- Manhattan ha suministrado vapor de producción centralizada desde 1882 a través de una red de tuberías de 105 millas, y aún hoy sostiene la calefacción, el agua caliente y usos industriales de más de 1,500 grandes edificios y 500 millones de pies cuadrados de espacio
- Esta red creció para reducir las calderas individuales y la logística del carbón en una ciudad cada vez más vertical, y tuvo como punto de partida los experimentos de calefacción distrital de Birdsill Holly y la comercialización de 1882 por parte de New York Steam Company
- Actualmente, el sistema de ConEd opera con instalaciones de producción en cuatro puntos de Manhattan y uno en Queens, además de compras de la planta de 322 MW de Brooklyn, con una capacidad de vapor de aproximadamente 11.5 millones de libras por hora
- El vapor es difícil de mantener por su alta temperatura y presión, el manejo del condensado y el riesgo de golpe de ariete, pero tiene la ventaja de desplazarse sin bombas y de poder usarse directamente en procesos industriales
- La calefacción distrital moderna se está moviendo en general hacia sistemas basados en agua caliente, y la viabilidad de su adopción depende de la alta densidad de demanda térmica, la gran inversión inicial y la existencia de apoyo normativo
El papel actual de la red de vapor de Manhattan
- Manhattan ha suministrado vapor a edificios residenciales y comerciales desde 1882
- El vapor se usa en múltiples funciones urbanas, más allá de la simple calefacción
- Planchado de ropa de cama en The Waldorf Astoria
- Lavado de vajilla y calentamiento de alimentos en restaurantes
- Lavado de ropa en lavanderías
- Esterilización de equipo médico en NewYork-Presbyterian Hospital
- Control de humedad y temperatura alrededor de las obras en el Metropolitan Museum of Art
- Calefacción de espacios y agua caliente en departamentos y edificios emblemáticos
- Este sistema funciona con un esquema de producción centralizada, medición y suministro por tuberías, como la electricidad, el drenaje y el agua potable
- Actualmente, a través de una red de 105 millas de tuberías, sostiene más de 1,500 edificios, 500 millones de pies cuadrados de bienes raíces en Manhattan y la base de vida de 3 millones de personas
Los problemas de calefacción antes de la calefacción central
- La calefacción representa aproximadamente la mitad del consumo final de energía en el mundo
- Antes de la calefacción central moderna, predominaban las chimeneas y estufas, que quemaban combustibles como madera, carbón, cultivos sobrantes y estiércol
- Las chimeneas tradicionales eran muy ineficientes: para la combustión aspiraban 300 pies cúbicos de aire por minuto y enviaban hasta el 85% del calor generado por la chimenea hacia el conducto de humos
- Taladrar, transportar y partir leña podía requerir hasta dos meses de trabajo al año por persona
- Los combustibles sólidos también aumentaban la contaminación interior y exterior
- Un estudio calculó que una chimenea emite 58 mg de PM2.5 por cada kg de leña
- Se estimó que pasar una hora en una habitación con una chimenea de leña encendida reduce la esperanza de vida en unos 18 minutos, equivalente a fumar 1.5 cigarrillos
El desarrollo de la calefacción central y los radiadores
- James Watt sentó las bases de la calefacción central a finales del siglo XVIII al conectar una caldera central con tuberías en su casa
- William Strutt calentó aire frío con carbón y luego lo distribuyó a una vivienda mediante ductos en 1805
- Hacia 1863, el radiador adquirió una forma importante en la calefacción doméstica moderna
- Hacía circular vapor dentro de tuberías plegadas para lograr una gran superficie en un espacio pequeño
- Transfería calor a la habitación por convección y radiación
- Se podían instalar válvulas en cada radiador individual para controlar cada habitación
- Los radiadores mejoraron la distribución interna del calor en los edificios, pero todavía requerían una caldera por edificio
- Las calderas in situ en edificios grandes implicaban altos costos de espacio y operación debido al cuarto de calderas, el almacenamiento de carbón, las tuberías y el mantenimiento por personal especializado
La logística del carbón y la contaminación urbana
