Calderas avanzadas de electrodos se están instalando para reemplazar equipos obsoletos e ineficientes de combustión en aplicaciones de calefacción distrital, como parte de un esfuerzo más amplio para cumplir con los ambiciosos objetivos de descarbonización de la Agencia Internacional de Energía
Por ACME Boíles / Fotos: cortesía ACME Boilers
La calefacción distrital, que consiste en la generación de calor en una ubicación central y su distribución a residencias, negocios e industrias locales con mayor economía de escala que los sistemas de calefacción individuales, juega un papel importante en la transición hacia la energía limpia en la lucha contra el cambio climático.
Sin embargo, el desafío es que la calefacción distrital, utilizada para proporcionar agua caliente y calefacción dentro de los edificios a través de un sistema de tuberías aisladas, debe cambiar pronto de la quema de combustibles fósiles a formas de energía más limpias.
“Las redes de calefacción distrital ofrecen un gran potencial para el uso eficiente, rentable y flexible de energía de baja emisión de carbono a gran escala. Sin embargo, el potencial de descarbonización de la calefacción distrital está en gran parte sin explotar, ya que el 90% del calor suministrado en las redes distritales se produce a partir de combustibles fósiles”, según la Agencia Internacional de Energía (AIE), organización intergubernamental autónoma con sede en París, que proporciona recomendaciones políticas, análisis y datos sobre el sector energético global. Los 31 países miembros y 13 países asociados de la AIE representan el 75% de la demanda energética mundial.
Alinearse con el Escenario de Emisiones Netas Cero para 2050 de la AIE requiere un esfuerzo significativo para mejorar rápidamente la eficiencia energética de las redes existentes, cambiar a calor renovable, integrar fuentes de calor secundarias y desarrollar nueva infraestructura de alta eficiencia.
Afortunadamente, la innovación en forma de las últimas calderas de electrodos inmersos de alta tensión o calderas tipo jet hace que la calefacción distrital sea mucho más ecológica, especialmente cuando la electricidad proviene de fuentes renovables, como la solar, eólica e hidroeléctrica.
Municipios y empresas que dependen de la calefacción distrital ya están cambiando de equipos, a menudo ineficientes y obsoletos, que producen emisiones de carbono excesivas, a favor de calderas de electrodos económicas, que pueden rivalizar rápida y flexiblemente con la producción de grandes calderas de gas o combustible en un espacio mucho más reducido.
Las calderas avanzadas de electrodos no tienen un nivel mínimo de operación para estar disponibles de inmediato y ofrecen tiempos de arranque y paro mucho más rápidos, al tiempo que se mantienen de manera segura y sencilla.
La eficacia de los electrodos
Los sistemas de calefacción distrital ofrecen un potencial sustancial para mejorar la eficiencia energética, reducir las emisiones de gases de efecto invernadero e integrar fuentes de calor renovables y residuales, particularmente en los centros urbanos.
En este esfuerzo, un número creciente de plantas de calefacción distrital están recurriendo a calderas de electrodos de alta tensión paraabsorber el exceso de producción de energía, proporcionar rápidamente servicios de red y equilibrar las fluctuaciones de manera rentable.
Un número creciente de municipios también está instalando nuevas calderas de electrodos de alta tensión, compactas, económicas y sin emisiones, ya sea en nuevas instalaciones o mediante la modernización de las existentes. Las actualizaciones a menudo implican la modernización o el reemplazo de calderas (la fuente de calor) por alternativas eléctricas más limpias y eficientes, junto con la red de distribución de calor (tuberías / estaciones intercambiadoras de calor).
Las calderas de electrodos utilizan las propiedades conductivas y resistivas del agua para conducir corriente eléctrica y generar vapor con gran capacidad de respuesta y eficiencia.
“Una corriente alterna fluye desde un electrodo de una fase a tierra, utilizando el agua como conductor. Dado que los químicos en el agua proporcionan conductividad, el flujo de corriente genera calor directamente en el agua misma. Cuanta más corriente (amperes) fluya, más calor (BTU) se genera y más vapor se produce para su uso en la calefacción distrital”, explica Robert Presser, vicepresidente de Acme Engineering, fabricante de calderas industriales y comerciales con operaciones en EUA, Canadá y Europa.
Al suministrar calefacción distrital, las calderas de electrodos son mucho más receptivas y flexibles que las unidades de combustibles fósiles.
“Con las calderas de electrodos, la entrada y el ajuste de energía son muy precisos y prácticamente inmediatos. En contraste, aumentar o disminuir la temperatura en una caldera de gas es un proceso más lento, porque se necesita tiempo para que el calor en la caldera aumente o disminuya antes de alcanzar la salida deseada”, señala Presser.
