New York Manhattan'ın Buhar Şebekesi Sistemi
(worksinprogress.co)- Manhattan, 1882’den beri merkezi üretim buharı 105 millik bir boru ağıyla dağıtıyor; sistem bugün de 1.500’den fazla büyük binanın ve 500 milyon fit karelik alanın ısıtma, sıcak su ve endüstriyel kullanım ihtiyaçlarını destekliyor
- Bu ağ, giderek yükselen bir şehirde tek tek kazanları ve kömür lojistiğini azaltmak için büyüdü; başlangıç noktası Birdsill Holly’nin bölgesel ısıtma denemeleri ve New York Steam Company’nin 1882’deki ticarileştirmesi oldu
- Bugün ConEd sistemi, Manhattan’daki 4 ve Queens’teki 1 üretim tesisi ile birlikte Brooklyn’deki 322MW santralden satın alınan kapasiteyi ekleyerek yaklaşık saatte 11,5 milyon pound buhar kapasitesiyle işletiliyor
- Buharın yüksek sıcaklık ve basınç, yoğuşma suyu yönetimi ve water hammer riski nedeniyle bakımı zordur; ancak pompa olmadan hareket edebilmesi ve endüstriyel süreçlerde doğrudan kullanılabilmesi avantaj sağlar
- Modern bölgesel ısıtma büyük ölçüde sıcak su tabanlı sistemlere kayıyor; yüksek ısı talebi yoğunluğu, büyük başlangıç yatırımı ve politika desteği olup olmaması uygulama olasılığını belirliyor
Manhattan buhar ağının bugünkü rolü
- Manhattan, 1882’den beri konut ve ticari binalara buhar sağlıyor
- Buhar, basit ısıtmanın ötesinde çeşitli kentsel işlevlerde kullanılıyor
- The Waldorf Astoria’da çarşaf ütüleme
- Restoranlarda bulaşık yıkama ve yemek ısıtma
- Çamaşırhanelerde kıyafet yıkama
- NewYork-Presbyterian Hospital’da tıbbi ekipman sterilizasyonu
- Metropolitan Museum of Art’ta eserlerin çevresindeki nem ve sıcaklık kontrolü
- Dairelerde ve ikonik binalarda alan ısıtması ve sıcak su
- Bu sistem, elektrik, kanalizasyon ve şebeke suyu gibi merkezi üretim, ölçüm ve boru hattıyla dağıtım modeliyle çalışıyor
- Bugün 105 millik boru ağı üzerinden 1.500’den fazla binayı, Manhattan gayrimenkulünün 500 milyon fit karesini ve 3 milyon kişinin yaşam altyapısını destekliyor
Merkezi ısıtmadan önceki ısınma sorunu
- Isıtma, dünya genelindeki nihai enerji tüketiminin yaklaşık yarısını oluşturuyor
- Modern merkezi ısıtmadan önce şömine ve sobalar başlıca yöntemdi; odun, kömür, artık mahsuller ve gübre gibi yakıtlar yakılıyordu
- Geleneksel şömineler yanma için dakikada 300 fit küp hava çekiyor ve üretilen ısının %85’ine kadarını bacadan dışarı vererek son derece verimsiz kalıyordu
- Yakacak odunun kesilmesi, taşınması ve yarılması kişi başına yılda iki aya kadar emek gerektirebiliyordu
- Katı yakıtlar iç ve dış ortam kirliliğini de artırıyordu
- Bir çalışma, şöminelerin 1 kg odun başına 58 mg PM2.5 saldığını hesaplıyor
- Odun şöminesi yanan bir odada 1 saat geçirmek, yaşam süresinden yaklaşık 18 dakika eksiltmeye eşdeğer; bu da 1,5 sigaraya denk kabul ediliyor
Merkezi ısıtma ve radyatörün gelişimi
- James Watt, 1700’lerin sonlarında kendi evinde merkezi bir kazanı boru hattına bağlayarak merkezi ısıtmanın temelini attı
- William Strutt, 1805’te kömürle soğuk havayı ısıttıktan sonra bunu kanallarla eve dağıttı
- Yaklaşık 1863’te radyatör, modern ev ısıtmasının önemli bir biçimi olarak ortaya çıktı
- Katlanmış boruların içinde buhar dolaştırarak küçük bir hacimde geniş yüzey alanı sağlıyordu
- Konveksiyon ve ışınım yoluyla odaya ısı aktarıyordu
- Her radyatöre vana takılarak oda bazında kontrol mümkün oluyordu
- Radyatörler bina içindeki ısı dağıtımını iyileştirdi, ancak yine de her bina için ayrı bir kazan gerekiyordu
- Büyük binalardaki yerinde kazanlar, kazan dairesi, kömür depolama alanı, tesisat ve uzman bakım personeli nedeniyle alan ve maliyet açısından yük oluşturuyordu
Kömür lojistiği ve kentsel kirlilik
