- मैनहैटन 1882 से centrally produced steam को 105-mile पाइप नेटवर्क के जरिए सप्लाई करता आया है, और आज भी 1,500 से ज्यादा बड़े भवनों और 500 million square feet जगह के heating, hot water और industrial उपयोगों को सहारा देता है
- यह नेटवर्क ऊंची होती शहर-रचना में अलग-अलग boilers और coal logistics को कम करने के लिए बढ़ा; इसकी शुरुआत Birdsill Holly के district heating प्रयोग और New York Steam Company के 1882 के commercial rollout से हुई
- मौजूदा ConEd system मैनहैटन में 4 और Queens में 1 production facility, साथ ही Brooklyn के 322MW plant से खरीदी गई supply जोड़कर लगभग 11.5 million pounds per hour steam capacity पर चलता है
- ऊंचे temperature और pressure, condensate management और water hammer के जोखिम के कारण steam का maintenance मुश्किल है, लेकिन इसके फायदे हैं कि यह बिना pumps के चल सकती है और industrial processes में सीधे इस्तेमाल हो सकती है
- आधुनिक district heating आम तौर पर hot-water-based systems की ओर बढ़ रही है, और high heat-demand density, बड़ा upfront investment और policy support की उपलब्धता ही adoption की संभावना तय करते हैं
मैनहैटन steam network की मौजूदा भूमिका
- मैनहैटन 1882 से residential और commercial buildings को steam सप्लाई करता आया है
- steam सिर्फ heating तक सीमित नहीं, बल्कि कई शहरी कामों में इस्तेमाल होती है
- The Waldorf Astoria में linen ironing
- restaurants में dishwashing और food heating
- laundries में कपड़ों की धुलाई
- NewYork-Presbyterian Hospital में medical equipment sterilization
- Metropolitan Museum of Art में artworks के आसपास humidity और temperature control
- apartments और iconic buildings में space heating और hot water
- यह system electricity, sewage और water supply की तरह central production, metering और piped supply मॉडल पर काम करता है
- आज यह 105-mile पाइप नेटवर्क के जरिए 1,500 से ज्यादा buildings, मैनहैटन real estate के 500 million square feet और 3 million लोगों की जीवन-आधार सेवाओं को संभालता है
central heating से पहले heating की समस्या
- दुनिया की final energy consumption का लगभग आधा हिस्सा heating में जाता है
- आधुनिक central heating से पहले fireplaces या stoves प्रमुख थे, जिनमें wood, coal, surplus crops और manure जैसे fuels जलाए जाते थे
- पारंपरिक fireplace combustion के लिए प्रति मिनट 300 cubic feet हवा खींचता था और पैदा हुई heat का 85% तक chimney से बाहर निकाल देता था, इसलिए यह बेहद inefficient था
- firewood काटने, ढोने और चीरने में प्रति व्यक्ति सालाना दो महीने तक की मेहनत लग सकती थी
- solid fuels ने indoor और outdoor pollution भी बढ़ाया
- एक study ने calculate किया कि fireplace प्रति 1kg firewood पर 58mg PM2.5 emit करता है
- जलती हुई wood fireplace वाले कमरे में 1 घंटा बिताने से life expectancy लगभग 18 मिनट घटने के बराबर माना गया, जो 1.5 cigarettes के बराबर है
central heating और radiator का विकास
- James Watt ने 1700s के आखिर में अपने घर में central boiler और piping को जोड़कर central heating की नींव रखी
- William Strutt ने 1805 में coal से ठंडी हवा गर्म करके ducts के जरिए घरों में सप्लाई की
- 1863 के आसपास radiator ने आधुनिक home heating का एक महत्वपूर्ण रूप लिया
- folded pipes के भीतर steam बहाकर छोटी जगह में बड़ा surface area हासिल किया गया
- convection और radiation के जरिए कमरे में heat पहुंचाई गई
- individual radiators पर valves लगाकर room-by-room control संभव हुआ
- radiators ने buildings के भीतर heat distribution को बेहतर किया, लेकिन फिर भी हर building को अपना boiler चाहिए था
- बड़ी buildings में on-site boilers के लिए boiler room, coal storage space, piping और skilled technicians द्वारा maintenance के कारण space और cost का बोझ बड़ा था