- Calentar el Empire State Building con carbón requería más de 45 toneladas al día, aproximadamente el equivalente a dos contenedores de carbón
- La central eléctrica Pearl Street de Thomas Edison también usaba más de 20 toneladas de carbón por día cuando abrió en 1882
- El alza del precio del suelo en Manhattan agravó el problema del espacio para almacenar y manipular carbón
- Desde la década de 1790 hasta la de 1880, los principales precios del suelo aumentaron 10 veces
- Pasaron de 400 dólares por acre en 1825 a más de 1 millón de dólares por acre a finales del siglo XIX, equivalente a más de 30 millones de dólares actuales
- Los tipos de carbón también limitaban las condiciones de operación
- El antracita tenía un contenido de carbono de 92% a 98%, ardía con más calor y limpieza, pero era difícil de encender
- El carbón bituminoso tenía un contenido de carbono de 45% a 86%, ardía con menos calor y contaminaba más
- Las ciudades de Estados Unidos comenzaron a regular el hollín y el humo desde la década de 1880, pero esas regulaciones a menudo se ignoraban
- Cuando una huelga en 1902 elevó el precio de la antracita, algunas plantas de New York City cambiaron a carbón bituminoso, y el humo cubrió la ciudad, aumentando la inquietud de los residentes
El crecimiento vertical de Manhattan y la demanda de calefacción
- Entre 1850 y 1900, la población de Manhattan aumentó de 515 mil a 1.8 millones de personas
- La densidad de población en algunas zonas alcanzó las 632 mil personas por milla cuadrada, 10 veces más que en la actualidad
- El hacinamiento generó problemas morales y de salud pública, y la regulación de los barrios marginales agravó aún más la falta de espacio en Manhattan
- Los ferrocarriles elevados como la Ninth Avenue Line, inaugurada en 1878, ampliaron el tamaño efectivo de la ciudad, pero la tarifa no era lo bastante barata para que los trabajadores de bajos ingresos viajaran regularmente al trabajo
- Para que Manhattan siguiera creciendo, hacía falta construir hacia arriba
- Los edificios altos fueron posibles gracias a dos innovaciones
- El ascensor de seguridad de Elisha Otis de 1852 redujo el miedo a subir a grandes alturas al activar un freno de seguridad si se rompía el cable
- Los avances en la producción de acero, incluido el proceso Bessemer, permitieron fabricar de forma económica estructuras de acero con una relación resistencia-peso 10 veces mayor
- La altura de los edificios en New York aumentó rápidamente
- En 1890, el edificio más alto tenía 18 pisos
- En 1899, el Park Row Building tenía 31 pisos
- En 1908, el Singer Building tenía 41 pisos
- El crecimiento vertical creó más espacio residencial y comercial, pero ese espacio también necesitaba calefacción, electricidad y suministro de agua
Birdsill Holly y el inicio de la calefacción distrital
- New York respondió a este problema con la invención de Birdsill Holly: la calefacción distrital
- Holly abordó el riesgo de incendios urbanos y los problemas de abastecimiento de agua, y en 1856 creó un dispositivo que se convertiría en el precursor de la bomba de vapor contra incendios
- Su ‘Holly System of Direct Water Supply and Fire Protection for Cities, Towns and Villages’ suministraba agua a presión de forma continua a viviendas e hidrantes, reduciendo la necesidad de depósitos y tuberías verticales
- 23 ciudades imitaron este sistema, y posteriormente la U.S. Supreme Court ordenó pagar indemnizaciones a Holly
- Con base en su experiencia con bombas de vapor, tuberías y densidad urbana, Holly concibió la calefacción distrital por vapor
- Consistía en calentar varios edificios con una sola caldera para centralizar el riesgo de incendio y la logística de la calefacción
- Al principio usó tuberías de 1.5 pulgadas y luego se expandió a tuberías de 3 pulgadas dentro de zanjas de madera aisladas con asbesto
- Enviaba vapor desde una caldera en el sótano de 31 Chestnut Street hacia las casas vecinas
- En 1877 comenzó la primera prueba práctica a escala distrital
- Hicieron falta nuevos dispositivos como válvulas, reguladores de presión, trampas de vapor, soportes para expansión térmica y medidores
- Para el invierno ya se habían inscrito 20 hogares