- Empire State Building’i kömürle ısıtmak için günde 45 tondan fazla, yaklaşık iki konteyner dolusu kömür gerekiyordu
- Thomas Edison’un Pearl Street elektrik santrali de 1882’de açıldığında günde 20 tondan fazla kömür tüketiyordu
- Manhattan’daki arsa fiyatlarının yükselmesi, kömür depolama ve taşıma alanı sorununu daha da büyüttü
- 1790’lardan 1880’lere kadar başlıca arsa fiyatları 10 kat arttı
- 1825’te dönüm başına 400 dolardan, 19. yüzyılın sonunda dönüm başına 1 milyon doların üzerine çıktı; bu da bugünün değeriyle 30 milyon doların üzerindeydi
- Kömür türleri de işletme koşullarını sınırlıyordu
- Antrasit, %92 ila %98 karbon içeriğiyle sıcak ve temiz yanıyor, ancak tutuşturulması zordu
- Bitümlü kömür, %45 ila %86 karbon içeriğiyle daha az sıcak yanıyor ve daha fazla kirlilik yaratıyordu
- ABD şehirleri 1880’lerden itibaren is ve dumanı düzenlemeye başladı, ancak kurallar sık sık göz ardı edildi
- 1902’deki grev nedeniyle antrasit fiyatları yükselince bazı New York City tesisleri bitümlü kömüre geçti; bunun sonucunda duman şehri kapladı ve halkın kaygısını artırdı
Manhattan’ın yükselen silüeti ve ısıtma talebi
- 1850 ile 1900 arasında Manhattan nüfusu 515 binden 1,8 milyona çıktı
- Bazı bölgelerde nüfus yoğunluğu mil kare başına 632 bin kişiye ulaştı; bu, bugünkünün 10 katıydı
- Aşırı yoğunluk ahlaki ve halk sağlığı sorunları doğurdu, gecekondu düzenlemeleri ise Manhattan’daki alan sıkıntısını daha da büyüttü
- 1878’de açılan Ninth Avenue Line gibi yükseltilmiş demiryolları şehrin fiili büyüklüğünü genişletti, ancak ücretler düşük ücretli işçilerin düzenli işe gidiş gelişleri için yeterince ucuz değildi
- Manhattan’ın büyümeye devam edebilmesi için yukarı doğru inşa etmesi gerekiyordu
- Gökdelenler iki yeniliğe dayanarak mümkün oldu
- Elisha Otis’in 1852 tarihli güvenlik asansörü, kablo koparsa güvenlik frenini devreye sokarak yüksek katlara çıkma korkusunu azalttı
- Bessemer süreci gibi çelik üretimindeki ilerlemeler, dayanım/ağırlık oranı 10 kat daha yüksek çelik iskeletleri ekonomik hale getirdi
- New York’taki bina yükseklikleri hızla arttı
- 1890’da en yüksek bina 18 kattı
- 1899’da Park Row Building 31 kattı
- 1908’de Singer Building 41 kattı
- Dikey büyüme daha fazla konut ve ticari alan yarattı, ancak bu alanların ısıtma, elektrik ve suyla da beslenmesi gerekiyordu
Birdsill Holly ve bölgesel ısıtmanın başlangıcı
- New York bu soruna, Birdsill Holly’nin icadı olan bölgesel ısıtma ile yanıt verdi
- Holly, kent yangını riski ve su temini sorunlarıyla uğraştı; 1856’da buharlı yangın pompasının öncüsü olan bir cihaz geliştirdi
- Onun ‘Holly System of Direct Water Supply and Fire Protection for Cities, Towns and Villages’ sistemi, evlere ve yangın musluklarına sürekli basınçlı su sağlayarak rezervuar ve standpipe ihtiyacını azalttı
- 23 şehir bu sistemi taklit etti ve daha sonra U.S. Supreme Court Holly’ye tazminat ödenmesine hükmetti
- Holly, buhar pompaları, boru hatları ve kentsel yoğunluk konusundaki deneyimine dayanarak buharlı bölgesel ısıtmayı tasarladı
- Amaç, tek bir kazanla birden fazla binayı ısıtarak yangın riskini ve ısınma lojistiğini merkezileştirmekti
- İlk olarak 1,5 inçlik borularla başladı, ardından asbestle yalıtılmış ahşap hendeklerin içindeki 3 inçlik borulara genişledi
- 31 Chestnut Street’teki bodrum kazanından komşu evlere buhar gönderdi
- 1877’de ilk pratik bölgesel ölçekli deneme başladı
- Vana, basınç regülatörü, steam trap, ısıl genleşme braketi ve sayaç gibi yeni aygıtlar gerekiyordu
- Kışa kadar 20 hane kaydoldu
- Ağ; 3 millik boru hattı, 3 kazan ve 25~30psi basınçtan oluşuyordu
- Deneme başarılı olduktan sonra Holly Steam Combination Company kuruldu ve Holly 50’den fazla buluş için patent aldı
