Europa utiliza caldeiras elétricas para equilibrar a rede

Para engenheiros e gestores de engenharia, o mercado de energia está mudando rapidamente em todo o mundo. Consequentemente, as redes de aquecimento urbano e os processadores industriais norte-americanos estão atentos aos principais desenvolvimentos no mercado de energia europeu atualmente.

Especificamente, a Finlândia estabeleceu uma das políticas climáticas mais avançadas da região, comprometendo-se com a neutralidade de carbono até 2035. Parte da União Europeia desde 1995, o país estabeleceu metas provisórias de redução de emissões de 60% até 2030, 80% até 2040 e 90-95% até 2050, todas em relação aos níveis de 1990. O país fechou recentemente sua última usina termelétrica a carvão em escala industrial .

A Finlândia, assim como outros membros da UE, está se esforçando para aproveitar incentivos financeiros e políticos, como o Mecanismo de Recuperação e Resiliência (RRF), um importante programa de financiamento da UE lançado após a pandemia para promover a eletrificação, a implantação de energias renováveis ​​e a resiliência. O programa está alocando aproximadamente € 672,5 bilhões (US$ 768,7 bilhões) aos estados-membros da UE, distribuídos por meio de uma combinação de subsídios e empréstimos.

Assim como todos os estados-membros da UE, a Finlândia deve implementar integralmente todas as iniciativas financiadas pelo RRF até o prazo final do programa, agosto de 2026. Para atingir suas ambiciosas metas dentro do prazo, a Finlândia está destinando uma parcela significativa dos aproximadamente € 500 milhões (US$ 571,6 milhões) já recebidos para a modernização de sua infraestrutura energética, com ênfase especial na implantação de caldeiras elétricas de alta eficiência. O país também está diversificando seu portfólio de geração de energia e lançou recentemente um projeto de balanceamento de rede otimizado por inteligência artificial .

Atualmente, caldeiras avançadas de eletrodos de alta potência são sistemas com marcação CE projetados para gerar vapor ou água quente utilizando eletricidade de alta tensão, com capacidades de saída de até 60 MW e pressões de produção de vapor de até 32 barg (a unidade de medida da pressão manométrica). Esses sistemas proporcionam zero emissões no ponto de uso, modulação total de zero a 100% da potência e apresentam configurações flexíveis — incluindo projetos de eletrodos do tipo jato e imersos — adequados tanto para novas instalações quanto para projetos de retrofit em aplicações industriais e de aquecimento urbano.

“Caldeiras de eletrodos estão sendo instaladas em redes de aquecimento urbano para ajudar a descarbonizar a produção de energia térmica, compensar fontes de calor de combustíveis fósseis e absorver o excesso de eletricidade durante períodos de alta produção renovável. Sua integração não só contribui para a redução de emissões, como também fortalece a estabilidade da rede, tornando-as um investimento estratégico no caminho mais amplo da Finlândia rumo à neutralidade de carbono”, afirmou Juha Mäntynen, vice-presidente da CT Industrial Oy (CTI), uma fornecedora de tecnologia limpa sediada na Finlândia, especializada em sistemas de energia turnkey, de emissão zero e alta eficiência — incluindo caldeiras de eletrodos de alta tensão — para aplicações industriais e de aquecimento urbano em 19 países europeus.

Estabilização da rede

No esforço de descarbonização da UE, as caldeiras de eletrodos de alta tensão desempenham um papel fundamental em aplicações que exigem rápida absorção de carga e estabilização da rede, de acordo com Mäntynen.

Caldeiras de eletrodos são particularmente importantes para manter o equilíbrio da rede elétrica à medida que a produção de energia renovável se expande. Como a geração eólica e solar pode oscilar rapidamente, a rede elétrica exige tecnologias que respondam com a mesma rapidez. As caldeiras de eletrodos atendem a essa necessidade ajustando seu consumo de eletricidade quase instantaneamente, permitindo que absorvam o excesso de energia durante períodos de excesso de oferta. Isso facilita a integração de fontes renováveis ​​variáveis ​​sem sobrecarregar a rede elétrica ou desperdiçar energia limpa.

Para a Finlândia, esta é uma consideração fundamental, considerando seus investimentos substanciais em energia renovável nos últimos 15 anos. Ao final de 2023, a Finlândia contava com aproximadamente 1.600 turbinas eólicas em operação, com uma capacidade combinada de quase 7.000 MW, incluindo mais de 1.200 MW adicionados somente naquele ano. A energia eólica se tornou a segunda maior fonte de eletricidade da Finlândia, gerando aproximadamente 19,8 TWh em 2024 — o suficiente para suprir cerca de 25% da demanda nacional de eletricidade. O país também realiza investimentos significativos em recuperação de calor, bombas de calor (ar para aquecimento), energia eólica offshore, solar e nuclear.

