o consumo, Tallaght é um modelo de como a indústria e as comunidades podem se unir para alcançar resultados surpreendentes. É um modelo que espero ver amplamente adotado nos próximos anos.

Agora, vá construir!

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