- 1882’ye gelindiğinde en az 20 Holly buhar sistemi faaliyetteydi; Denver’daki sistem ise 1880’den beri kesintisiz çalışıyor
New York Steam Company'nin büyümesi
- Manhattan'da 1830'larda Croton River su tedarik boru hattı ve 1850'lerde gaz ana hatları gibi kentsel altyapı hizmetleri zaten vardı
- Wallace Andrews ve Charles E. Emery, Holly'nin tasarımını görüp New York City'de bir buhar sistemi kurmaya karar verdi
- Andrews finansman ve belediye meclisi izinleri için çalıştı; Edison'ın elektrik kablosu işleri de sokak kazı izinleri ortamını etkiledi
- 1882'deki ilk işletme yılında New York Steam toplam 200 bin dolar gelir elde etti; bu, enflasyona göre yaklaşık 6 milyon dolara denk geliyor
- İlk buhar istasyonu, bugün World Trade Center memorial arazisi olan 172–176 Greenwich St adresine inşa edildi
- 250 beygir gücünde 64 kazan, 4 kata yerleştirildi
- Kömür üst katlara taşınıp şutlarla kazanlara veriliyor, kül de aynı şekilde bodruma düşüyordu
- 1884'te 5 millik boru hattı çalışıyordu ve Battery'den günümüzdeki Civic Center yakınındaki Murray St'ye kadar 250 müşteriye buhar sağlayarak kâr ediyordu
- Merkezi sistem, şehir planlaması ve halk sağlığı açısından da avantaj sağladı
- New York Steam Corporation, merkezi sistemin 1,2 milyon ton kömür ile 2.500'den fazla bacadan çıkan dumanın yerini aldığını tahmin etti
- Kömür ve külün taşınması için 300 gün boyunca günde 700 adet 5 tonluk kamyon gerekeceği hesaplandı
- Ağa bağlanan yeni binalar arttıkça, boru döşeme ve kömür taşıma maliyetleri daha fazla müşteriye yayıldı ve sistem verimliliği arttı
- İlk müşteriler arasında First National Bank gibi çok sayıda ofis binası vardı; ayrıca restoranlar, jeneratörler, çamaşırhaneler ve halk hamamları da bulunuyordu
- 1920'ler ve 1930'lardaki Art Deco gökdelenlerin çoğu New York Steam Company'den hizmet aldı
- Standard Oil Building
- Ritz Tower Building
- New York Life Insurance Company
- Paramount Building
- Chrysler Building
- Waldorf-Astoria
- Rockefeller Center
- Empire State
- 1931'de yıllık kâr 2 milyon dolara ulaştı ve 1932'de 65 millik boru hattı ile 2.500'den fazla binaya sahip, dünyanın en büyük bölgesel ısıtma sistemi haline geldi
ConEd'in işlettiği modern buhar sistemi
- Ağın sahibi bugün Consolidated Edison, yani ConEd
- Üretim tesisleri Manhattan'da 4, Queens'te 1 noktada bulunuyor; ayrıca Brooklyn'deki 322MW tesisten ek buhar da satın alınıyor
- East River kıyısındaki 14th Street'teki en büyük tesis, bir şehir adasının büyük bölümünü kaplıyor
- 12 büyük kazan suyu yaklaşık 177°C'ye kadar ısıtıyor
- Buhar ağa 150psi, yani yaklaşık 10 atmosfer basınçla veriliyor
- 6 kazan sahasının toplam kapasitesi saatte yaklaşık 11,5 milyon pound buhar
- Zirve anlarda saatte 9 milyon pounddan fazla kullanılıyor
- Kışın su tüketimi saatte neredeyse 2 olimpik yüzme havuzuna yaklaşıyor
- Buhar önce genellikle 2 ila 3 feet çapındaki büyük ana hatlardan çıkıyor, ardından 105 millik daha küçük boru ağına yayılıyor
Yer altı boruları ve bina bağlantı şekli
- Eski borular dökme demirden yapılmış; Emery'nin kullandığı asbest yalıtımının kaldığı yerler olabiliyor ve bu, bakımda ve çatlaklarda sorun yaratıyor
- 2023'teki son büyük patlamada New York City 7 bloğu kapattı ve çevredeki binalarla sokakları yıkadı
- Yeni borular karbon çelik alaşımından yapılıyor, genelde mineral yün yalıtımla sarılıyor ve prefabrik beton kanalların içine yerleştiriliyor
- Isı kaybını azaltıyor
- Çevredeki borular ve kablolar üzerindeki etkiyi azaltıyor
- Boruların çoğu, diğer altyapı hatlarından daha derinde, yerin 4 ila 15 feet altında bulunuyor