O Mercado de Reserva e Preços Negativos

À medida que a produção de energia renovável cresce em toda a Europa, os casos de preços negativos de eletricidade se tornam mais frequentes. Isso cria uma oportunidade financeira para os consumidores de energia que participam do mercado de reserva, permitindo-lhes gerar receita absorvendo o excesso de energia. As caldeiras de eletrodos são fundamentais para alavancar essa tendência, permitindo uma operação rápida e em conformidade com a demanda, alinhada às condições de mercado.

Segundo Mäntynen, quando a produção eólica excede a demanda, o excedente de eletricidade faz com que os preços caiam drasticamente — às vezes, tornando-se negativos. Ele explica que um preço negativo da eletricidade significa que os produtores de eletricidade estão pagando pessoas para retirar a eletricidade da rede, em vez de os consumidores pagarem pela eletricidade.

As empresas que participam dos mercados de reserva podem obter receitas consideráveis ​​consumindo o excesso de eletricidade para equilibrar a rede.

O mercado de energia elétrica de reserva — também conhecido como mercado de serviços auxiliares ou mercado de balanceamento — é essencial para manter a estabilidade da rede, compensando produtores e consumidores que podem ajustar rapidamente a geração ou o consumo de energia. Esse mercado garante a confiabilidade da frequência do sistema e reduz os riscos de apagões, respondendo a mudanças repentinas na oferta e na demanda. Tecnologias como caldeiras a eletrodos são particularmente valiosas nesse contexto, pois podem absorver rapidamente o excesso de energia ou desligar sob demanda, tornando-as ferramentas eficazes para equilibrar a rede em tempo real.

“Em condições favoráveis, uma caldeira elétrica pode se pagar em um ano ou menos. Por exemplo, no ano passado, o preço médio pago pelo consumo de eletricidade no mercado de reserva foi de três mil (3.000) euros por megawatt-hora. Uma caldeira de 50 MW operando por uma hora poderia render aproximadamente 150.000 euros (US$ 171.500)”, disse Mäntynen.

Energia Térmica e Aquecimento Distrital

Além disso, a energia térmica e o aquecimento urbano são essenciais para a infraestrutura energética da Europa, fornecendo calor consistente a milhões de residências e empresas, ao mesmo tempo em que garantem a confiabilidade da rede. Esses sistemas desempenham um papel fundamental na segurança energética, especialmente em regiões mais frias e durante os períodos de pico de demanda.

A Finlândia opera uma das redes de aquecimento urbano mais avançadas do mundo, abrangendo mais de 16.000 quilômetros (9.941 milhas) de tubulação subterrânea isolada e atendendo cerca de metade da população, especialmente em áreas urbanas. O sistema distribui água quente — normalmente aquecida entre 65°C e 115°C, dependendo da temperatura externa — e a devolve a uma temperatura entre 40°C e 60°C, com perda mínima de calor de apenas 8% a 9%.

Embora a rede historicamente dependesse de carvão, turfa e cavacos de madeira, ela agora está passando por uma grande transição para fontes de energia renováveis ​​e de baixo carbono. Muitas cidades estão abandonando gradualmente as usinas movidas a biomassa em favor de tecnologias modernas, como caldeiras a eletrodos.

Preços de eletricidade relativamente baixos e benefícios fiscais tornaram a Finlândia um local atraente para grandes data centers operados por empresas como Google e Microsoft. Os data centers produzem uma grande quantidade de calor residual dos processadores de resfriamento, e essa energia residual tem sido usada para aquecer cidades na Finlândia.

“Bombas de calor geram energia básica de data centers, enquanto caldeiras de eletrodos aumentam a temperatura da água do aquecimento urbano para atingir o nível de temperatura necessário para as necessidades da cidade”, disse Mäntynen.

Implantação mais rápida

Para acelerar a implantação, a CTI se uniu à Acme Engineering para expandir a implementação de caldeiras de eletrodos na Finlândia e em outros mercados europeus.

Os produtos da Acme se destacam por sua ampla gama de designs e flexibilidade técnica. O portfólio inclui a caldeira a jato, capaz de lidar com pressões mais altas com capacidade de modulação de zero a 100%, e a caldeira de eletrodo imerso, que pode ser configurada para aplicações de água quente ou vapor. Além disso, o fabricante do equipamento original oferece um projeto de caldeira de água quente horizontal, particularmente adequado para projetos de retrofit. Diversas opções de voltagem estão disponíveis para atender a diferentes requisitos regionais.

