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Aug 04, 2023

Archivo de solución: Distrito de energía de Toronto

Por Charles Schilke 9 de diciembre de 2022 Sistema de enfriamiento de agua de lago profundo de Toronto

Por Charles Schilke

9 de diciembre de 2022

El sistema de enfriamiento de agua de los lagos profundos de Toronto es un ejemplo de la "tercera ola" de energía urbana.

Toronto puede desplazar 55 megavatios de energía por año de la red utilizando su sistema de enfriamiento de agua Deep Lake. El sistema aprovecha el agua fría del fondo del lago Ontario para enfriar hospitales, centros de datos, campus educativos y edificios gubernamentales, comerciales y residenciales.

Como la cuarta ciudad grande más poblada y de más rápido crecimiento de América del Norte, Toronto está avanzando con una expansión sólida pero baja en carbono de su capacidad energética. Usando su sistema Deep Lake Water Cooling (DLWC), la ciudad puede desplazar 55 megavatios de energía por año de la red, suficiente para alimentar ocho hospitales.

Para lograr estos resultados, DLWC aprovecha el agua fría del fondo del lago Ontario para enfriar hospitales, centros de datos, campus educativos y edificios gubernamentales, comerciales y residenciales. DLWC utiliza menos de una décima parte de la energía necesaria para el aire acondicionado convencional.

DLWC, el sistema de enfriamiento impulsado por un lago más grande del mundo, es operado por Enwave Energy Corporation con sede en Toronto, una compañía de energía de distrito totalmente integrada, y se lanzó en 2004 a un costo para la ciudad de C $ 230 millones (US $ 179 millones). Con los otros sistemas de energía de distrito de Enwave en Toronto, DLWC sirve como un prisma a través del cual comprender los antecedentes y el estado de la energía de distrito en general.

Tres olas de energía urbana

En contraste con la producción y distribución de energía centralizada a usuarios finales distantes, la energía de distrito es generada por pequeños productores de energía locales y utilizada por usuarios finales inmediatamente próximos.

Fernando Carou, gerente de energía renovable y desarrollo neto cero de la ciudad de Toronto, tiene una visión a largo plazo de dónde proviene la energía del distrito y hacia dónde se dirige. Él ve la energía del distrito de hoy como "la tercera ola de energía urbana". Las tres ondas son las siguientes:

La energía distrital generada localmente es más eficiente y menos contaminante que la energía producida en una gran planta distante debido a un principio básico de la ciencia física: la resistencia. Cuando la electricidad pasa por un medio de transmisión como los cables, el metal de cobre de los cables reduce la velocidad de transmisión o "resiste" la transmisión de energía eléctrica, desperdiciando hasta el 60 por ciento de la energía generada.

Cuanto mayor es la distancia que recorre la energía, más energía se pierde a través de la resistencia. Cuanto más corta es la distancia, menos energía se pierde.

Por lo tanto, la energía del distrito generada localmente recorre una distancia más corta, encuentra menos resistencia, desperdicia menos energía, genera menos contaminación y es más eficiente.

La decisión del desarrollador inmobiliario de elegir la energía del distrito debe incluir la consideración de tres factores: 1) el costo de capital de la energía del distrito en relación con una planta de energía central grande, 2) los ahorros operativos de la energía del distrito en relación con una planta de energía central grande, y 3) el ahorro de espacio de la energía del distrito en relación con los edificios individuales.

El Toronto-Dominion Centre, que consta de seis torres y un pabellón cubierto de vidrio teñido de bronce y acero negro, es el conjunto de edificios de oficinas más grande de Canadá y uno de los primeros en adoptar el sistema de refrigeración por agua Deep Lake. En contraste con la producción y distribución de energía centralizada a usuarios finales distantes, la energía de distrito es generada por pequeños productores de energía locales y utilizada por usuarios finales inmediatamente próximos. (Crédito de la foto: David MacMillan)

No hay talla única para todos

La energía del distrito viene en muchos tamaños que ofrecen diferentes oportunidades a los desarrolladores. El distrito aplicable podría cubrir solo dos o más edificios o un área grande como el área de servicio del sistema DLWC.

Tanto el tamaño del distrito como la naturaleza de la propiedad y el control del distrito determinan la naturaleza de la decisión del promotor inmobiliario sobre si usar la energía del distrito y cómo hacerlo.