- En derin ana hat, Park Avenue Tunnel'ın altında ve Bronx ile Grand Central arasında giden trenlerden 30 feet daha aşağıda yer alıyor
- Yeni bir bina ağa bağlandığında servis vanası ve borular kuruluyor, bodruma giren buharın basıncı da yaklaşık 125psi'ye düşürülüyor
- Sonrasında çoğu bina, sayaç ve basınç düşürme ekipmanından geçen buharı ısı eşanjörlerine göndererek tek tek dairelere ve odalara dağıtıyor
Ölçüm, ücretlendirme ve yoğunluk etkisi
- ConEd, müşteri ücretlerini hesaplamak için başlıca orifice plate sayaçları kullanıyor
- Borunun içine, hassas işlenmiş bir deliğe sahip ince bir metal plaka dikey olarak yerleştiriliyor
- Buhar delikten geçerken oluşan basınç düşüşü sensörlerle ölçülerek debi hesaplanıyor
- Buhar, 1 milyon poundluk birim olan megapound üzerinden ücretlendiriliyor
- Tüm apartman bağlantıları, yazı yazıldığı tarih itibarıyla aylık 3.555,43 dolar sabit hizmet ücreti ödüyor
- Kullanım ücreti yazın megapound başına 11,35 dolardan başlayıp yoğun sezonda 35,013 dolara kadar çıkıyor
- NYC Department of Buildings verilerine dayanan örnekler, yoğunluğun ücret üzerindeki etkisini gösteriyor
- Midtown'daki 70 daireli konut binası 201 East 62nd Street, 2021'de 5.962 megapound tüketti; aylık yaklaşık 16.741,23 dolar ya da daire başına aylık 239,16 dolara mal oldu
- 454 daireli Lincoln Towers ise 19.483 megapound için aylık en az 47.370,80 dolar, yani daire başına aylık 104,34 dolar ödedi
- Ücret yapısı, yüksek yoğunluklu binalar lehine güçlü biçimde çalışıyor
Basınç kontrolü ve kondensat sorunu
- Buhar ağının bakımındaki büyük zorluklardan biri, buhar hareket ederken ve binalara girerken değişen basıncın yönetimi
- Mühendisler, servis vanasının iki yanındaki vanalarla müşteri bazında giriş basıncını hassas biçimde kontrol ediyor ve sensörlerle sistem kullanımını izliyor
- Basınç çok yükselirse vanalar açılıyor ve buhar ızgaralar üzerinden dışarı veriliyor
- Basınç uzun süre fazla yüksek kalırsa ConEd bazı kazanları kapatıyor
- Basınç çok düşerse yeni kazanlar devreye alınıyor ya da başka yerlerdeki vanalar kapatılarak arz artırılıyor
- Bu geri besleme mekanizmasının büyük kısmı otomatikleştirilmiş durumda ve elektronik sensörlerle yüksek hassasiyetli vanalar sistem verimliliğini artırıyor
- Mevcut sistemin uçtan uca verimliliği %60 {p:60}
- Buhar soğuduğunda, su damlacıkları şeklinde kondensat oluşuyor ve boruların alçak noktalarında birikiyor
- Kondensat oksijen ve karbondioksit emerek çok daha aşındırıcı hale geliyor
- Yer altı altyapısına erişimin zor olduğu eski bölümlerde korozyon onarımı pahalı ve tehlikeli olabiliyor
- Kışın kondensat donarak tıkanma ve patlamalara yol açabiliyor
Waterhammer ve 2007 patlaması
- En dramatik arıza waterhammer
- Kondensat, boru kesitini tamamen dolduran su kütleleri halinde oluşabiliyor
- Bu su kütlesi yüksek basınçlı buharla karşılaşınca boru boyunca itilerek saatte 100 mile, saniyede 50m'nin üstüne kadar hızlanabiliyor
- Hızla hareket eden su kapalı bir vanaya, keskin bir kıvrıma ya da bir engele çarptığında, normal çalışma basıncının çok üstünde basınç darbeleri oluşuyor
- Bu da büyük hasara veya tüm sistemin arızalanmasına yol açabiliyor
- Son büyük arıza 2007'de 41st ve Lexington'da yaşandı
- 82 yıllık bir boru patladı ve Midtown'a enkaz saçtı
- Şiddetli yağmur boruyu soğuttu ve hızla çok miktarda kondensat oluştu
- Tıkalı bir steam trap nedeniyle su tahliye edilemedi
- İç basınç aniden yükseldi ve patlama meydana geldi
- Yaklaşık 50 kişi yaralandı, kaçmaya çalışan bir kadın da kalp krizi geçirerek öldü
Modern bölgesel ısıtma neden sıcak suya geçti
-
- yüzyılın başında buhar, mevcut enerji santrallerinden kolayca elde edilebiliyordu ve yüksek sıcaklığı sayesinde hem endüstriyel süreçler hem de evsel kullanım için uygundu
