Empresa Públicas de Medellín (Colombia) ya tiene en funcionamiento el proyecto de Distrito Térmico, el primero de su tipo que se construye en América Latina, con el cual comienza a ofrecer un nuevo servicio: aire acondicionado por demanda.
por José Luis Restrepo Castrillón*
Uno de los objetivos principales que persigue EPM es optimizar la canasta energética de sus clientes a partir de la provisión de Gas Natural como un combustible eficiente, económico y ambientalmente sostenible. A partir de este objetivo, es que toma relevancia el concepto del uso racional y eficiente de la energía [URE], entendiendo éste como el aprovechamiento óptimo de la energía en todos los eslabones de las diferentes cadenas energéticas.
La práctica URE debe realizarse partiendo de la selección de una fuente energética, como el gas natural, optimizando su consumo e incluyendo la utilización de los productos de combustión.
De acuerdo con lo expuesto en la estrategia actual de la Gerencia del Gas de EPM, el nuevo proyecto del Distrito Térmico La Alpujarra en Medellín, impulsará el tema de desarrollo de nuevos productos y servicios que implicaría:
- El conocimiento y el entendimiento de los negocios de los clientes.
- Más allá que proveer el gas natural como nuestro producto básico, se ofrecerá soluciones energéticas que apalanquen la supervivencia y crecimiento de la empresa del cliente
- Establecer relaciones de largo plazo y a todo nivel con nuestros clientes y
- Velar porque el crecimiento productivo siempre este enmarcado dentro de un desarrollo ambientalmente sostenible
¿Qué es un Distrito Térmico?
El Sistema de Distrito Térmico (SDT) es un sistema de distribución urbano que produce vapor, agua caliente y agua helada a partir de una planta central y luego los lleva por tuberías a los edificios del distrito para calentar espacios (calefacción), para suministrar agua caliente doméstica y/o para el acondicionamiento de espacios (aire acondicionado). Así, los edificios individuales no necesitan sus propios calderas u hornos, o equipos de enfriamiento (Chillers), “El Distrito Térmico hace ese trabajo por ellos”.
Lo mejor del SDT es que se ajusta a las necesidades de todos los consumidores de un mismo sitio y que se pueden lograr resultados que un sistema individual usualmente no podría. Por ejemplo, en determinados casos un SDT puede usar una variedad de combustibles convencionales (vg. el gas natural) y no convencionales (vg. la energía solar); adicional por el tamaño de un SDT, su planta puede ser cambiada para usar combustibles renovables como biogás o biomasa, entre otros y no siendo suficiente, también puede utilizar la combinación de calor y potencia como una alternativa para aumentar su eficiencia.
Edificios conectados al SDT tienen costos de capital más bajos en la compra de sus equipos porque no necesitan calderas ni enfriadores,y además, ahorran espacio que puede ser usado en otras necesidades.
Figura 1.
Los dueños y administradores de los edificios que participan en el SDT pueden enfocarse en su razón de ser y no tener que contar con personal experto en el tema pues son los profesionales del Distrito quienes lo están operando continuamente y tienen sistemas de backup disponibles. Muchos de los SDT operan con una confiabilidad de “9 ceros: 99,999%”,según las estadísticas de IDEA (International District Energy Association)
¿Qué es la Combinación de Calor y Potencia (Heat & Power) CHP?
El problema energético no es tanto la escasez de energía, sino la capacidad técnica de su conversión en formas útiles. Las energías deseadas o las que pensamos como fáciles de usar, son escasas o es muy costoso producirlas, como es el caso de la energía eléctrica. Esta, además, no existe en la naturaleza en un modo aprovechable directamente; de ahí la constante necesidad de buscar modos eficientes de realizar la conversión de recursos energéticos naturales -energías primarias- en formas de energía útiles para los procesos propios de la sociedad moderna, buscando la mayor eficiencia en la transformación. El concepto de cogeneración y trigeneración (cogeneración con extensión) precisamente buscan lograr una mayor eficiencia y optimización en la conversión del recurso energético primario a formas útiles de energía.
