O potencial técnico das bombas de calor grandes e industriais

As bombas de calor são consideradas grandes se excederem as capacidades de 100kW. Podem atingir facilmente a gama de um a vários megawatts com as maiores unidades a fornecerem 35MW numa única máquina.

Atecnologia de bombas de calor actualmente disponível pode fornecer calor até 100°C com uma dispersão entre a fonte e a temperatura da pia de aproximadamente 50 K por estágio. A utilização de bombas de calor para aplicações acima de 100°C continua a ser um desafio. Embora os princípios subjacentes sejam conhecidos e existam protótipos para estes níveis de temperatura, estes ainda não estão disponíveis em produtos standard. O actual nível de projectos de investigação e desenvolvimento, bem como o interesse crescente por parte de novos intervenientes no segmento das grandes bombas de calor, deixam espaço para o optimismo. Esperam-se produtos novos e melhorados no mercado.

Sem soluções existentes para aplicações de bombas de calor para níveis de temperatura superiores a 150°C, este segmento não foi incluído na actual avaliação do potencial.

Com isto em mente, os dados disponíveis do Eurostat foram avaliados para determinar o potencial para a aplicação de bombas de calor na indústria.

Os dados de 2012 para a UE-28 revelam que a indústria está a utilizar 3200 TWh de energia final e que tem uma procura de calor de aproximadamente 2000 TWh. A figura 2 mostra a divisão desta procura de calor.

Figura 2: Distinção da procura de calor na indústria por sector e gama de temperaturas. [1]

Esta avaliação revela um potencial praticamente alcançável para bombas de calor na gama de temperaturas até 100°C de 68 TWh, principalmente nas indústrias química, de papel, alimentar/tabaco e de madeira (ver barras azuis sombreadas na fig. 2). A adição dos sectores de água quente e aquecimento de espaços revela um adicional de 74 TWh (ver barras sombreadas de cor laranja na fig. 2). Com o progresso técnico, um potencial adicional de 32TWh na gama de temperaturas de 100 a 150°C pode ser tornado acessível (ver barra azul mais escura na fig. 2). No total, 174 TWh ou 8,7% de toda a procura de calor na indústria podem ser fornecidos por bombas de calor. As gamas de temperatura mais elevadas mostradas em cinzento no gráfico acima permanecem inacessíveis para a tecnologia das bombas de calor.

O resultado desta avaliação mostra o potencial realista das aplicações de bombas de calor. O potencial técnico é muito maior, mas muitas vezes não pode ser plenamente utilizado devido a considerações práticas. Uma análise mais refinada, baseada em modelos executados por Wolf e Blesl chega à conclusão de que o potencial técnico da utilização de bombas de calor na indústria nos 28 estados membros da UE é de 1717 PJ (477 TWh), sendo apenas 270 (75 TWh) ou 15% do mesmo acessível se forem aplicadas considerações económicas e práticas. [1]

Assim, a abordagem baseada em modelos conduz a um potencial técnico maior, mas a um potencial económico muito menor.

Os principais factores que influenciam a perspectiva económica das operações com bombas de calor são

• Custo dos combustíveis fósseis
• Custo da electricidade
• Taxa de juro
• Eficiência do sistema de bomba de calor
• Disponibilidade simultânea de fornecimento e procura de calor, procura simultânea de aquecimento e arrefecimento
• Diferenças de custos de investimento.

São possíveis poupanças de custos de funcionamento devido à utilização de bombas de calor, se o custo relativo dos combustíveis fósseis e da electricidade for menor do que a eficiência do sistema de bomba de calor. Com um preço da energia bastante distorcido, isto é cada vez mais difícil, já que muitos governos recuperam o custo de tornar o sistema eléctrico mais ecológico através do próprio custo da electricidade. Ao mesmo tempo, o preço dos combustíveis fósseis não reflecte o impacto ambiental negativo da sua utilização. Assim, o custo relativo do fornecimento de calor aponta a favor dos combustíveis fósseis.

Figura 3: Potencial da bomba de calor industrial na UE-28 [2]

Uma vez que existe uma relação directa entre a redução da procura de energia e as emissões de CO2, o alargamento do potencial económico de redução da procura reduzirá também as emissões de CO2 do sector industrial. O estudo conclui um potencial total de redução das emissões de CO2 de 86,2 Mt com 21,5 Mt (25%) economicamente viável.

Obstáculos, desafios e oportunidades

Os principais obstáculos que limitam a utilização de bombas de calor na indústria são os seguintes:

• Requisitos extremos de retorno do investimento, muitas vezes não mais de 2 anos, são aceites. Isto é ainda mais complicado devido a um preço comparativamente baixo da energia fóssil.
• Aversão ao risco, em particular contra bombas de calor que não são confiáveis, mas vistas como uma tecnologia nova e não comprovada.
• A disponibilidade de exemplos de melhores práticas que poderiam criar confiança em novas soluções é limitada ou inexistente.
• Barreiras estruturais na indústria como o elevado custo de transacção para a conversão de processos, já que muitos processos antigos se baseiam no vapor ou na necessidade de integrar competências e responsabilidades para realizar uma perspectiva de sistemas, a fim de optimizar energeticamente processos industriais e aplicações comerciais

Tanto a poupança de energia como o potencial de redução de CO2 das bombas de calor em aplicações industriais ainda está largamente por utilizar. A criação de condições de enquadramento político mais favoráveis permitirá inverter esta tendência. Estas incluem

• Adicionando um sinal de preço à utilização de combustível fóssil
• Reduzir a carga dos impostos e das taxas sobre a electricidade cada vez mais limpa
• Fornecer taxas de juro baixas e garantias de empréstimo a investimentos energeticamente eficientes utilizando tecnologias de baixa emissão de carbono, tais como bombas de calor
• Aumentar a investigação e desenvolvimento de soluções padronizadas de bombas de calor para os sectores industriais identificados
• Fornecer mais exemplos de melhores práticas.

Há um esforço conjunto necessário tanto dos decisores políticos como da indústria para desenvolver o potencial técnico e económico das aplicações das bombas de calor na indústria. É necessário que ambos puxem o mesmo cordel (e na mesma direcção) para libertar totalmente o potencial.

Nota sobre a Associação Europeia de Bombas de Calor (EHPA) aisbl: O artigo faz parte da brochura sobre "bombas de calor de grande escala na Europa", o resultado do trabalho realizado no grupo de trabalho de bombas de calor industriais e comerciais da EHPAs. Se tiver alguma questão sobre a utilização de bombas de calor nas áreas apresentadas ou noutras áreas de aplicação, queira contactar o presidente, Eric Delforge, através do secretariado da associação em info@ehpa.org.

Weblink: http://www.ehpa.org/

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Fontes: [1] Wolf, S.; Blesl, M.: Model-based quantification of the contribution of industrial heat pumps to the European climate change mitigation strategy. Em: 2016: Actas da Conferência sobre Eficiência Industrial da ECEEE 2016. Berlim, 12.-14.09.2016. Estocolmo, 2016