- Buhar yükseldiği için yoğun, yüksek katlı kentsel ortamlara doğal olarak uyum sağlıyordu
- Yüksek başlangıç sıcaklığı ve enerji içeriği sayesinde, ısı kaybı olsa bile uzun mesafelere yeterli ısı taşınabiliyordu
- 1930'lardan sonra yeni sistem tasarımları büyük ölçüde ısı taşıyıcı ortam olarak sıcak suya geçti
- Sıcak su sistemleri yüksek basınç altında 180°C'ye kadar, düşük tarafta ise 40°C'ye kadar kullanılabiliyor
- Daha düşük sıcaklık, çevreyle olan sıcaklık farkını azaltarak ısı kaybını düşürüyor
- Yalıtım malzemeleri de daha düşük sıcaklıklarda genel olarak daha etkili oluyor
- Buhar sistemleri dağıtım sırasında ısının %10 ila %25'ini kaybederken, düşük sıcaklıklı sıcak su sistemleri bunu %3 ila %5 seviyesine indirebiliyor
- Daha düşük sıcaklık ve basınç, yüksek basınçlı kaza ve sızıntı riskini azaltarak kurulum ve bakımı daha kolay, daha güvenli ve daha ucuz hale getiriyor
Kondensat geri kazanım maliyeti ve enerji kaybı
- Buhar sistemlerinde kondensatın ayrıca yönetilmesi gerektiği için karmaşıklık artıyor
- Kondensat, buhardan ayrıştırılıp boşaltılmalı ya da yeniden kullanım için geri dönüş hattıyla kazanlara geri pompalanmalı
- Bölgesel ısıtma sistemlerinin sermaye maliyetinin genellikle %50 ila %60'ı borulara ve pompalara gidiyor
- Büyük sistemlerde geri dönüş hatları aşırı pahalı olabiliyor
- Kondensat boşaltıldığında toplam enerji girdisinin %15'i kaybediliyor ve bu da işletme verimliliğini düşürüyor
- Modern sistemlerin %70 ila %90 verimliliğiyle karşılaştırıldığında, New York buhar sisteminin %60 verimlilik farkı esas olarak dağıtım kayıpları ve kondensat tahliyesinden kaynaklanıyor
Sıcak suyla bölgesel ısıtma ve yeni ısı kaynakları
- Sıcak su sistemleri, elektrikli daldırma ısıtıcılarla suyu kaynama noktasının altına kadar kolayca ısıtabildiği için yenilenebilir enerjiyle entegre edilmesi kolaydır
- Nükleer santraller reaktör soğutması için çok miktarda su kullanır; Beznau ve Haiyang reaktörleri hâlihazırda bölgesel ısıtmaya yılda yüzlerce GWh ısı sağlıyor
- Veri merkezleri de neredeyse tüm elektrik girişini ısıya dönüştürdüğü için potansiyel bir ısı kaynağıdır
- Tek bir büyük veri merkezi 20~50MW ısı üretebilir
- 2024'te dünya genelindeki veri merkezleri toplam 47GW elektrik tüketti
- Bazı yeni projelerde London Underground artık ısısı, ısı pompalarıyla değerlendirilerek bölgesel ısıtmada kullanılıyor
- 100°C sıvı su, aynı sıcaklıktaki buhara göre yaklaşık iki kat daha yüksek özgül ısıya sahiptir; bu nedenle kg başına her sıcaklık artışında yaklaşık iki kat enerji depolar
- Sıcak su tabanlı sistemler, elektrik talebinin düşük olduğu veya yenilenebilir üretimin yüksek olduğu zamanlarda enerjiyi depolayıp daha sonra ısı olarak açığa çıkarabilir
- Kentsel ısıtma ağları, elektrik şebekesini destekleyen şehir ölçeğinde enerji depolama işlevi de görebilir
Dünyadan bölgesel ısıtma örnekleri
- Dünya genelinde on binlerce bölgesel ısıtma sistemi vardır; bunlar özellikle Kuzey ve Doğu Avrupa'da yaygındır
- Büyük şehirlerdeki boru hatlarının ölçeği son derece büyüktür
- Helsinki: 870 mil
- Copenhagen: 1.000 milden fazla
- Stockholm: 1.200 mil
- Vienna: 750 milden fazla
- Moscow: 10.000 milden fazla
- Copenhagen, kentin ısıtma talebinin %99'undan fazlasını bölgesel ısıtmayla karşılıyor
- Moscow United Energy Company, Moscow sakinlerinin %90'ına ısı sağlıyor
- Birleşik Krallık'ta iki veya daha fazla binaya hizmet veren 2.000 ısıtma sistemi bulunuyor; bunların üçte birinden fazlası London'da
- Bu, Birleşik Krallık ısı talebinin yaklaşık %2'sine karşılık geliyor