- La red estaba compuesta por 3 millas de tuberías, 3 calderas y una presión de 25 a 30 psi
- Tras el éxito de la prueba, se fundó Holly Steam Combination Company y Holly patentó más de 50 inventos
- Para 1882 ya operaban al menos 20 sistemas de vapor Holly, y el sistema de Denver sigue en funcionamiento desde 1880
El crecimiento de la New York Steam Company
- En Manhattan ya existían servicios urbanos como las tuberías de suministro de agua del río Croton en la década de 1830 y las líneas principales de gas en la década de 1850
- Wallace Andrews y Charles E. Emery vieron el diseño de Holly y decidieron implementar un sistema de vapor en la ciudad de Nueva York
- Andrews impulsó el financiamiento y los permisos del concejo municipal, y las obras de cableado eléctrico de Edison también influyeron en el entorno de permisos para excavar las calles
- En su primer año de operación, en 1882, New York Steam obtuvo ingresos brutos por 200 mil dólares, equivalentes a unos 6 millones de dólares ajustados por inflación
- La estación inicial de vapor se construyó en 172–176 Greenwich St, donde hoy se encuentra el sitio del memorial del World Trade Center
- Se instalaron 64 calderas de 250 caballos de fuerza distribuidas en cuatro pisos
- El carbón se subía a los niveles superiores y se alimentaba a las calderas por medio de conductos, mientras que la ceniza caía al sótano del mismo modo
- En 1884 ya había 5 millas de tuberías en funcionamiento, con suministro de vapor a 250 clientes desde Battery hasta Murray St, cerca del actual Civic Center, y la operación ya era rentable
- El sistema central también ofrecía ventajas en planeación urbana y salud pública
- New York Steam Corporation estimó que el sistema central reemplazó 1.2 millones de toneladas de carbón y el humo de más de 2,500 chimeneas
- Se calculó que manejar ese volumen de carbón y ceniza habría requerido el equivalente a 700 camiones de 5 toneladas al día durante 300 días
- A medida que más edificios nuevos se conectaban a la red, el costo de tender tuberías y mover carbón se distribuía entre más tarifas de clientes, lo que mejoraba la eficiencia del sistema
- Entre los primeros clientes había muchos edificios de oficinas, como First National Bank, además de restaurantes, generadores, lavanderías y baños públicos
- La mayoría de los rascacielos Art Deco de las décadas de 1920 y 1930 recibían suministro de New York Steam Company
- Standard Oil Building
- Ritz Tower Building
- New York Life Insurance Company
- Paramount Building
- Chrysler Building
- Waldorf-Astoria
- Rockefeller Center
- Empire State
- En 1931 la ganancia anual llegó a 2 millones de dólares, y en 1932 se convirtió en el mayor sistema de calefacción distrital del mundo, con 65 millas de tuberías y más de 2,500 edificios
El sistema moderno de vapor operado por ConEd
- Actualmente la red es propiedad de Consolidated Edison, es decir, ConEd
- Las instalaciones de producción están en cuatro puntos de Manhattan y uno de Queens, y también compran vapor adicional de una planta de 322 MW en Brooklyn
- La instalación más grande, en 14th Street junto al East River, ocupa la mayor parte de una manzana de la ciudad
- 12 grandes calderas calientan agua a unos 177 °C
- Luego la inyectan en la red a 150 psi, alrededor de 10 atmósferas
- La capacidad total de los seis sitios de calderas es de aproximadamente 11.5 millones de libras de vapor por hora
- En los picos de demanda se usan más de 9 millones de libras por hora
- En invierno, el consumo de agua se acerca al equivalente de casi dos albercas olímpicas por hora
- Normalmente el vapor sale por tuberías principales grandes de 2 a 3 pies de diámetro y luego se distribuye por una red secundaria de 105 millas
Cómo funcionan las tuberías subterráneas y la conexión a los edificios
- Las tuberías antiguas son de hierro fundido, y en algunos casos aún conservan el aislamiento de asbesto usado por Emery, lo que causa problemas de mantenimiento y cuando aparecen grietas
- En la última gran rotura, en 2023, la ciudad de Nueva York cerró siete cuadras y limpió los edificios y calles cercanas
- Las tuberías nuevas se fabrican con aleación de acero al carbono, normalmente se envuelven con aislamiento de lana mineral y se colocan dentro de ductos prefabricados de concreto
