Abordări europene moderne privind încălzirea clădirilor

Circa 4 miliarde de euro, de la UE (în detrimentul altor proiecte mai bune) și din buzunarele contribuabililor bucureșteni, vor fi îngropați (la propriu) în reabilitarea sistemului de termoficare al orașului. La final însă, prețul Gcal va rămâne mult mai mare decât cel obținut în sisteme mici, descentralizate, iar poluarea va persista. Mai mult, ne așteaptă mulți ani de noroaie și gropi mari pe principalele artere de circulație.

Cu sub JUMĂTATE din acești bani, putem accede la cele mai moderne, economice și ecologice sisteme de încălzire. AVEM (cu banii Europei) O ȘANSĂ UNICĂ DE A FI VÂRF AL TEHNOLOGIEI. Am început să-i dăm cu piciorul din păcate.

Întâi CONCLUZIA:

RENTABILIZAREA TERMOFICĂRII BUCUREȘTIULUI ESTE TEHNIC IMPOSIBILĂ.

Și SOLUȚIA…

… bazată pe Pompe de Căldură instalate NUMAI în clădiri reabilitate termic

Formula s-a aplicat deja cu succes în diverse locații, de referință fiind orașul olandez Heerlen.

Componentele principale ale soluției sunt:

1). DESCENTRALIZAREA producției de energie termică la nivel de asociație de proprietari, clădire mare, cel mult grup de clădiri (Comunitate de Energie în accepția CE). Aceasta este soluția optimă pentru apa caldă și căldura/răcoarea bucureștenilor. Se elimină astfel rețeaua de transport de mii de km lungime, care este principala cauză a ineficienței termoficării, chiar și după reabilitare.

2). Utilizarea POMPELOR DE CĂLDURĂ și, ulterior, implementarea conceptului 5GDHC (generația a cincea pentru încălzirea și răcirea clădirilor). Tehnologia este ideală pentru București (și nu numai). 5GDHC propune sisteme descentralizate de încălzire/răcire a clădirilor (putere termică maximă 2 MW), bi-direcționale, care lucrează cu temperaturi scăzute (45ºC tur încălzire), având la bază Pompe de Căldură (PdC) reversibile (pot furniza și căldură și răcire), amplasate în fiecare clădire. Pentru apă caldă de consum (ACC) există mici PdC de înaltă temperatură, sau chiar încălzire electrică. Două bucle închise prin care circulă agent termic (pentru încălzire, respectiv răcire), accesibile surselor de energie și consumatorilor membri ai sistemului prin schimbătoare de căldură, și două recipiente mari de stocare a energiei termice furnizată de retururile instalațiilor de încălzire/răcire, și de alte surse de căldură „verzi”, au rolul de echilibrare a cererii, mai ales în momentele de vârf. Desigur este necesară o rețea inteligentă, care să „simtă” temperaturile, debitele și presiunile în punctele de conectare și în cele de stocare și, pe baza acestor informații, să corecteze parametrii și să prioritizeze alimentările cu energie. Posibilitatea de a adăuga sistemului noi surse de energie (panouri termosolare, căldură reziduală industrială, sau provenită de la echipamentele de refrigerare din super-market-uri, fotovoltaice și eoliene pentru PdC etc.) și de a atașa, până la o capacitate limită, noi consumatori, demonstrează flexibilitatea și adaptabilitatea conceptului.

3). STIMULAREA FINANCIARĂ, și promovarea prețurilor diferențiate la energie electrică (mai mici pe timpul nopții, sau corelate în curând cu consumul necesar pentru e-mobility). Deși sistemele 5GDHC consumă de peste patru ori mai puțină energie și nu poluează absolut deloc, prețul încă foarte ridicat al energiei electrice (comparativ cu cel al gazelor naturale) frânează dezvoltarea „verde” a sectorului încălzirii/răcirii clădirilor.

Vattenfall, unul dintre cei mai mari producători și distribuitori europeni de energie electrică și termică, promovează „soluțiile integrate descentralizate” având la bază PdC și stocarea, energia electrică reprezentând vectorul „foii de parcurs” spre „fossil freedom” (eliminarea combustibililor fosili).

Bosch promovează descentralizarea și buna guvernare a sistemelor energetice descentralizate, pe baza conceptului „distributed ledger technology” (DLT = tehnologia registrului distribuit) care stă și la baza tehnologiei Blockchain.