- Pimlico'nun ünlü sıcak su sistemi 1950'de devreye alındı; Battersea Power Station'ın atık ısısıyla 3.000'den fazla haneye ısıtma sağladı ve bugün de çalışıyor
- Westminster, yaşlanma ve yüksek karbon yoğunluğu nedeniyle Pimlico sisteminin yenilenmesini ya da kapatılmasını değerlendiriyor
Buharın hâlâ avantajlı olduğu durumlar
- Bazı sistemler buhardan uzaklaşıyor ve yeni sistemlerin sıcak suyla çalışması daha olası görünüyor
- Yine de buharın belirgin avantajları sürüyor
- Buhar kendi kendine hareket eder, bu yüzden ihtiyaç duyulan yere pompalanması gerekmez
- Sıcak su sistemlerinde suyun yeniden pompalanması gerekir
- Kondensi tahliye eden buhar sistemlerinde yaklaşık yarı miktarda borulama yeterli olur
- Birçok endüstriyel süreç doğrudan buhar gerektirir
- Belirli koşullarda buharlı bölgesel ısıtma hâlâ tercih edilebilir
Bölgesel ısıtmanın uygulanabilir olduğu koşullar
- Bölgesel ısıtma gerçek anlamda mahalle ölçeğinde bir teknolojidir ve yüksek ısı talebi yoğunluğu gerektirir
- Isı kaybı ve altyapı maliyetleri nedeniyle, doğrusal ısı yoğunluğu yani ağ borusunun metre başına yıllık satılan ısı miktarı 2~3MWh'nin altındaysa genellikle ekonomik olmaz
- Bu, en az yaklaşık dönüm başına 12 hane, hektar başına 30 hane yoğunluğuna karşılık gelir
- Bu seviye, Birleşik Krallık'taki yeni banliyö projelerinin ortalamasına yakındır; ancak ABD banliyö gelişimleri için oldukça yüksek bir yoğunluktur
- Los Angeles'taki R1 konut imar bölgesinde asgari parsel büyüklüğü 0.114 dönüm olduğu için bu eşik karşılanmaz ve kentsel konut arazisinin dörtte üçü kapsam dışında kalır
- Bölgesel ısıtma genellikle daha küçük ve daha yoğun yerleşimleri hedefler
- konut siteleri
- merkezi iş bölgeleri
- kamu yerleşkeleri
- kampüsler
- Hastaneler, üniversiteler ve sanayi tesisleri, istikrarlı taban ısı talebi sağlayarak sistem ekonomisini güçlendiren çapa işlevi görebilir
Başlangıç maliyetleri ve politika desteği
- İlk sermaye maliyetleri yüksektir
- 2014 tarihli bir araştırmaya göre Birleşik Krallık'ta bölgesel ısıtma ağlarının maliyeti, boru hattı metresi başına yaklaşık 1.242 sterlin düzeyindedir
- İngilizce konuşulan ülkelerdeki yüksek inşaat maliyetleri ve karmaşık planlama sistemi, maliyetleri daha da artırır
- Sakinlerin bu tür sistemleri desteklemesi için ticari teşvikler vardır
- Denmark'ta bölgesel enerjinin %94,4'ü, düzenlemeye tabi tarife kapsamında alternatif bağımsız ısı kaynaklarından daha ucuzdu
- Birleşik Krallık'taki bazı hesaplamalar, gaz kazanına kıyasla yıllık 350 sterlin, hava kaynaklı ısı pompasına kıyasla yıllık 950 sterlin tasarruf öngörüyor
- Bölgesel ısıtmanın yaygınlaşması için, ilk engelleri aşmaya yönelik güçlü politika desteği ve finansal teşvikler gerekmesi muhtemeldir
- Birleşik Krallık hükümeti, Energy Act 2023 ile piyasayı açıkça düzenledi ve heat network zoning değerlendirmesi için bir istişare başlattı
- İstişare özeti, bir gün Birleşik Krallık'taki ısının en fazla %20'sinin ısı ağlarıyla sağlanabileceğini öngörüyor
New York buhar sisteminin yeri
- New York City'nin buhar sistemi, kentin günlük yaşamının ve görsel dilinin parçası hâline gelmiş simgesel bir anakronizmdir
- Manhattan binalarının göğe yükselmeye başladığı dönemde temel bir teknoloji olarak işlev gördü
- Bu sistem, dünya geneline ihraç edilip geliştirilen bölgesel ısıtmanın tarihsel temellerinden biridir
- Geleceğin şehirleri muhtemelen yüzlerce millik buhar boru hattıyla çalışmayacak
- Ancak gelecekteki kentsel ısıtma ve soğutmanın önemli bir bölümü, yüksek derecede yalıtılmış borular içinden su pompalanan bölgesel sistemlerle sağlanabilir
1 yorum
Hacker News yorumları
Makale uçtan uca verimliliği %60 olarak alıyor. Buna buhar üreticisi ve boru ağı bakım maliyetleri de ekleniyor.