La cogeneración, también denominada como CHP: combined heat and power –combinación de calor y potencia–, es la producción combinada de energía térmica y energía eléctrica ó mecánica. Este proceso es realizado a partir de la utilización de una sola fuente energética primaria que impulsa un motor o una turbina según el tipo de combustible de origen natural disponible. La energía térmica se produce en forma de calor que se utiliza usualmente en forma de agua caliente o vapor. El ámbito de aplicación de la cogeneración es muy amplio, incluyendo sectores industriales, instalaciones comerciales y de servicios, e incluso residenciales. Dependiendo del diseño y el equipamiento, una planta de cogeneración puede alcanzar eficiencias hasta del 60%, que es casi el doble de la eficiencia de las plantas tradicionales de generación eléctrica.
La trigeneración, también denominada como CHPC: combined heating, cooling and power generation –combinación de calor, enfriamiento y potencia– en esencia es la misma cogeneración con la adición de un proceso de generación de frío. Se define como el proceso de producción de cuatro productos a partir de la fuente primaria:
1. Generación de energía eléctrica o mecánica
2. Generación de vapor
3. Generación de agua caliente
4. Generación de frío (refrigeración, aire acondicionado).
Las posibilidades de los procesos mencionados permiten lograr una gran flexibilidad operativa de acuerdo con las demandas de cada uno de los productos; ello implica la posibilidad de atender muchos tipos de aplicaciones tanto en países con estaciones climáticas o sin ellas.
La eficiencia de un proceso de trigeneración dependiendo del diseño y el equipamiento puede alcanzar eficiencias hasta del 90%.
El proceso de creación de frío se logra al recuperar el calor del proceso básico de cogeneración (CHP) y utilizarlo en un proceso de refrigeración, también denominado como ARP: absortion/ adsortion refrigeration plant –planta de refrigeración por absorción/adhesión–.
Los procesos de refrigeración a partir de calor tienen conexión con el proceso CHP de dos modos básicos:
1. Conexión directa: Uso de los gases de escape y/o del calor obtenido del circuito de refrigeración del motor del proceso de CHP. ·
2. Conexión indirecta: Uso del vapor de baja presión o agua caliente del proceso CHP. Según la aplicación y necesidad de generación de frío se utilizan diferentes tipos de líquidos intercambiadores de calor en el proceso, para lograr los rangos de temperatura de aplicación. Se usa el bromuro de litio para rangos de temperaturas mayores de 5 grados centígrados o el amoníaco para rangos de temperatura comprendidos entre –60 y +5 grados centígrados. Hay disponibles otros tipos de líquidos que están restringidos por motivos ambientales.
Los tamaños de los proyectos son diversos, incluso en algunos países desarrollados han logrado implementar aplicaciones de tamaño relativamente grande en comparación con plantas generadores termoeléctricas de tamaño tradicional.
Distrito Térmico La Alpujarra, Medellín
El proyecto del Distrito Térmico (SDT) La Alpujarra de la ciudad de Medellín es un sistema de refrigeración ubicado en el sector de La Alpujarra, que produce de manera centralizada el frío y lo distribuye a través de agua por tuberías subterráneas. El frío se usará en el acondicionamiento de espacios en los edificios e instalaciones pertenecientes y aledañas al sector del Centro Administrativo La Alpujarra, entre otros: 1. Edificio de la Alcaldía de Medellín, 2. Edificio Concejo Municipal, 3. Edificio de la Gobernación de Antioquia, 4. Edificio de la Asamblea Departamental, 5. Edificio del Área Metropolitana, 6. Edificio de la Dirección de Impuestos y Aduanas Nacionales DIAN y 7. Edificio de UNE (llamado UNE Tribunales)
Figura 2.