REHAU denumește formula descentralizării „termoficare locală”, și o consideră ca fiind viitorul încălzirii/răcirii. Prin optimizarea traseelor, REHAU coboară densitatea liniară de energie (vezi mai jos) la 0,5-1,5 MWh/(m●an) în condiții de rentabilitate.

Primăriile, ELCEN; Termoenergetica, și alte firme românești de profil, ar trebui să urmeze exemplul marilor companii occidentale care au dat deja startul reconstrucției.

Uniunea Europeană a sprijinit financiar și logistic realizarea unor studii și cercetări specifice ambelor tipuri de sisteme (cel de termoficare centralizată și cel descentralizat), și puse în valoare prin intermediul unor platforme precum HRE (Heat RoadMap Europe), respectiv RHC (Renewable Heating & Cooling)

Construirea sistemelor 5GDHC permite etapizarea investiției…

… pe două planuri, primul fiind realizarea lor treptată (ca număr), pe măsura restrângerii termoficării existente, iar cel de-al doilea însemnând defalcarea punerii în funcțiune a PdC (ceea ce include forajele și pufferele aferente), de punerea în operă a celorlalte componente ale sistemelor (micro-rețelele și rezervoarele mari pentru stocare, plus alte surse de energie).

Experiența românească…

… nu este deloc neglijabilă (există multe companii serioase în domeniu, iar prețurile echipamentelor scad întruna):

– Necesitățile de căldură ale centrului de cercetare din Măgurele care adăpostește cel mai mare LASER din lume (ELI-NP), sunt acoperite de peste 80 PdC care extrag căldură din pământ prin 1080 de puțuri forate la 120 m adâncime. Puterea termică instalată este de 5.500 kWth, iar investiția finală a atins nivelul de €1.245/kWth instalat. Companii precum Comporsa și Hidrogeofor au executat sute de foraje fiecare, predate înainte de termen, la prețuri de circa €13-18 per metru liniar (în anul 2015, în funcție de structura solului și de alți parametri tehnici și logistici).

– Comporsa s-a implicat (forând 78 de puțuri) și în construirea unuia dintre cele unsprezece proiecte termic-energetice „verzi” ale lanțului de magazine Lidl (pentru spații comerciale, depozite și birouri).

– Termoline promovează tehnologia piloților energetici (stâlpi de rezistență îngropați, care înglobează în betonul armat conducte pentru schimbul de căldură cu solul), și a pereților geotermali. Spitalul județean Oradea și Casa Oromolu din Piața Victoriei București (bijuterie arhitectonică, plus centru de birouri/afaceri) sunt referințe de top.

– Technocon a construit sistemul de încălzire cu PdC pentru săli de conferință din Romexpo.

OBIECTIVUL care constă în…

… înlocuirea sistemului de încălzire bucureștean bazat pe termoficare mare. cu o variantă mai eficientă, mai ieftină și nepoluantă, care poate fi acoperită cu o investiție de maximum €1,5 MILIARDE, ar conduce la un consum de putere electrică (iarna) de circa 2-300 MWe. RADET-ul putea furniza în 2015 aproape 2.000 MWth, din care prin cogenerare mult mai puțin. Consumul a scăzut însă accentuat în ultimii cinci ani.

Domnul Claudiu Crețu (administrator special ELCEN) ne informa (dec. 2019 Conferința ZF) că necesarul de putere pentru încălzire prin rețeaua RADET (Termoenergetica mai nou) oscilează între 800 și 1.200 MWth, în funcție de condițiile de temperatură exterioară.

Argumente pentru renunțarea la termoficarea centralizată mare

DENSITATEA LINIARĂ DE ENERGIE reprezintă cel mai adecvat indicator al eficienței economice a unei rețele de termoficare, și este definită ca fiind raportul dintre energia termică livrată/vândută și lungimea întregii rețele (lungimea „șanțurilor” spus în termeni de șantier, respectiv turul și returul împreună). Majoritatea specialiștilor consideră valoarea 2 MWh/(m●an) ca fiind limita minimă pentru competitivitate. Evident, această limită va crește odată cu scăderea prețurilor pentru tehnologiile alternative (pompe de căldură, panouri termosolare, stocări termice, puțuri canadiene etc., situate în perimetrul fiecărei clădiri sau al unui areal restrâns). În 2015, RADET a facturat clienților 3.446.110 Gcal (3.700.000 în 2014), livrate prin conducte duble (tur-retur) cu o lungime totală de 1.959,2 km, valoarea densității liniare de energie fiind sub 1,76 Mwh/(m●an). Nivelul minim de 2 Mwh/(m●an) a fost stabilit pentru randamente ale rețelelor de circa 90%, niciun specialist nu s-a gândit la un stadiu de degradare atât de avansat precum în cazul RADET (care a achiziționat de la ELCEN 5.090.114 Gcal, randamentul rețelei fiind 67,7%, iar pierderile de apă atingând incredibila cifră de 9.662.431 mc). Între timp situația s-a înrăutățit.