Elektrik iletim şebekesinin tüketiciye kadar verimliliği kabaca %85; eski dirençli elektrikli radyatörlerin verimliliği ise %100. O halde yeni binaların buhar sistemine katılması için bir neden olup olmadığını merak ediyorum.
Ama ısıl potansiyel açısından bakıldığında eski teknoloji yaklaşık %33’te, en iyi modern teknoloji bile yaklaşık %45’te kalıyor. Kömür ya da doğal gaz yakıldığında çok fazla ısı açığa çıkar; bunun bir kısmı türbini döndürür, ama kayda değer bir kısmı kondenserler veya egzoz gazları yoluyla atmosfere atılır.
Buhar dağıtımı burada çok iyi bir çözüm hâline geliyor. Çünkü elektrik üretiminin atık ısısının bir kısmını ısıtma sektöründe verimli biçimde kullanan kojenerasyon mümkün oluyor. Bir santralde 1000F ve 1000 PSI süperkritik buhar gerekir; oysa buhar ağı için yaklaşık 150 PSI ve 350F buhar yeterlidir. Bu buharda brülörden gelen enerji hâlâ oldukça fazladır, ama türbin için görece daha az işe yarar.
Bu yüzden elektrikle ısıtma, bedava ısıyı çöpe atmak anlamına gelir. Elbette ısı dağıtım ağı da bedava değildir.
Elektrik güneş ve rüzgârdan üretilebilip depolanabiliyorsa, elektrikli ısıtma ekonomik açıdan avantajlı hâle gelebilir. Güneş ısısını doğrudan depolamak çok daha zordur.
Usage fees are then added on top, paying anywhere from $11.35 per megapound in the summer to $35.013 during peak season.deniyor; oda sıcaklığına göre yoğuştuğu için pound başına 1112 BTU’dan düşük buharın, bir megapound buharın ısı içeriği en az 325.895 kWh olur.Bu, marjinal maliyet olarak MMBtu başına 1–3 cent, MWh başına 3,5–11 cent düzeyindedir. 3.555 dolarlık bağlantı ücreti, makalede geçen 13 bin–44 bin dolarlık buhar maliyetinden çok daha küçüktür.
Karşılaştırmak gerekirse doğal gaz MMBtu başına birkaç dolar, toptan elektrik ise MWh başına 40–60 dolardır. Buhar birkaç mertebe daha ucuzdur.
Makaledeki fiyatlar doğruysa, Lincoln Towers az önce verilen 11,35 dolarlık kullanım ücretinin çok altında, megapound başına 2,43 dolar ödüyor gibi görünüyor; nedenini bilmiyorum ama buhar fiilen bedavaya yakın. Sübvansiyonlar ya da üretimi zorunlu kılan düzenlemeler olabilir. Buharın önemli bir kısmı kirlilik azaltma sürecinin yan ürünü olan kojenerasyondan geldiği için maliyetin düşmesi mantıklı; ancak bu fiyatı açıklamak için neredeyse tüm buharın yan ürün olması gerekir gibi görünüyor.
“Başka bir amaçla kullanılabilirdi” anlamındaki fırsat maliyeti sıfırdır.
Özellikle şu bölüm dikkatimi çekti:
in 1962, the anthracite seam under Centralia, PA – 25 miles to the west of Lehigh County – caught on fire and is still burning today.)Yeraltındaki bir kömür madeninin 60 yılı aşkın süredir yanıyor olması şaşırtıcı. Madenin daha ne kadar yanacağını merak ediyorum. Google’daki fotoğraflar da oldukça ilginç.
https://www.dmr.nd.gov/ndgs/ndnotes/ndn13_h.htm ve https://www.dmr.nd.gov/ndgs/documents/newsletter/2013Winter/...
Birçok erken dönem kâşif, northern Great Plains bölgesindeki kömür yangınlarını kaydetmişti; yıllar içinde bozkır yangınları linyit damarlarını defalarca tutuşturdu. North Dakota’nın batısındaki Theodore Roosevelt National Park’ta ve Amidon yakınlarındaki iki yerde linyit damarları yakın zamana kadar yıllarca yanmaya devam etti; parktaki Buck Hill linyit damarı ise 1951–1977 arasında yandı.