Atualmente, a CTI firmou parceria com a Acme para fornecer caldeiras de eletrodos de alta tensão ao mercado europeu sob a marca ACME-CTI. A CTI fabrica e fornece caldeiras elétricas de eletrodos para a produção de vapor e água quente, atendendo tanto às indústrias de energia quanto de processo. Esses sistemas baseiam-se na comprovada tecnologia de caldeiras de eletrodos desenvolvida pela ACME e possuem a marcação CE, em conformidade com as normas estabelecidas pela sociedade classificadora europeia. O projeto e a produção das caldeiras atendem aos requisitos das normas EN 13445 e EN 12593. A CTI supervisiona todo o processo de entrega do sistema de caldeira elétrica, desde o planejamento inicial até a instalação, com suporte contínuo também disponível.

Juntas, a CTI e a Acme formam uma parceria altamente ágil e tecnicamente capaz, oferecendo soluções personalizadas, modificações rápidas em equipamentos existentes e um alto grau de capacidade de resposta às necessidades do cliente.

“A Acme é uma empresa pequena e ágil, o que lhe permite fazer orçamentos, tomar decisões e se adaptar às necessidades dos clientes muito mais rápido do que os fabricantes de caldeiras maiores e mais burocráticos”, disse Mäntynen.

Marco alcançado

Com o aumento da demanda por soluções de energia limpa, um marco significativo foi alcançado com o içamento bem-sucedido da primeira caldeira de eletrodos ACME-CTI europeia em setembro de 2024. Em junho de 2025, operando em Jepua, a caldeira de eletrodos tipo jato de 10 MW gerará em breve 28 barg de vapor para aplicações de aquecimento em processos industriais. O escopo de entrega inclui também o sistema de água desmineralizada, o sistema de água de alimentação e o sistema de purga, com automação integrada à configuração da caldeira existente do cliente, todos entregues em regime turnkey.

Mais recentemente, a CTI instalou uma caldeira elétrica de 15 MW e um tanque de água de alimentação na área industrial de Honkajoki. Uma nova caldeira elétrica de 15 MW também foi instalada em conjunto com a usina de caldeira de biomassa de Vatajankoski, o que aumentará a produção de vapor barato e não combustível.

A caldeira de eletrodos de alta tensão fabricada pela CTI produzirá vapor para uso da Vatajankoski Oy. No futuro, também será possível armazenar a energia produzida por uma caldeira elétrica em um acumulador de calor, que posteriormente será instalado próximo à usina. O calor do acumulador também será fornecido à Honkajoki Oy (produtora de matérias-primas renováveis ​​de alta qualidade para nutrição animal, biocombustíveis e fertilizantes).

Atualmente, a CTI atua fortemente no setor de processos industriais, que deverá ser uma área de grande crescimento para aplicações em caldeiras a eletrodos. Atualmente, a CTI possui nove projetos turnkey em andamento.

Um desenvolvimento recente notável inclui a assinatura de um pedido adicional para duas caldeiras de 50 MW. Essas caldeiras destinam-se a um projeto na cidade de Kajaani, localizada na região central da Finlândia. Originalmente, o plano era fornecer calor exclusivamente para a rede de aquecimento urbano da cidade. No entanto, surgiu uma nova demanda do cliente, que exigia um nível de temperatura diferente do que a rede urbana normalmente exige.

A CTI respondeu com uma proposta inovadora: usar um único conjunto de caldeiras para fornecer duas potências térmicas diferentes sem dobrar a capacidade da caldeira. Ao modificar o projeto para produzir água mais quente e distribuí-la separadamente em dois níveis de temperatura diferentes, a CTI criou uma solução que atendia ambas as necessidades simultaneamente.

A Europa está acelerando sua transição energética com caldeiras de eletrodos de alta tensão e investimentos sustentados em infraestrutura limpa. O modelo europeu oferece um caminho comprovado a seguir — que transforma o excedente de eletricidade renovável em calor confiável, fortalece a estabilidade da rede e protege os sistemas de energia da volatilidade dos preços dos combustíveis. À medida que as exigências de redução de carbono se tornam mais rigorosas e a necessidade de infraestrutura resiliente cresce, os processadores industriais e de aquecimento urbano da América do Norte podem capitalizar a oportunidade de acelerar um futuro energético mais limpo e adaptável.

— Del Williams é um escritor técnico que mora em Torrance, Califórnia.