În 1992, termoficarea bucureșteană transporta căldură și apă caldă în aproximativ 750.000 de apartamente. În 2019 numărul acestora a scăzut la circa 550.000. Rețeaua a rămas însă aproape integral activă (unele blocuri s-au debranșat complet, dar rețeaua continuă să alimenteze blocurile de după branșamentul desființat, în alte blocuri s-au debranșat numai unele apartamente). Livrările de energie termică, și implicit încasările, au scăzut proporțional.

CREȘTEREA EFICIENȚEI ENERGETICE constituie unul dintre punctele cheie ale planului aferent Pactului ecologic european (Green Deal), propus de CE la sfârșitul anului 2019. Pactul reprezintă noul cadru de acțiune al Uniunii împotriva schimbărilor climatice. Prin adoptarea strategiei denumită „valul renovărilor” (parte a planului), și în conformitate cu legislația în domeniul performanței energetice a clădirilor (Directivele 2010/31 și 2018/844, respectiv legile 372/2005 republicată 2013 si 121/2014), s-au stabilit ca obiective generale, reducerea cantității de energie termică consumată în clădiri pentru încălzire și răcire cu 19-23% până în anul 2030 (comparativ cu 2015), și creșterea ponderii energiilor regenerabile și a celei provenită din căldură reziduală cu 38-42%, regenerabilele reprezentând mai mult de 10%. Evident, încasările concesionarului rețelei de termoficare ar scădea cu încă cel puțin 29%. În perspectiva anului 2050, energia termică consumată în clădiri ar trebui să scadă cu peste 60%, iar necesarul ar urma să fie acoperit în mare măsură din surse regenerabile, ceea ce ar conduce la o inadmisibilă valoare a densității liniare de energie în București de sub 0,7 Mwh/(m●an)!!

Extinderea instrumentului „CERTIFICATELOR VERZI” în domeniul imobiliar, reprezintă o propunere foarte „interesantă” a CE, și o nouă „amenințare” pentru rețelele de termoficare centralizate mari alimentate fosil. Spre exemplu, locatarii unei clădiri care consumă prea multă energie provenită din combustibili fosili, ar putea plăti o factură suplimentară aferentă depășirii cantității limită. Proprietarii ar fi astfel impulsionați să instaleze echipamente energetice „verzi”, sau să contracteze energie de la un alt furnizor certificat ca distribuitor de energie regenerabilă. Asociația de proprietari ai unei clădiri cu consum cvasi-total de energie regenerabilă, ar putea vinde certificatele devenite disponibile până la atingerea nivelului energetic fosil limită.

RĂCIREA capătă, an de an, o pondere din ce în ce mai mare în balanța energetică a clădirilor (de înțeles, încălzirea globală își arată „colții”). Există tehnologii care permit ca, cu ajutorul căldurii, să se producă agent termic rece, utilizabil în chiller-e pentru obținerea aerului rece. Este necesară o rețea paralelă, cu conducte mai largi decât cele pentru încălzire, plus echipamente scumpe care au nevoie de consumabile și întreținere. Iată de ce costurile pentru construirea rețelei aproape se dublează. Studiul Stratego (finanțat de UE) arată că potențialul privind răcirea centralizată în aceste condiții în România este ZERO.