- Esto reduce la pérdida de calor
- Y también disminuye el impacto sobre tuberías y cables cercanos
- La mayoría de las tuberías están enterradas a una profundidad de 4 a 15 pies, más abajo que otros servicios públicos
- La tubería principal más profunda está debajo del Park Avenue Tunnel, 30 pies por debajo de los trenes que van entre el Bronx y Grand Central
- Cuando un edificio nuevo se conecta a la red, se instalan una válvula de servicio y tuberías, y la presión del vapor que entra al sótano se reduce a unos 125 psi
- Después, la mayoría de los edificios envían el vapor, tras pasar por medidores y equipos de reducción de presión, a intercambiadores de calor que lo distribuyen a departamentos y habitaciones individuales
Medición, tarifas y efecto de la densidad
- ConEd usa principalmente medidores de placa de orificio para calcular los cargos a clientes
- Se coloca verticalmente una placa metálica delgada con un orificio mecanizado con precisión dentro de la tubería
- Los sensores miden la caída de presión que se produce cuando el vapor pasa por el orificio para calcular el caudal
- El vapor se cobra por megapound, una unidad de un millón de libras
- Todas las conexiones de edificios de departamentos pagan una tarifa fija mensual de servicio de 3,555.43 dólares al momento de redactarse esto
- El cargo por uso va desde 11.35 dólares por megapound en verano hasta 35.013 dólares en temporada pico
- Los ejemplos basados en datos del NYC Department of Buildings muestran el efecto de la densidad en la tarifa
- El edificio residencial de 70 unidades en Midtown, en 201 East 62nd Street, consumió 5,962 megapound en 2021, con un costo de unos 16,741.23 dólares al mes, o 239.16 dólares mensuales por unidad
- Lincoln Towers, con 454 unidades, pagó al menos 47,370.80 dólares al mes por 19,483 megapound, o 104.34 dólares mensuales por unidad
- La estructura tarifaria favorece fuertemente a los edificios de alta densidad
Control de presión y el problema del condensado
- Uno de los grandes retos del mantenimiento de la red de vapor es la gestión de la presión, que cambia a medida que el vapor se desplaza y sale hacia los edificios
- Los ingenieros controlan con precisión la presión de entrada de cada cliente mediante válvulas a ambos lados de la válvula de servicio, y monitorean el uso del sistema con sensores
- Si la presión sube demasiado, se abren válvulas para liberar vapor a través de rejillas
- Si la presión permanece demasiado alta durante mucho tiempo, ConEd apaga algunas calderas
- Si la presión baja demasiado, encienden nuevas calderas o cierran válvulas en otros puntos para aumentar el suministro
- Gran parte de este mecanismo de retroalimentación está automatizado, y los sensores electrónicos junto con válvulas de alta precisión mejoran la eficiencia del sistema
- Actualmente, la eficiencia de extremo a extremo del sistema es de 60% {p:60}
- Cuando el vapor se enfría, se forman gotas de agua llamadas condensado (condensate), que se acumulan en los puntos bajos de las tuberías
- El condensado absorbe oxígeno y dióxido de carbono, por lo que se vuelve muy corrosivo
- En tramos antiguos donde es difícil acceder a la infraestructura subterránea, reparar la corrosión puede ser caro y peligroso
- En invierno, el condensado puede congelarse y causar obstrucciones y roturas
Golpe de ariete y la explosión de 2007
- La falla más dramática es el golpe de ariete (waterhammer)
- El condensado puede formar una masa de agua que llena toda la sección transversal de la tubería
- Cuando esa masa de agua se encuentra con vapor de alta presión, puede ser empujada por la tubería y acelerar hasta 100 millas por hora, o más de 50 m/s
- Si esa agua en movimiento rápido golpea una válvula cerrada, una curva abrupta o un obstáculo, se produce un pico de presión mucho mayor que la presión normal de operación
- Esto puede provocar daños graves o una falla de todo el sistema
- La última gran falla ocurrió en 2007 en 41st y Lexington
- Una tubería de 82 años explotó y lanzó escombros por Midtown
- Las lluvias intensas enfriaron la tubería y generaron rápidamente grandes cantidades de condensado
- Un steam trap obstruido impidió drenar el agua