Las calderas avanzadas de electrodos de vapor de alta tensión, como las CEJS de Acme, también tienen una relación de modulación del 100%, la relación entre la salida máxima y mínima de una caldera. La mayoría de las calderas de gas tienen una relación de 10:1 o 5:1, lo que significa que las unidades tardan un tiempo significativo en alcanzar su capacidad total. Las calderas de electrodos inmersos de agua caliente y vapor CEJW y CEJS tienen un nivel mínimo de salida de entre 7 y 8% de la capacidad nominal, todavía mucho mejor que una caldera de gas moderna.
“Con una relación de modulación del 100%, puedes dejar la caldera en espera a baja presión y llevarla a plena capacidad en unos 90 segundos, según sea necesario, algo que ningún otro tipo de caldera puede lograr hoy en día”, dice Presser.
“Las comunidades y las empresas que utilizan calefacción distrital también aprecian la naturaleza ecológica de las calderas de electrodos. Sin combustión, estas calderas son limpias y libres de emisiones. El diseño también elimina muchos problemas ambientales asociados con las calderas de combustión, como los humos de combustible, las cenizas volantes y las grandes y voluminosas chimeneas de escape”, añade.
Además de ello, la eficiencia energética de la tecnología de calderas de electrodos es una de sus características más notables. “Para la calefacción distrital, la capacidad de generación de energía a calor extraordinariamente eficiente de las calderas de electrodos, en la que casi el 100% de la energía eléctrica se convierte en calor, sin pérdidas de apilamiento o transferencia de calor, combinada con la capacidad de usar y equilibrar la energía renovable intermitente, hace que la tecnología sea crucial hoy en día”, sostiene el vicepresidente de Acme Engineering.
Como ejemplo de eficiencia energética y de diseño, la caldera de vapor de electrodos CEJS de Acme produce cantidades máximas de vapor en un espacio mínimo, con una capacidad de caldera de 6 a 68 MW. La caldera de electrodos opera a voltajes de distribución existentes, de 4.16 a 25 kV y es hasta un 99.9% eficiente en la conversión de energía en calor.
La caldera puede producir vapor en capacidades de hasta 270 mil libras por hora, con presiones nominales de 75 a 500 PSIG. Todas las calderas CEJS están diseñadas según el Código ASME o la Directiva de Recipientes a Presión de la UE y son recipientes a presión certificados y registrados. Los estándares eléctricos cumplen con los requisitos CSA, UL o CE.
Según Presser, hay razones adicionales para que los municipios y las empresas utilicen calderas de electrodos de tipo jet de alta tensión para la calefacción distrital. “Las calderas de electrodos pueden igualar la salida de calefacción de las calderas de combustión de combustible mientras convierten casi toda la energía en calor. Las calderas de electrodos también son mucho más pequeñas que las calderas de combustión, por lo que son más fáciles de usar en estructuras más pequeñas”.
Para los propietarios residenciales o comerciales, las calderas de electrodos también reducen los costos de instalación, operación y mantenimiento. Las calderas de gas requieren líneas de combustible, equipo de almacenamiento y manejo; economizadores y equipos de control de emisiones. Las calderas avanzadas de electrodos de tipo jet tienen un número mínimo de componentes y controles eléctricos, con menos piezas. Bajo operación normal, la ausencia de temperaturas excesivas y el desgaste de electrodos también asegura una larga vida útil.
Además, las unidades reducen aún más los costos operativos con controles automáticos que reducen la necesidad de personal operativo.
Los tipos más avanzados de estas calderas, como las CEJS o CEJW de Acme, también ofrecen mayor seguridad que los modelos tradicionales de combustión. “Con las calderas de electrodos, no hay riesgos de combustión porque no hay llamas, humos, líneas de combustible ni tanques de almacenamiento. No hay problemas con la acumulación de calor o el desgaste de los electrodos, incluso si ocurre la formación de sarro, y se elimina el choque térmico. Además, no hay peligro de bajo flujo de agua, ya que la corriente no puede fluir sin agua”, explica Presser.
A diferencia de las calderas de combustión, las calderas eléctricas requieren mantenimiento mínimo, ya que no tienen quemador, no queman material, no crean hollín, no tienen chimenea y no tienen partes mecánicas que se desgasten. Con menos piezas que las unidades más complejas de combustión, las calderas eléctricas también son más compactas y más fáciles de instalar que los sistemas convencionales.
Finalmente, las unidades eléctricas son excepcionalmente silenciosas en comparación con las calderas de combustibles. A diferencia de los quemadores a gas que funcionan casi continuamente como motores de turbina, las calderas eléctricas mantienen bajos los niveles de ruido.
Con todas las ventajas de las calderas de electrodos de tipo jet de alta capacidad, además de su valor en el equilibrio del uso de energía renovable intermitente en la red eléctrica, es evidente por qué un número creciente de comunidades y empresas las están seleccionando para la calefacción distrital.
A medida que los efectos del cambio climático se vuelven más severos, la urgencia de cambiar a energía limpia y descarbonizar el sector energético aumentará en todo el mundo. En este esfuerzo, la calefacción distrital combinada con calderas de electrodos será una parte vital de la solución, ya que los países miembros se esfuerzan por cumplir con los objetivos de descarbonización de la AIE.