FLEXIBILITATEA sistemelor de producere a energiei termice presupune adaptarea lor la cererea de căldură/răcoare, practic la un consum fluctuant, noaptea e mai frig, ziua mai cald, apar zile la rând de ger (sau de secetă), cum echilibrăm consumul? Cum minimizăm pierderile? Marile centrale termoelectrice au un regim de funcționare relațiv stabil, modificarea parametrilor tehnici în favoarea energiei termice conducând la scăderea randamentului electric, mai mult de atât, răspunsul/reglajul termic vine lent. Problema se rezolvă prin integrarea în rețele a unor surse suplimentare de căldură (de vârf), care în România sunt cazanele de apă fierbinte (CAF), practic niște oale foarte mari (și ineficiente) și care, evident, n-au nicio treabă cu cogenerarea. Scandinavii au soluționat în bună măsură problema prin intermediul PdC, și a marilor capacități de stocare a energiei termice, care permit echilibrarea sistemului prin completarea necesarului de căldură livrată în momentele de vârf, dar care… costă cam €300 – 500 per MWh stocat (Bucureștiul ar avea nevoie de cel puțin 100.000 Mwh, și de un volum aferent echivalent cu toate stadioanele capitalei).

ARHITECTURA rețelelor de termoficare mare, care să permită accesul comun (al producătorilor și distribuitorilor/consumatorilor) la o rezervă principală de căldură (de tip conductă principală inelară/buclă închisă), ar asigura menținerea unui nivel cvasi-stabil de temperatură pentru cei care preiau căldura după necesități (pentru cartiere rezidențiale, clădiri administrative mari etc.). Panourile termosolare (dacă există) își pot aduce aportul din plin la alimentarea cu căldură a conductei principale care conține agent termic (apă) circulat cu pompe, și este închisă ermetic, introducerea și preluarea căldurii făcându-se prin intermediul unor schimbătoare de căldură (seamănă cu 5GDHC, dar este mare și are pierderi pe măsură, și flexibilitate redusă). Susținătorii termoficării mari propun acest concept tehnologic pe care l-au denumit 4GDH (termoficare de generația a IV-a), pentru a reduce factorul „densitate liniară de energie”. Integrarea PdC, temperatura joasă de lucru preconizată, și instalarea conductelor preizolate (pierderi mai mici, manoperă redusă și durată de viață spre 100 de ani) sunt foarte utile. Dar chiar și așa sistemul Bucureștiului rămâne ineficient și scump.

Condiții climatice și resurse locale

Pentru a justifica utilizarea în continuare a termoficării mari și investițiile pentru reabilitarea sistemului, mulți specialiști compară capitalele nordice cu Bucureștiul, fără a ține cont că:

a). În țările nordice iernile sunt mai lungi și mai aspre, implicit cererea de căldură este mai ridicată, iar densitatea liniară de energie este mult mai mare comparativ cu rețele identice situate mai la sud. BUCUREȘTIUL are IERNI BLÂNDE, care NU justifică utilizarea termoficării (densitatea liniară scade substanțial).

b). Pompele de căldură (PdC) sunt echipamente care preiau căldură dintr-un mediu/sursă rece (răcindu-l și mai mult) și o transferă într-un mediu cald (încălzindu-l și mai mult). Spre exemplu, frigiderul ia căldură din aerul rece din interior, și o transferă în aerul exterior. Compresorul frigiderului consumă o anumită cantitate de energie electrică (kWhel) pentru a transfera o cantitate de energie termică (căldură exprimată în kWhth) mai mare. Raportul dintre căldura transferată (atenție, nu produsă!) și energia electrică consumată se numește coeficient de performanță (COP). EER este coeficientul echivalent pentru răcire. PdC sunt clasificate după mediul din care preiau căldura (aer, apă sau pământ), și după mediul în care o transferă (apă sau aer). PdC apă-apă sunt cele mai performante (COP maxim în condiții standard peste 6) și nu necesită foraje (relativ scumpe) precum PdC sol-apă (COP peste 5). În practică, având în vedere condițiile de mediu fluctuante, se ia în calcul un COP mediu (sezonier) cu valori uzuale sub 3,5. Toate capitalele țărilor nordice sunt orașe litorale, fapt care permite construirea și utilizarea PdC apă-apă (cele mai ieftine și mai performante) de mare capacitate. Se utilizează conducte de captare a căldurii care necesită pentru instalare zeci de milioane de metri cubi de apă de mare, și care sunt amplasate la adâncimi unde temperatura este relativ constantă (Helsinki – 18 m, Stockholm – 15 m). Aceste mega-echipamente pot alimenta rețele de termoficare, ieftin și eficient. PdC pot fi utilizate într-un mod și mai performant dacă se recuperează căldură din surse cu temperaturi ceva mai mari, cum ar fi conductele de retur ale rețelelor de termoficare, sau conductele de canalizare. Multe modele de PdC sunt instalații reversibile, adică pot asigura atât încălzirea cât și răcirea. Spre exemplu, ultimele PdC (2018) instalate în Helsinki furnizează puteri de 22 MW pentru încălzire sau 15 MW pentru răcire, investiția fiind de numai €10 milioane (sub €450 per kWth instalat, față de €1.245/kWth la ELI-NP sol-apă). În Danemarca, puterea electrică instalată eoliană este în raport de circa 105% cu consumul la vârf, iar energia electrică are prioritate pentru sectorul de încălzire (cu PdC), în fața cogenerării, asigurând astfel flexibilitatea.BUCUREȘTIUL NU ESTE ORAȘ LITORAL, nu poate construi PdC apă-apă de mare capacitate.