- La presión interna se disparó y causó la explosión
- Casi 50 personas resultaron heridas y una mujer murió de un ataque al corazón mientras huía
Por qué la calefacción distrital moderna pasó al agua caliente
- A inicios del siglo XX, el vapor era fácil de obtener de las plantas generadoras existentes, y su alta temperatura lo hacía adecuado tanto para procesos industriales como para uso doméstico
- Como el vapor sube, se adaptaba de forma natural a entornos urbanos densos y de gran altura
- Gracias a su alta temperatura inicial y contenido energético, podía transportar suficiente calor a largas distancias incluso con pérdidas térmicas
- Desde la década de 1930, el diseño de sistemas nuevos cambió en general al agua caliente como medio de transferencia térmica
- Los sistemas de agua caliente pueden operar hasta 180 °C a alta presión, y tan bajo como 40 °C
- Las temperaturas más bajas reducen la diferencia térmica con el entorno y, por lo tanto, las pérdidas de calor
- El aislamiento también suele ser más efectivo a temperaturas más bajas
- Mientras que los sistemas de vapor pierden entre 10% y 25% del calor durante la distribución, los sistemas de agua caliente de baja temperatura pueden reducir eso a entre 3% y 5%
- Las temperaturas y presiones más bajas reducen el riesgo de accidentes por alta presión y fugas, lo que hace que la instalación y el mantenimiento sean más fáciles, seguros y baratos
Costos de recuperar condensado y pérdidas de energía
- Los sistemas de vapor deben gestionar el condensado por separado, lo que aumenta su complejidad
- El condensado debe separarse del vapor y descargarse, o bombearse de vuelta a la caldera por una línea de retorno para reutilizarse
- Normalmente, entre 50% y 60% del costo de capital de un sistema de calefacción distrital se destina a tuberías y bombas
- En sistemas grandes, la tubería de retorno puede resultar demasiado costosa
- Descargar el condensado implica perder 15% del aporte energético total, lo que reduce la eficiencia operativa
- En comparación con la eficiencia de 70% a 90% de los sistemas modernos, la diferencia frente al 60% de eficiencia del sistema de vapor de Nueva York proviene principalmente de las pérdidas en la distribución y de la descarga de condensado
Calefacción distrital de agua caliente y nuevas fuentes de calor
- Los sistemas de agua caliente pueden calentar agua fácilmente por debajo del punto de ebullición con calentadores de inmersión eléctricos, por lo que son fáciles de integrar con energías renovables.
- Las plantas nucleares usan mucha agua para enfriar los reactores, y los reactores de Beznau y Haiyang ya suministran cientos de GWh de calor al año a redes de calefacción distrital.
- Los centros de datos también son una fuente potencial de calor, ya que convierten casi toda la electricidad que consumen en calor.
- Un solo gran centro de datos puede generar entre 20 y 50 MW de calor.
- En 2024, los centros de datos de todo el mundo consumieron en total 47 GW de electricidad.
- Algunos desarrollos nuevos usan el calor residual del London Underground mediante bombas de calor para calefacción distrital.
- El agua líquida a 100°C tiene un calor específico aproximadamente dos veces mayor que el vapor a la misma temperatura, por lo que almacena cerca del doble de energía por kg por cada aumento de temperatura.
- Los sistemas basados en agua caliente pueden almacenar energía en momentos de baja demanda eléctrica o de alta generación renovable y liberarla después en forma de calor.
- Las redes de calefacción urbana también pueden funcionar como almacenamiento de energía a escala urbana que apoya a la red eléctrica.
Casos de calefacción distrital en el mundo
- En todo el mundo hay decenas de miles de sistemas de calefacción distrital, especialmente en el norte y el este de Europa.
- La escala del tendido de tuberías en las principales ciudades es enorme.
- Helsinki: 870 millas
- Copenhague: más de 1,000 millas
- Estocolmo: 1,200 millas
- Viena: más de 750 millas
- Moscú: más de 10,000 millas
- Copenhague cubre más del 99% de la demanda de calefacción de la ciudad con calefacción distrital.
- Moscow United Energy Company suministra calor al 90% de los habitantes de Moscú.