Cuando el distrito es pequeño, el desarrollador de bienes raíces puede diseñar y construir directamente el sistema de energía del distrito y, por lo tanto, tener un gran control sobre el sistema, incluida la capacidad de autogenerar energía, que es crucial para usos de misión crítica como hospitales. y centros de datos. Es probable que el sistema sea completamente privado.

Pero donde el distrito es grande, como el área de servicio del sistema DLWC, el desarrollador tiene relativamente poco control sobre el sistema y, por lo tanto, es un "tomador" del sistema de energía del distrito. En este caso, el sistema suele ser público u operado por una empresa privada como Enwave en nombre del público.

La planta de cogeneración de Pearl Street de Enwave es una de las dos principales plantas de calderas que dan servicio al sistema de calefacción del centro de Toronto de Enwave. El espacio utilizable de la planta había una restricción significativa. (David MacMillan)

Uniéndose

Cuando varios desarrolladores de bienes raíces acuerdan que vale la pena buscar la energía de distrito en su área de mercado, es posible que deseen unirse para presionar al municipio correspondiente por un sistema de energía de distrito efectivo.

Aunque esto es mucho más lento que un proceso privado, cuando los ahorros de un sistema de energía de distrito son muy grandes, como con DLWC, esto confiere una ventaja competitiva significativa sobre otros vecindarios o ciudades y puede valer la pena el tiempo y el costo de perseguirlo.

Desarrolladores de bienes raíces, ingenieros, líderes políticos y otros se unieron para crear el sistema DLWC. Como señala Richard Joy, director ejecutivo de ULI Toronto, el sistema DLWC es geológicamente posible porque la plataforma submarina que se extiende desde la parte continental de Toronto desciende rápidamente, lo que hace que el agua fría y profunda esté disponible inusualmente cerca de los edificios de los clientes. Cuando la pendiente de la plataforma submarina es relativamente gradual, no es posible el enfriamiento con agua de lago profundo. El sistema DLWC proporciona una alternativa subcontratada a las torres y equipos de enfriamiento tradicionales, ahorrando un capital importante y costos operativos para edificios grandes.

En comparación con un enfriador, el sistema DLWC puede reducir el uso de electricidad en aproximadamente un 80 por ciento. El sistema de refrigeración es una fuente de energía limpia, renovable y fiable. El sistema DLWC también reduce el consumo de agua y los costos operativos, proporciona costos de energía más predecibles y mejora la resiliencia.

El sistema utiliza tres tuberías grandes que corren tres millas (5 km) hacia el lago Ontario, a una profundidad de 272 pies (83 metros). El agua allí tiene una temperatura constante de 39 grados F (4 grados C) y se canaliza a la planta de filtración de Toronto Water y luego a una estación de bombeo en la orilla del lago. Allí, grandes intercambiadores de calor transfieren energía térmica entre los sistemas: el agua potable de la ciudad se calienta mínimamente, mientras que el agua suministrada a los edificios del centro se enfría. Una vez que el agua fría ha circulado y enfriado los edificios, Enwave recicla el calor y devuelve el agua caliente a la estación de bombeo para repetir el proceso.

Amy Jacobs, vicepresidenta sénior de operaciones comerciales de Enwave, señala que además de la eficiencia del enfriamiento de la fuente del lago, la escala de distrito del sistema permite recuperar el calor residual de los edificios enfriados, que se utiliza para calefacción.

En 2019, Toronto y Enwave lanzaron una expansión del sistema DLWC a un costo de C$100 millones (US$77,6 millones), la mitad del costo del sistema inicial. La expansión del suministro de DLWC está diseñada para reducir la demanda pico en la red, lo que resulta en un ahorro de demanda pico de hasta el 70 por ciento. (Enondar)

Expansión del sistema

En 2019, Toronto y Enwave lanzaron una expansión del sistema DLWC a un costo de C$100 millones (US$77,6 millones), la mitad del costo del sistema inicial. La expansión del suministro de DLWC está diseñada para reducir la demanda pico en la red, lo que resulta en un ahorro de demanda pico de hasta el 70 por ciento.