Configuración Tecnológica de la Central Térmica – CT
La planta Central donde se da la producción de frío recibe el nombre de Central Térmica (CT). El energético principal o a partir del cual funcionará la CT es el gas natural. La combustión de éste pone en funcionamiento un equipo turbogenerador el cual generará:
1. Energía eléctrica para garantizar el funcionamiento de la CT en general, incluyendo los equipos auxiliares de los enfriadores (bombas, torres de enfriamiento, sistemas de monitoreo y control), además atenderá la demanda de un equipo eléctrico (chiller) productor de hielo el cual soportará la demanda media y pico de los edificios del Distrito.
2. También produce aire caliente como resultado de la combustión del gas natural, el cual servirá para poner en funcionamiento un enfriador (chiller) del tipo de absorción calor indirecto que será el responsable de atender la carga base.Los enfriadores del tipo de absorción son enfriadores con características de funcionamiento muy diferentes a los enfriadores eléctricos, por ejemplo:
- Son silenciosos, no producen ni ruido ni vibración
- Son ambientalmente amigables, no utilizan sustancias refrigerantes que afecten la capa de ozono y
- Funcionan a partir de gas natural o calor indirecto (aire caliente, agua caliente, vapor).
Figura 3.
El agua helada producida en la planta central o "Central Térmica - CT", es distribuida vía tuberías subterráneas a cada uno de los edificios del sector "Distrito", para ser usada en sus sistemas de aire acondicionado precisamente para la climatización de espacios, así que, cada uno de los edificios que componen el Distrito obtendrán por demás los siguientes beneficios:
- Ahorro del espacio dedicado a los equipos electromecánicos de generación de refrigeración; la reducción del espacio utilizado para la instalación puede llegar a un 90% en cada edificio.
- Reducción en la inversión en equipos electromecánicos, mantenimiento y renovación.
- Externalización de la gestión. En general, una gestión unificada permite optimizar los procesos.
- Reducción del personal de mantenimiento.
- Reducción de la gestión administrativa en general.
- Reducción del nivel de vibraciones y de ruidos.
- La red puede adaptarse más rápidamente a nueva normativa o tecnología eficiente.
- Reducción en la ocupación de la subestación de EE.
Beneficios para toda la zona de cobertura del DT:
- Mejora de la “marca de ciudad”.
- Aumento de la calidad y el valor del espacio urbano.
- Equipos eficientes que reducen el impacto ambiental y el consumo del recurso energético.
- Gestión y mantenimiento centralizados que reducen el riesgo sanitario y control de emisiones y, en general, control de impacto ambiental más eficiente.
- Posibilidad de combinar la generación térmica con la eléctrica (cogeneración, trigeneración) para fomentar el desarrollo de proyectos de eficiencia energética.
- Mejora del paisaje urbano, por eliminación de condensadores en fachadas, torres de refrigeración, etc.
- Reducción del efecto de isla térmica urbana. Se entiende por isla térmica urbana el aumento de temperatura dentro de los espacios urbanos asociados a varios factores, como falta de espacios verdes, modificación de las corrientes de aire por la forma de los edificios, calor radiante del asfalto y de las emisiones de los vehículos y, en particular, del calor disipado por los equipos que componen los sistemas de aire acondicionado de cada uno de los edificios.
- Tratamiento más eficiente del ruido y de la seguridad en las centrales generadoras.
- Reducción de los gastos globales (energía, mantenimiento e inversión).
- Se da la posibilidad de utilizar varias fuentes de energía mejorando la autonomía y garantizando la continuidad y confiabilidad del servicio.
- Aumento en la confiabilidad y calidad de la energía térmica suministrada.
* José Luis Restrepo Castrillón es Profesional Proyectos Tecnología y Optimización, de la Unidad Proyectos Tecnología y Optimización EPM. Pueden escribirle al correo electrónico: [email protected]
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