- En el Reino Unido hay 2,000 sistemas de calefacción que prestan servicio a dos edificios o más, y más de un tercio de ellos están en London.
- Esto representa alrededor del 2% de la demanda de calor del Reino Unido.
- El famoso sistema de agua caliente de Pimlico, inaugurado en 1950, proporcionó calefacción a más de 3,000 hogares con el calor residual de Battersea Power Station, y sigue operando hoy.
- Westminster está considerando renovar o cerrar el sistema de Pimlico por su antigüedad y su intensidad de carbono.
Cuando el vapor sigue siendo ventajoso
- Algunos sistemas se están alejando del vapor, y es muy probable que los sistemas nuevos operen con agua caliente.
- Aun así, el vapor conserva ventajas claras.
- El vapor se desplaza por sí mismo, así que no hace falta bombearlo hasta donde se necesita.
- Los sistemas de agua caliente sí requieren volver a bombear el agua.
- Los sistemas de vapor que descargan el condensado necesitan aproximadamente la mitad de tuberías.
- Muchos procesos industriales requieren vapor de forma directa.
- En ciertas condiciones, la calefacción distrital por vapor todavía puede ser la opción preferida.
Condiciones para que la calefacción distrital funcione
- La calefacción distrital es una auténtica tecnología a escala de barrio y requiere una alta densidad de demanda térmica.
- Debido a las pérdidas de calor y al costo de la infraestructura, si la densidad térmica lineal —es decir, el calor vendido por cada metro de tubería de la red— es inferior a 2 o 3 MWh al año, por lo general la viabilidad económica es baja.
- Esto equivale a una densidad mínima de unas 12 viviendas por acre o 30 viviendas por hectárea.
- Ese nivel se acerca al promedio de los nuevos desarrollos suburbanos en el Reino Unido, pero es una densidad bastante alta para los desarrollos suburbanos en Estados Unidos.
- La zonificación residencial R1 de Los Angeles, con un lote mínimo de 0.114 acres, no alcanza ese umbral, lo que excluye tres cuartas partes del suelo residencial urbano.
- La calefacción distrital normalmente apunta a desarrollos más pequeños y más densos.
- complejos habitacionales
- distritos centrales de negocios
- complejos gubernamentales
- campus
- Los hospitales, universidades e instalaciones industriales pueden servir como anclas que aportan una demanda base de calor estable y mejoran la viabilidad económica del sistema.
Costos iniciales y apoyo de políticas públicas
- El costo de capital inicial es alto.
- Según un estudio de 2014, el costo de una red de calefacción distrital en el Reino Unido era de aproximadamente 1,242 libras por metro de tubería.
- Los altos costos de construcción y los complejos sistemas de planificación en el mundo angloparlante elevan aún más los costos.
- Existen incentivos comerciales para que los residentes apoyen estos sistemas.
- En Denmark, el 94.4% de la energía distrital fue más barata que las fuentes de calor individuales alternativas bajo tarifas reguladas.
- Algunos cálculos en el Reino Unido estiman ahorros anuales de 350 libras frente a una caldera de gas y de 950 libras frente a una bomba de calor aire-aire.
- Para que la calefacción distrital se expanda, probablemente se necesitarán un apoyo importante de políticas públicas e incentivos financieros para superar las barreras iniciales.
- El gobierno del Reino Unido reguló explícitamente el mercado en la Energy Act 2023 e inició una consulta para estudiar la zonificación de redes de calor.
- El resumen de la consulta considera que, en algún momento, hasta el 20% del calor del Reino Unido podría suministrarse mediante redes de calor.
El lugar del sistema de vapor de New York
- El sistema de vapor de New York City es un anacronismo icónico que se volvió parte de la vida cotidiana y del lenguaje visual de la ciudad.
- Funcionó como una tecnología esencial en la época en que los edificios de Manhattan empezaban a elevarse hacia el cielo.
- Este sistema es una de las bases históricas de la calefacción distrital que luego se exportó y mejoró en todo el mundo.
- Es poco probable que las ciudades del futuro funcionen con cientos de millas de tuberías de vapor.
- Sin embargo, una parte importante de la calefacción y la refrigeración urbanas del futuro podría depender de sistemas distritales que bombeen agua a través de tuberías altamente aisladas.
