A Rede do Parque das Nações
Informação Técnica
Introdução
À medida que se desenvolve o projecto urbano idealizado para o Parque das Nações, tornam-se cada vez mais evidentes os benefícios directos e indirectos da realização da Exposição Mundial de Lisboa. De uma área profundamente degradada, que constituía uma barreira entre a cidade e o rio, nasceu um espaço aprazível, que começou por servir de palco à exposição e se afirma, hoje, como uma nova centralidade e um dos principais pólos de atracção da cidade.
As mais valias geradas pelo projecto da EXPO’98 ultrapassaram há muito as fronteiras do Parque das Nações. Os padrões de arquitectura e urbanismo que caracterizam aquele espaço são actualmente uma referência, que muito tem contribuído para a melhoria do planeamento e do ordenamento do território do país.
Da mesma forma, também em matéria de infra-estruturas e serviços urbanos a Parque EXPO’98 optou por dotar a Z.I. de tecnologias inovadoras, nomeadamente um Sistema de Recolha Automática de Resíduos Sólidos Urbanos e uma Rede Urbana de Frio e Calor, sistema projectado, construído, financiado e explorado pela CLIMAESPAÇO.
O projecto desenvolvido pela CLIMAESPAÇO tem características que o tornam único no contexto nacional e mesmo a nível europeu, fruto de uma inovadora combinação de tecnologias associadas à produção e à distribuição de energia térmica sob a forma de frio e calor.
Através deste sistema centralizado, a CLIMAESPAÇO fornece a todos os edifícios ligados à rede a água arrefecida utilizada nos sistemas de ar condicionado e a água aquecida utilizada para aquecimento ambiente e aquecimento de águas sanitárias.
Relativamente a um sistema convencional de climatização, a rede urbana de frio e calor oferece vantagens evidentes a todos os níveis, sendo de destacar o seu contributo para a melhoria da produtividade energética do país e para a preservação do ambiente, através da limitação das emissões poluentes. É também de destacar a salvaguarda da arquitectura dos edifícios e da paisagem urbana, uma vez que são eliminadas as unidades de climatização do tipo split, chillers, torres de arrefecimento, chaminés e outros elementos que habitualmente descaracterizam as cidades.
Apesar da perspectiva empresarial que, necessariamente, norteia a actuação da CLIMAESPAÇO, a verdade é que o projecto do Parque das Nações continua a ter como objectivo prioritário a utilização racional de energia e a preservação do ambiente, através da minimização das emissões poluentes para a atmosfera. O contributo directo do projecto é relevante e elucidativo, bastando para tal comparar o desempenho desta instalação centralizada com aquele que se verificaria caso os edifícios do Parque das Nações fossem equipados com sistemas de climatização tradicionais e caso a energia eléctrica fornecida à rede fosse gerada em centrais termoeléctricas convencionais.
Estima-se que a redução das emissões de CO2, principal responsável pelo aquecimento global, atinja os 40% e a diminuição das emissões de NOx se situe nos 85%. Por seu lado, as emissões de SO2 serão praticamente eliminadas.
Porém, mais que o contributo directo do sistema do Parque das Nações, o importante é que o exemplo de sucesso do projecto desenvolvido pela CLIMAESPAÇO seja aplicado noutras áreas urbanas, multiplicando assim os benefícios identificados e contribuindo, de forma decisiva, para um desenvolvimento sustentável do país.
Descrição do Projecto
Nesta secção, descrevem-se sucintamente os elementos que compõem a Rede Urbana de Frio e Calor do Parque das Nações. A instalação é composta, essencialmente, pelos seguintes elementos:
A CENTRAL DE TRIGERAÇÃO, onde a energia primária (gás natural) é transformada em água arrefecida, água aquecida e electricidade
A REDE DE DISTRIBUIÇÃO de água, através da qual a energia produzida na central é fornecida aos utilizadores finais
AS SUBESTAÇÕES, localizadas nos edifícios utilizadores, onde se processa a transferência de energia para a rede interna dos consumidores.
Central de Trigeração
Conheça o funcionamento da Central de Trigeração consultando o Diagrama de Princípio.
O grupo turbo-alternador é constituído por uma turbina a gás TUMA Turbomach e um alternador ABB, com uma potência eléctrica nominal de 4,7 MWe. A caldeira de recuperação de calor encontra-se instalada a jusante da tubeira de exaustão dos gases da turbina e é provida de pós-combustão, de forma a aumentar a energia térmica dos gases de exaustão, permitindo produzir 18 t/h de vapor saturado a 10 bar. O vapor produzido destina-se ao accionamento de 2 chillers de absorção de duplo efeito a brometo de lítio e à produção de água quente, através de 2 permutadores de calor do tipo shell & tubes e um permutador compacto de placas. A central compreende ainda 4 chillers de compressão mecânica e uma caldeira de vapor auxiliar, com uma potência térmica nominal de 15 MWc (23 t/h de vapor saturado a 10 bar), caldeira esta que entra em funcionamento quando a turbina a gás se encontra em manutenção ou se, pontualmente, a capacidade da caldeira de recuperação não for suficiente para cobrir a procura.
O sistema de gestão técnica centralizada (GTC) supervisiona as instalações de produção e distribuição de energia térmica, fornecendo à sala de comando todas as informações de gestão e alarmes, assim como as medidas a tomar em situações de emergência, garantindo a integridade da central.