Como señala Joy, la expansión del sistema DLWC está estrechamente relacionada con un gran desarrollo de uso mixto llamado The Well. Enwave se asoció con Riocan Real Estate Investment Trust y Allied REIT para construir y operar una "batería" térmica de varios pisos bajo tierra, debajo del desarrollo. Luego, el agua fría del lago se acumula durante la noche para que luego pueda liberarse en el calor del día para enfriarse, agregando otra capa de eficiencia.

Además de la expansión del sistema actual, Carou confía en que la ciudad de Toronto y Enwave emprenderán futuras expansiones importantes de DLWC aproximadamente una vez por década, de acuerdo con el crecimiento económico y demográfico de Toronto y la capacidad para financiar ese crecimiento.

Para 2050, el objetivo de Toronto es tener el 30 por ciento de su espacio de piso (todo el espacio comercial, no solo el espacio de construcción de la ciudad) conectado a calefacción y refrigeración con bajas emisiones de carbono.

Una imagen reciente de la nueva tubería de entrada del proyecto de expansión de DLWC que se extrae hacia el lago Ontario y se hunde. (Enondar)

Infraestructura de servicios y energía del distrito

Desde que se desarrolló por primera vez hace un siglo, la energía de distrito se ha aplicado a una gama cada vez mayor de infraestructura de servicios públicos, incluida la combinación de calor y electricidad (CHP), refrigeración de distrito convencional distinta de DLWC y calefacción de distrito. Además de DLWC, Enwave opera todos estos tipos de sistemas de energía de distrito en el Gran Toronto, un verdadero laboratorio de energía de distrito.

CHP usa gas natural para crear dos productos: calor y energía. Las plantas tradicionales convierten solo el 40 por ciento de la energía del combustible en electricidad, mientras que el 60 por ciento de la energía generada se desperdicia como calor y se ventila.

Con una unidad CHP como parte de un sistema de distrito, una empresa como Enwave puede distribuir el calor producido a sus clientes, así como utilizar la energía. Por lo tanto, CHP es generalmente una forma altamente eficiente de energía de distrito.

En una planta CHP, el calor residual se recupera para crear vapor, agua caliente o agua fría para calentar o enfriar una red circundante de edificios de energía del distrito. Mediante el uso del subproducto térmico de la generación de electricidad, las plantas de CHP logran regularmente eficiencias de combustible del 70 al 80 por ciento, mucho más que la tasa típica del 40 por ciento para la generación de electricidad pura.

Debido a que la energía térmica no se puede transmitir a largas distancias como la electricidad, la principal limitación de CHP es que la generación del subproducto térmico debe ocurrir en una ubicación cercana a los usuarios finales. Por lo tanto, la energía distrital es una solución atractiva para áreas densamente céntricas, campus universitarios o entidades industriales que concentran la demanda de energía térmica.

Pero un sistema CHP como el de Enwave, que está conectado a la red y tenía una capacidad total de cuatro megavatios, generalmente no es atractivo para las comunidades menos concentradas, particularmente en lugares con redes eléctricas relativamente sucias en lugar de las redes limpias de Toronto. Al aumentar drásticamente la eficiencia de la planta de energía, CHP reduce los costos de combustible, las emisiones de carbono y la contaminación. Los sistemas de energía de distrito CHP amplían la carga térmica potencial, reducen el requisito de inversión de capital y proporcionan economías de escala.

El área de captación de Enwave en Toronto representa infraestructura de agua fría, vapor y agua caliente. Enwave se asoció con Riocan Real Estate Investment Trust y Allied REIT para construir y operar una "batería" térmica de varios pisos de altura bajo tierra. El agua fría del lago se acumula durante la noche y se libera durante el día. (Enondar)

Refrigeración de Distrito Convencional

Como se señaló, el sistema DLWC de Toronto es extremadamente eficiente, pero DLWC tiene una capacidad máxima, como cualquier activo de servicios públicos. Por lo tanto, además del DLWC, Enwave opera importantes activos de refrigeración urbana convencional.

Enwave opera tanto el DLWC como sus activos de enfriamiento de distrito convencional de manera sincronizada para optimizar el uso del activo de DLWC más eficiente primero y luego, cuando DLWC alcanza su capacidad, recurre al enfriamiento de distrito convencional.