1 comentarios
Opiniones de Hacker News
En el artículo toman una eficiencia de extremo a extremo del 60%. A eso se suman también los costos de mantener los generadores de vapor y la red de tuberías.
La red de transmisión eléctrica tiene una eficiencia de aproximadamente 85% hasta el consumidor, y los viejos radiadores eléctricos resistivos tienen una eficiencia del 100%. Entonces me pregunto si hay alguna razón para que un edificio nuevo se conecte al sistema de vapor.
Pero si se mide según el potencial térmico, la tecnología antigua ronda el 33%, y la mejor tecnología moderna apenas llega a alrededor del 45%. Al quemar carbón o gas natural se genera mucho calor, y una parte mueve la turbina, pero una cantidad considerable se desecha a la atmósfera a través del condensador o los gases de escape.
Ahí es donde la distribución de vapor se vuelve excelente. Permite la cogeneración, que usa de forma eficiente en la industria de calefacción parte del calor residual de la producción eléctrica. Una central eléctrica necesita vapor supercrítico de 1000F y 1000 PSI, pero la red de vapor solo requiere vapor de unos 150 PSI y 350F; ese vapor todavía contiene mucha energía proveniente del quemador, aunque es relativamente poco útil para la turbina.
Por eso, calentar con electricidad equivale a tirar calor gratis. Claro que la red de distribución de calor tampoco es gratis.
Si la electricidad se produce con solar y eólica y puede almacenarse, la calefacción eléctrica podría volverse más conveniente económicamente. Almacenar calor solar directamente es mucho más complicado.
Usage fees are then added on top, paying anywhere from $11.35 per megapound in the summer to $35.013 during peak season.Como el vapor con menos de 1112 BTU por libra se condensa respecto de la temperatura ambiente, el contenido térmico de un megapound de vapor es de al menos 325,895 kWh.Eso equivale a un costo marginal de 1 a 3 centavos por MMBtu, o de 3.5 a 11 centavos por MWh. El cargo de conexión de $3,555 es mucho menor que el costo de vapor de $13k a $44k citado en el artículo.
En comparación, el gas natural cuesta varios dólares por MMBtu y la electricidad mayorista cuesta entre $40 y $60 por MWh. El vapor es varios órdenes de magnitud más barato.
Si los precios del artículo son correctos, Lincoln Towers parece estar pagando $2.43 por megapound, mucho menos que la tarifa de uso de $11.35 indicada justo antes; no sé por qué, pero el vapor es prácticamente gratis. Puede haber subsidios o regulaciones que obliguen a producirlo. Como una buena parte del vapor proviene de cogeneración como subproducto de procesos de reducción de contaminación, tiene sentido que el costo sea bajo, pero para explicar ese precio casi todo el vapor tendría que ser un subproducto.
El costo de oportunidad de “podría haberse usado para otra cosa” es cero.
Esta parte me llamó especialmente la atención:
in 1962, the anthracite seam under Centralia, PA – 25 miles to the west of Lehigh County – caught on fire and is still burning today.)Es sorprendente que una mina subterránea de carbón lleve más de 60 años incendiada y todavía siga ardiendo. Me pregunto cuánto tiempo más arderá la mina. Las fotos en Google también son bastante interesantes.
https://www.dmr.nd.gov/ndgs/ndnotes/ndn13_h.htm y https://www.dmr.nd.gov/ndgs/documents/newsletter/2013Winter/...
Varios de los primeros exploradores registraron incendios de carbón en la región de las northern Great Plains, y a lo largo de los años los incendios de pradera prendieron fuego varias veces a vetas de lignito. En el Theodore Roosevelt National Park del oeste de North Dakota y en dos sitios cerca de Amidon, las vetas de lignito estuvieron ardiendo durante años hasta tiempos recientes, y la veta de lignito de Buck Hill, en el parque, ardió entre 1951 y 1977.
Pero eso es solo historia moderna. Mientras hacía trabajo de campo en una gran butte del western North Dakota, encontré grava de clinker en la Arikaree Formation, lo que demuestra que el carbón ya estaba ardiendo antes de que esas rocas se depositaran, hace unos 25 millones de años. Es muy probable que desde que aparecieron las praderas, hace unos 40 millones de años, los incendios hayan barrido las llanuras de North Dakota y prendido fuego a las capas de carbón.
https://en.wikipedia.org/wiki/Yanar_Dagh
https://www.cnn.com/travel/article/yanar-dag-azerbaijan-land...