Ama bu sadece modern tarih. western North Dakota’daki büyük bir butte üzerinde saha çalışması yaparken Arikaree Formation içinde klinker çakılları buldum; bu, ilgili kayanın yaklaşık 25 milyon yıl önce çökelmesinden önce kömürün yanmakta olduğunu gösteriyor. Bozkırların ilk ortaya çıktığı yaklaşık 40 milyon yıl öncesinden beri yangınların North Dakota düzlüklerini süpürüp kömür damarlarını tutuşturmuş olması büyük olasılık.
https://en.wikipedia.org/wiki/Yanar_Dagh
https://www.cnn.com/travel/article/yanar-dag-azerbaijan-land...
Seattle’da da böyle bir şey var. University of Washington’da da var; bugün bile ekonomik açıdan mantıklı olması şaşırtıcı.
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Seattle_Steam_Company
Çocukken Indianapolis şehir merkezine sık sık giderdim; rögar kapaklarından ve yol ızgaralarından buhar yükselmesi beni hep korkuturdu. Meğer bu temelsiz bir korku değilmiş; ara sıra patlamalar da oluyormuş [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-...
En büyük müşterileri tepedeki hastaneler; buhar yalnızca ısıtma için değil, tıbbi aletlerin sterilizasyonunda da kullanılıyor.
Çocukken en sevdiğim üç kitaptan biri bu makaleyle ilgili. Aynı zamanda zamanın akışı ve teknoloji üzerine harika bir alegori. Bir tane edinmeye değer; benim kitabım hâlâ duruyor.
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Mike_Mulligan_and_His_Steam_...
Buhar dağıtımının 1880 civarında ABD’de icat edildiğini ve hâlâ NYC’de kullanıldığını ilk kez öğrendim. “Steam Plants” ifadesinin kelimenin tam anlamıyla dağıtım için buhar üreten tesisler olduğunu düşünmemiştim; beyaz duman salmalarına yönelik esprili bir ifade sanıyordum.
Buharla çalışanlar yalnızca küçük şebekeler değil. Munich’in buharlı ısıtması 1908’de başladı; 2022’den beri de jeotermal ve diğer yenilenebilir ısı pompası tabanlı ısı kaynaklarını daha iyi desteklemek için büyük masraflarla sıcak su sistemine dönüştürülüyor. Çünkü bu tür ısı kaynakları süperkritik buhar üretecek kadar ısınamıyor [1].
[1] https://www.swm.de/dam/doc/geschaeftskunden/fernwaerme/flyer...
New Yorklular boruların içine bir şeyler koymayı gerçekten seviyor gibi. Su, kanalizasyon ve gaz gibi sıradan şeyler yetmemiş olacak ki borulara buhar koyuyorlar; Roosevelt Island’da borulara çöp ve vakum karışımı koyuyorlar [1]; eskiden postaları da borulara koyuyorlardı [2]; sanki fareleri de insanların evlerine tesisatla gönderiyorlar; bazen biri borulara barut koymuş [3]; hatta kendilerini bile borulara koyuyorlar [4].
Fazlasıyla Freudyen; galiba bunu bir terapistle konuşmaları gerek.
[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
Shoreham Nuclear Power Plant, Long Island Lighting Company (LILCO) tarafından 1973-1984 arasında yaklaşık 6 milyar dolara inşa edildi, ancak hiç kullanılmadı ve 1994’te tamamen söküldü. Tamamlanıp da asıl amacı için kullanılmayan en pahalı endüstriyel projelerden biri sayılır.
Bölgesel ısıtma sistemlerinin ne kadar yaygın olduğunu merak ediyorum. Vermont’taki Montpelier, odun sobalarıyla buhar üretip küçük kent merkezinin önemli bir bölümüne sağlıyor: https://www.montpelier-vt.org/427/Project-Background
Minneapolis ağının yakıt kaynaklarını tam bilmiyorum, ancak St Paul ağı odun yongası, odun atıkları ve doğal gaz kullanıyor
Minneapolis: https://cordiaenergy.com/our-networks/minneapolis/
St Paul: https://www.districtenergy.com/
30 yıllık buhar şebekesi ara sıra sızıntı yapıyor; yerden kaynar bir kaplıca gibi fokurdadığını görebiliyorsunuz
Bu ısıtmayı kendi evimde kullansam, fuel-oil ısıtmaya göre ne kadar daha ucuz olurdu bilmek isterdim
(1) https://www.enwave.com/locations/pei.htm
Buhar dağıtım sistemleriyle ilgili en sevdiğim gerçek, soğutma için de kullanılabilmeleri. Bunun yolu buhar tahrikli kompresör kullanmak ya da adsorpsiyonlu soğutma kullanmak
En azından ilkinin NYC’deki ConEd tarafından fiilen uygulanmış ya da bir seçenek olarak incelenmiş olduğu görünüyor: https://web.archive.org/web/20071008014254/http://www.coned....