coal logistics और urban pollution
- Empire State Building को coal से heat करने के लिए रोज 45 tons से ज्यादा, यानी लगभग दो containers जितना coal चाहिए होता
- Thomas Edison के Pearl Street power station ने भी 1882 में खुलने के समय रोज 20 tons से ज्यादा coal इस्तेमाल किया
- मैनहैटन में जमीन की कीमतें बढ़ने से coal storage और handling space की समस्या और बड़ी हो गई
- 1790s से 1880s तक prime land prices 10 गुना बढ़ीं
- 1825 में $400 प्रति acre से 19वीं सदी के अंत तक $1 million प्रति acre से ऊपर पहुंच गईं, जो आज की value में $30 million से ज्यादा है
- coal की किस्मों ने भी operating conditions को सीमित किया
- anthracite में carbon content 92–98% होता है, यह ज्यादा गर्म और साफ जलता है, लेकिन ignite करना मुश्किल था
- bituminous coal में carbon content 45–86% होता है, यह कम गर्म जलता है और pollution ज्यादा करता है
- अमेरिकी शहरों ने 1880s से soot और smoke को regulate करना शुरू किया, लेकिन regulations अक्सर ignore किए गए
- 1902 की strike से anthracite की कीमत बढ़ने पर कुछ New York City plants ने bituminous coal अपनाया, और धुआं शहर पर छा गया, जिससे residents की चिंता बढ़ी
मैनहैटन की ऊंचाई में बढ़त और heating demand
- 1850 से 1900 के बीच मैनहैटन की population 515,000 से 1.8 million हो गई
- कुछ इलाकों में population density 632,000 per square mile तक पहुंच गई, जो आज से 10 गुना ज्यादा थी
- overcrowding ने moral और public-health समस्याएं पैदा कीं, और slum regulations ने मैनहैटन की space shortage को और बढ़ाया
- 1878 में शुरू हुई Ninth Avenue Line जैसी elevated railways ने शहर का effective size बढ़ाया, लेकिन low-wage workers के regular commute के लिए fares पर्याप्त सस्ते नहीं थे
- मैनहैटन को लगातार बढ़ना था तो ऊपर की ओर निर्माण जरूरी था
- tall buildings दो innovations के सहारे संभव हुईं
- Elisha Otis की 1852 safety elevator में cable टूटने पर safety brake activate होता था, जिससे ऊंची मंजिलों तक जाने का डर कम हुआ
- Bessemer process जैसे steel production advances ने weight के मुकाबले 10 गुना ज्यादा strength वाले steel frames को economically feasible बनाया
- New York की building heights तेजी से बढ़ीं
- 1890 में सबसे ऊंची building 18 floors की थी
- 1899 में Park Row Building 31 floors की थी
- 1908 में Singer Building 41 floors की थी
- ऊंची buildings ने ज्यादा residential और commercial space बनाया, लेकिन उस space को heating, power और water supply भी साथ में चाहिए थी
Birdsill Holly और district heating की शुरुआत
- New York ने Birdsill Holly के आविष्कार district heating से इस समस्या का जवाब दिया
- Holly ने urban fire risk और water supply की समस्याओं पर काम किया, और 1856 में steam fire pump का precursor उपकरण बनाया
- उनके ‘Holly System of Direct Water Supply and Fire Protection for Cities, Towns and Villages’ ने घरों और fire hydrants को लगातार pressurized water सप्लाई किया, जिससे reservoirs और standpipes की जरूरत कम हुई
- 23 शहरों ने इस system की नकल की, और बाद में U.S. Supreme Court ने Holly को damages का भुगतान करने का आदेश दिया
- Holly ने steam pumps, piping और urban density के अनुभव के आधार पर steam district heating की कल्पना की
- यह तरीका एक boiler से कई buildings को heat करके fire risk और heating logistics को centralize करने का था
- शुरुआत में 1.5-inch piping से शुरू हुआ, फिर asbestos-insulated wooden trench के भीतर 3-inch piping तक expand हुआ
- 31 Chestnut Street के basement boiler से पड़ोसी घरों तक steam भेजी गई
- 1877 में district-scale का पहला practical test शुरू हुआ