En ausencia de la disponibilidad de DLWC en Toronto o en cualquier otro lugar, el enfriamiento de distrito es una forma eficiente de enfriar una red de edificios. Las plantas de enfriamiento central albergan equipos grandes y eficientes que producen agua fría que fluye a través de tuberías aisladas hacia los edificios de los clientes a través de un intercambiador de calor, absorbiendo el calor del espacio del edificio.

El enfriamiento generalmente crea del 50 al 75 por ciento de la demanda máxima de electricidad. Al agregar la demanda de enfriamiento entre una red de edificios, el enfriamiento de distrito crea una economía de escala que impulsa la eficiencia, equilibra las cargas eléctricas y reduce los costos de combustible.

Calefacción urbana

La calefacción urbana, la forma original de energía urbana, es una forma eficiente de calentar una red de edificios. A diferencia de CHP, la calefacción urbana produce solo calor. El vapor o el agua caliente que se produce en la planta de calefacción central se transmite a través de tuberías térmicas aisladas a los edificios de los clientes y la energía térmica resultante se transfiere al sistema de calefacción del edificio.

Al agregar la demanda de calefacción entre una red de edificios, la calefacción urbana crea una economía de escala que impulsa la eficiencia, equilibra las cargas de electricidad y reduce los costos de combustible.

Enwave ha operado un servicio de calentamiento de agua en Toronto durante unos pocos años, dice Jacobs, pero ha operado un servicio de agua caliente en Charlottetown en la Isla del Príncipe Eduardo durante más de 25 años. Este sistema heredado alimentado por hidrocarburos se complementa actualmente con fuentes bajas en carbono, como las bombas de calor.

El futuro de la energía del distrito

Muchos profesionales en el campo de la energía del distrito están interesados ​​en modernizar los sistemas de energía heredados para la energía del distrito y consideran que dicha modernización es fundamental para el futuro de la energía del distrito.

En Filadelfia, por ejemplo, el miembro de ULI Alan Razak, director de la firma de bienes raíces AR Spruce, está organizando un panel de Servicios de Asesoría para estudiar el uso del derecho de paso de Philadelphia Gas Works (PGW) para colocar bombas de calor geotérmicas bajo tierra cerca de viviendas individuales. La modernización de esta manera puede beneficiar tanto a las empresas de servicios públicos como a los consumidores de energía: la cantidad de clientes de gas PGW está disminuyendo constantemente, por lo que la empresa tendrá una capacidad cada vez menor para asumir el costo de operación de su sistema de gas, pero puede recuperar al menos parte de sus costos. mediante la colocación de bombas de calor.

Una ventaja de modernizar los sistemas de energía heredados para la energía del distrito es no tener que incurrir en los costos iniciales totales de un nuevo sistema de energía del distrito, incluidos los costos ambientales del carbono incorporado para la nueva construcción.

A medida que las necesidades de energía han aumentado y la disponibilidad de energía renovable se ha generalizado (ambos se aplican enfáticamente en Toronto), los desarrolladores de bienes raíces han redescubierto la energía del distrito en su forma renovable de tercera ola y la están utilizando en proyectos apropiados.

Además, la red eléctrica principal de larga distancia está sobrecargada mucho más allá de su capacidad prevista, y al usar una red local fuera de la red principal, la energía del distrito puede reducir la presión sobre la red principal y prolongar su vida útil, y sin costo alguno. a los operadores de la red principal. En áreas donde la red principal simplemente no puede absorber usuarios adicionales, la energía del distrito puede ser la única solución.

Al ahorrar energía simplemente localizando el lugar de su generación (conservación por localización), la energía del distrito contribuye en gran medida a permitir que la industria inmobiliaria gestione la transición energética.

Obtenga más información sobre desarrollos innovadores en Toronto en la Reunión de primavera de ULI de 2023.

CHUCK SCHILKE es un estratega de bienes raíces, desarrollador, financista, abogado y profesor de bienes raíces en la Universidad Johns Hopkins con sede en Washington, DC. Realizó toda la diligencia debida legal de bienes raíces para la fusión Exxon-Mobil, reconstruyó el sistema de procesamiento de sangre de la Cruz Roja en todo el país y creó el programa de maestría en bienes raíces de la Universidad de Georgetown.