A água arrefecida é produzida por 2 chillers de absorção e 4 chillers de compressão mecânica. Os chillers de absorção têm uma potência nominal de 4,8 MWf cada, sendo accionados pela energia térmica recuperada da turbina a gás. Estas unidades são utilizadas preferencialmente às unidades de compressão mecânica, de forma a maximizar a energia térmica recuperada da turbina a gás, o que garante um desempenho excelente de toda a instalação. O arrefecimento complementar destinado a obter a temperatura desejada para o fornecimento de água arrefecida – cerca de 4ºC – é assegurado pelas 4 unidades de compressão. Os chillers de compressão têm uma potência total de 24,2 MWf, sendo os compressores accionados por motores eléctricos.
Chillers de absorção
Futuramente, poderão ser instaladas novas unidades de compressão, de modo a satisfazer o crescimento das necessidades térmicas associado ao desenvolvimento do projecto imobiliário do Parque das Nações.
A água aquecida é produzida, primordialmente, pela recuperação dos efluentes térmicos da turbina a gás, através de uma caldeira de recuperação instalada a jusante da turbina. A água quente retorna da rede a uma temperatura próxima dos 65ºC, sendo então aquecida, até perto de 100ºC, em 3 permutadores alimentados pelo vapor produzido na caldeira de recuperação. A capacidade total destes permutadores é de 33 MWc.
O grupo turbo-alternador produz a energia eléctrica necessária ao funcionamento da central, sendo a produção excedente exportada para a rede eléctrica nacional. Caso se verifique um distúrbio na rede pública, a central permanece em funcionamento, em virtude de ser praticamente autónoma em teremos eléctricos. Na eventualidade de indisponibilidade do grupo turbo-alternador, a central passa a ser abastecida pela rede eléctrica nacional.
Turbina a gás e caldeira de recuperação
Depósito de água arrefecida
De modo a optimizar o funcionamento da central, a água arrefecida é produzida, preferencialmente, durante a noite e armazenada num reservatório de 15.000 m3, sendo utilizada ao longo do dia.
A água arrefecida produzida pelos chillers é bombeada para o reservatório através das bombas secundárias, a uma temperatura de 4ºC, sendo posteriormente fornecida às subestações localizadas nos pontos de entrega, isto é, nos edifícios utilizadores. Depois de utilizada, a água retorna ao reservatório a uma temperatura da ordem dos 12ºC, sendo de seguida bombeada para os chillers através das bombas primárias. O reservatório encontra-se permanentemente cheio, ocorrendo uma estratificação entre as camadas de água a diferentes temperaturas, sem qualquer separação física entre elas. O perfil de temperaturas no reservatório depende da razão entre a produção e o consumo de água arrefecida.
Rede de Distribuição
A rede de distribuição de água compreende 4 tubos – ida e retorno de água arrefecida e ida e retorno de água aquecida. Os troços principais da rede, nomeadamente as tubagens de transmissão, encontram-se instalados em galerias técnicas construídas em betão reforçado. Apesar do acréscimo de investimento em relação a uma solução convencional, a opção pela galeria técnica é largamente compensada pela simplicidade com que se processam as operações de manutenção e reparação nas tubagens. A restante rede de distribuição é enterrada no solo.
Rede instalada em galeria técnica
A água arrefecida é bombeada do reservatório de armazenamento a uma temperatura da ordem dos 4ºC e distribuída através da rede até aos pontos de entrega localizados nas subestações dos utilizadores.
As bombas secundárias empregues na distribuição de água são de velocidade variável e reguladas de acordo com a pressão de fornecimento. Após a transferência de energia verificada nas subestações, a água retorna ao reservatório a uma temperatura de cerca de 12ºC. Todas as tubagens da rede de distribuição de água arrefecida estão devidamente isoladas, de forma a minimizar as perdas de energia e optimizar o rendimento da instalação.
O sistema de distribuição de água aquecida é semelhante ao utilizado para a água arrefecida, com a diferença de que em vez de ser utilizado um grande reservatório de armazenamento, apenas se recorre a um pequeno tanque de balanço. As bombas secundárias bombeiam a água para a rede de distribuição a uma temperatura inferior a 100ºC. Após a permuta de energia nas subestações, a água quente retorna à central a uma temperatura da ordem dos 65ºC, sendo bombeada para os permutadores shell & tubes, onde é reaquecida pelo vapor produzido na caldeira de recuperação ou na caldeira auxiliar. Tal como na rede de distribuição de água arrefecida, todas as tubagens de água aquecida estão devidamente isoladas.
Subestação
Subestações
As subestações de transferência de energia, localizadas nos edifícios utilizadores do serviço, estão equipadas com permutadores de calor compactos de placas, sendo nestas unidades que se realiza a interface entre a rede primária da CLIMAESPAÇO e a rede secundária dos clientes.
As subestações compreendem, habitualmente, 2 permutadores de calor, um destinado ao circuito de água arrefecida e outro ao circuito de água aquecida. O número de permutadores depende contudo da potência térmica instalada em cada ponto de entrega, existindo subestações com 3 ou mais permutadores no circuito de água arrefecida. Para além dos permutadores, as subestações compreendem ainda os sistemas de controlo de temperatura e caudal, bem como os contadores de energia.