- valves, pressure regulators, steam traps, thermal expansion brackets और meters जैसे नए devices जरूरी थे
- सर्दियों तक 20 households ने sign up किया
- network 3 miles piping, 3 boilers और 25–30psi pressure से बना था
- test की सफलता के बाद Holly Steam Combination Company स्थापित हुई, और Holly ने 50 से ज्यादा inventions पर patents लिए
- 1882 तक कम-से-कम 20 Holly steam systems operational थे, और Denver का system 1880 से लगातार चल रहा है
New York Steam Company की वृद्धि
- Manhattan में 1830 के दशक की Croton River जल-आपूर्ति पाइपिंग और 1850 के दशक की गैस मेन जैसी शहरी utilities पहले से मौजूद थीं
- Wallace Andrews और Charles E. Emery ने Holly का design देखकर New York City में steam system लागू करने का फैसला किया
- Andrews ने funding और city council की अनुमति आगे बढ़ाई, और Edison के electric cable construction ने भी सड़क खुदाई की अनुमति वाले माहौल को प्रभावित किया
- 1882 के पहले operational year में New York Steam ने कुल 200,000 डॉलर का revenue कमाया, जो inflation adjust करने पर लगभग 6 मिलियन डॉलर था
- शुरुआती steam station आज के World Trade Center memorial की site, 172–176 Greenwich St पर बनाया गया
- 250-horsepower boilers के 64 units 4 floors पर लगाए गए
- Coal को upper floors पर लाया जाता था और chutes के जरिए boilers में feed किया जाता था, जबकि ash उसी तरीके से basement में गिरती थी
- 1884 में 5 miles piping चालू थी, Battery से आधुनिक Civic Center के पास Murray St तक 250 ग्राहकों को steam supply करते हुए कंपनी profit में थी
- Central system ने urban planning और public health के लिहाज से भी फायदे दिए
- New York Steam Corporation ने अनुमान लगाया कि central system ने 1.2 million tons coal और 2,500 से अधिक chimneys के smoke की जगह ली
- Coal और ash handling के लिए 300 दिनों तक रोज़ 700 पांच-ton trucks जितना load चाहिए होता, ऐसा हिसाब लगाया गया
- जैसे-जैसे नई buildings network से जुड़ती गईं, piping installation और coal movement की लागत ज्यादा ग्राहकों के bills में फैल गई, जिससे system efficiency बढ़ी
- शुरुआती ग्राहकों में First National Bank जैसी office buildings ज्यादा थीं, और restaurants, generators, laundries, public bathhouses भी शामिल थे
- 1920–1930 के दशक की अधिकांश Art Deco skyscrapers को New York Steam Company से supply मिलती थी
- Standard Oil Building
- Ritz Tower Building
- New York Life Insurance Company
- Paramount Building
- Chrysler Building
- Waldorf-Astoria
- Rockefeller Center
- Empire State
- 1931 में annual profit 2 million डॉलर तक पहुंच गया, और 1932 तक यह 65 miles piping और 2,500 से अधिक buildings वाला दुनिया का सबसे बड़ा district heating system बन गया
ConEd द्वारा संचालित आधुनिक steam system
- मौजूदा network का मालिक Consolidated Edison, यानी ConEd है
- Production facilities Manhattan में 4 जगहों और Queens में 1 जगह पर हैं, और Brooklyn के 322MW plant से अतिरिक्त steam भी खरीदी जाती है
- East River के किनारे 14th Street की सबसे बड़ी facility city block के ज्यादातर हिस्से पर फैली है
- 12 large boilers पानी को लगभग 177°C तक गर्म करते हैं
- Network में इसे 150psi, लगभग 10 atmospheres के pressure पर भेजा जाता है
- 6 boiler sites की कुल capacity लगभग 11.5 million pounds steam प्रति घंटा है
- Peak समय में प्रति घंटा 9 million pounds से अधिक उपयोग होता है
- सर्दियों में water consumption प्रति घंटा लगभग 2 Olympic swimming pools के बराबर पहुंच जाता है
- Steam आम तौर पर 2–3 feet diameter वाले बड़े mains से निकलती है, फिर 105 miles की छोटी piping network में फैलती है
Underground piping और buildings से connection का तरीका