c). Densitatea scăzută a populației din Finlanda, Suedia, Norvegia și țările baltice, a permis conservarea unor mari suprafețe împădurite, și transformarea lor în păduri certificate, surse ecologice de biomasă energetică. Finlanda este campioana în domeniu. În schimb, în Danemarca este foarte probabil ca guvernul să oblige proprietarii de case să renunțe la sobele cu lemne (în Estonia deja s-au interzis în centrele orașelor). BUCUREȘTIUL NU trebuie să utilizeze masă lemnoasă… Ar fi catastrofal pentru țară!

d). Copenhaga are masă lemnoasă pentru alimentarea centralelor de cogenerare în cantități reduse, dar are un enorm potențial geotermal de adâncime (apă fierbinte aflată la 1.000 – 3.000 m adâncime), rezervele putând asigura jumătate din necesarul de încălzire timp de un mileniu. BUCUREȘTIUL beneficiază de un POTENȚIAL GEOTERMAL de adâncime redus și dificil de exploatat. Oricum rezervele ar ajunge pentru numai circa 30 de ani, la o acoperire de sub 30% din necesar.

e). Din păcate, elementele de CORUPȚIE, menționate elegant în studiile finanțate de Uniune, își aduc și ele contribuția negativă asupra modernizării și eficientizării rețelelor mari.

Probleme logistice

– REABILITAREA TERMICĂ a clădirilor care urmează a fi echipate cu Pompe de Căldură.

– Implicarea ELCEN și Termoenergetica în proiect (au forță de muncă ușor de recalificat, utilaje și echipamente, planuri tehnice detaliate, experiență etc.). Cele două companii ar trebui să stabilească ordinea debranșării clădirilor (termene clare), prioritate având zonele care produc dezechilibre în rețea.

– Asigurarea ritmicității în aprovizionarea cu Pompe de Căldură și materiale aferente.

– Asigurarea capacității de proiectare, forare și instalare.

– Producția de energie electrică a ELCEN, care depinde și de termoficare, nu trebuie afectată major. Sunt necesare noi capacități de producție de energie electrică pentru a satisface cererea în creștere în sectorul e-thermo și curând pentru e-mobility.

– Primăria, ca instituție responsabilă de buna execuție a proiectului, trebuie să se informeze purtând discuții cu specialiști în logistică, cu producători de echipamente, cu geologi și executanți de foraje, cu specialiști ai unor companii cu profil de instalații, precum și cu beneficiari ai unor asemenea sisteme (dezvoltatori imobiliari, rețele de supermarket-uri etc.).

Ar fi binevenite câteva proiecte pilot, executate la clădiri des întâlnite în oraș (blocuri P+4, P+8 etc.).

– Să ținem cont că mari companii de profil s-au angajat deja pe linia e-thermo.

– Ar fi necesare multe mii de Pompe de căldură în câțiva ani, drept care s-ar putea negocia cu companii serioase deschiderea unor linii de asamblare în România.

Atât conștiința, cât și bucuria de a fi în contact cu niște oameni de la care am avut, și am ce învăța (nu numai tehnic, ci și uman, atât specialiști cât și jurnaliști implicați, toți oameni de bun simț), mă îndeamnă să le mulțumesc: Carmen Neagu, Gabriella Isaac, Gabi Moroianu (ladies first), Gabriel Dumitrașcu, Dumitru Gherdan, Laurențiu Honciuc, familia de profesioniști Vilt, Viorel Marian, Cristi Buzduna, Gabriel Florea, Puiu Paraschiv, Dumitru Chisăliță, Gheorghe Indre, Mihai Nicuț, Adi Moșoianu, Tudor Popescu (RIP)… și nu mulți alții.