En Seattle también hay algo así. También en la University of Washington, y sorprende que todavía sea económicamente viable
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Seattle_Steam_Company
De niño iba seguido al centro de Indianapolis, y siempre me daba miedo ver el vapor saliendo de las alcantarillas y las rejillas de la calle. Resulta que no era un miedo infundado: a veces también explotaban [2]
0: https://en.wikipedia.org/wiki/Perry_K._Generating_Station
1: https://info.citizensenergygroup.com/thermal/history
2: https://www.wfyi.org/news/articles/locking-covers-installed-...
Sus clientes más grandes son los hospitales en la colina, y el vapor se usa no solo para calefacción, sino también para esterilizar instrumentos médicos
Uno de mis tres libros favoritos de la infancia está relacionado con este artículo. También es una excelente fábula sobre el paso del tiempo y la tecnología. Vale la pena conseguir un ejemplar; yo todavía conservo el mío
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Mike_Mulligan_and_His_Steam_...
Recién me enteré de que la distribución de vapor se inventó en Estados Unidos alrededor de 1880 y que todavía se usa en NYC. Nunca se me había ocurrido que “Steam Plants” significara literalmente instalaciones que producen vapor para distribución; pensaba que era una expresión ingeniosa por el humo blanco que emiten
No solo las redes pequeñas funcionan con vapor. La calefacción por vapor de Munich comenzó en 1908 y, desde 2022, se está reconvirtiendo a un sistema de agua caliente con un costo enorme para poder incorporar mejor fuentes de calor basadas en geotermia y otras bombas de calor renovables. Esto se debe a que esas fuentes de calor no pueden calentarse lo suficiente como para generar vapor supercrítico [1]
[1] https://www.swm.de/dam/doc/geschaeftskunden/fernwaerme/flyer...
Parece que a los neoyorquinos les encanta meter cosas en tuberías. Como no les bastan las cosas comunes como agua, aguas residuales y gas, meten vapor en tuberías; en Roosevelt Island meten una mezcla de basura y vacío en tuberías [1]; antes también metían correo en tuberías [2]; pareciera que también envían ratas por cañerías a las casas de la gente; de vez en cuando alguien metió pólvora en tuberías [3]; e incluso se meten a sí mismos en tuberías [4]
Es tan freudiano que deberían hablarlo con un terapeuta
[1] https://www.untappedcities.com/inside-roosevelt-islands-futu...
[2] https://www.untappedcities.com/pneumatic-tube-mail-new-york-...
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/George_Metesky
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Second_Avenue_Subway
La Shoreham Nuclear Power Plant fue construida por Long Island Lighting Company (LILCO) entre 1973 y 1984 con un costo de unos 6.000 millones de dólares, pero nunca se usó y fue desmantelada por completo en 1994. Está entre los proyectos industriales más caros que se completaron pero nunca se utilizaron para su propósito original
Me da curiosidad qué tan comunes son los sistemas de calefacción distrital. Montpelier, en Vermont, genera vapor con estufas de leña y abastece a buena parte de su pequeño centro urbano: https://www.montpelier-vt.org/427/Project-Background
No sé bien cuáles son las fuentes de combustible de la red de Minneapolis, pero la de St Paul usa astillas de madera, residuos de madera y gas natural
Minneapolis: https://cordiaenergy.com/our-networks/minneapolis/
St Paul: https://www.districtenergy.com/
La red de vapor, de 30 años, a veces tiene fugas y se puede ver el suelo burbujeando como una fuente termal hirviendo
Me gustaría saber cuánto más barato sería usar este tipo de calefacción en mi casa frente a la calefacción con petróleo
(1) https://www.enwave.com/locations/pei.htm
Uno de mis datos favoritos sobre los sistemas de distribución de vapor es que también pueden usarse para refrigeración. Puede hacerse con compresores accionados por vapor o mediante refrigeración por adsorción
Al menos lo primero parece haber sido implementado, o estudiado como opción, por ConEd en NYC: https://web.archive.org/web/20071008014254/http://www.coned....