- पुरानी piping cast iron की है, और कुछ जगह Emery द्वारा इस्तेमाल की गई asbestos insulation बची हो सकती है, जिससे maintenance और cracks के समय समस्या होती है
- 2023 में अंतिम major rupture के समय New York City ने 7 blocks बंद किए और आसपास की buildings व streets की सफाई की
- नई piping carbon steel alloy से बनाई जाती है, आम तौर पर mineral wool insulation में लपेटी जाती है और फिर prefabricated concrete ducts के अंदर रखी जाती है
- Heat loss कम होता है
- आसपास की piping और wires पर असर कम होता है
- ज्यादातर piping अन्य utilities से ज्यादा गहराई में, जमीन के 4–15 feet नीचे होती है
- सबसे गहरी main Park Avenue Tunnel के नीचे है, Bronx और Grand Central के बीच चलने वाली trains से 30 feet नीचे
- जब नई building network से जुड़ती है, तो service valve और piping लगाए जाते हैं, और basement में आई steam pressure को लगभग 125psi तक घटाया जाता है
- इसके बाद ज्यादातर buildings meter और pressure-reduction equipment से गुजर चुकी steam को heat exchanger में भेजती हैं और individual apartments व rooms में distribute करती हैं
Metering, billing और density effect
- ConEd customer charges तय करने के लिए मुख्य रूप से orifice plate meter का इस्तेमाल करता है
- Pipe के अंदर precision-machined hole वाली पतली metal plate को vertical रखा जाता है
- Steam के hole से गुजरते समय होने वाली pressure drop को sensors से measure करके flow rate calculate किया जाता है
- Steam की billing megapound नाम की 1 million pounds unit में होती है
- सभी apartment building connections पर लेखन के समय 3,555.43 डॉलर प्रति माह का fixed service charge लगता है
- Usage charge summer में 11.35 डॉलर प्रति megapound से लेकर peak season में 35.013 डॉलर तक लगता है
- NYC Department of Buildings data पर आधारित उदाहरण density के billing effect को दिखाते हैं
- 70-unit Midtown residential building 201 East 62nd Street ने 2021 में 5,962megapound consume किया, और लागत लगभग 16,741.23 डॉलर प्रति माह या 239.16 डॉलर प्रति unit प्रति माह रही
- 454-unit Lincoln Towers ने 19,483megapound पर कम-से-कम 47,370.80 डॉलर प्रति माह, यानी 104.34 डॉलर प्रति unit प्रति माह चुकाए
- Pricing structure high-density buildings के लिए बहुत फायदेमंद है
Pressure control और condensate की समस्या
- Steam network maintenance की बड़ी चुनौती steam के चलते हुए और buildings में निकलते समय बदलते pressure management की है
- Engineers service valve के दोनों तरफ valves से हर customer के incoming pressure को precise control करते हैं, और sensors से system usage monitor करते हैं
- Pressure बहुत ज्यादा होने पर valve खुलता है और grates के जरिए steam release करता है
- Pressure लंबे समय तक बहुत ज्यादा रहे तो ConEd कुछ boilers बंद कर देता है
- Pressure बहुत कम हो तो नए boilers चालू किए जाते हैं या कहीं और valves बंद करके supply बढ़ाई जाती है
- इस feedback mechanism का बड़ा हिस्सा automated है, और electronic sensors व high-precision valves system efficiency बढ़ाते हैं
- मौजूदा system की end-to-end efficiency 60% है {p:60}
- Steam ठंडी होने पर पानी की बूंदों वाला condensate बनता है, और piping के निचले points पर जमा हो जाता है
- Condensate oxygen और carbon dioxide absorb करके बहुत corrosive हो जाता है
- पुराने sections में, जहां underground infrastructure तक पहुंचना मुश्किल है, corrosion repair महंगा और जोखिम भरा हो सकता है
- सर्दियों में condensate जमकर blockage और rupture का कारण बन सकता है
Waterhammer और 2007 का explosion
- सबसे dramatic failure waterhammer है
- Condensate ऐसा water slug बना सकता है जो pipe cross-section को पूरा भर दे
- जब यह water slug high-pressure steam से मिलता है, तो pipe के साथ धकेला जाता है और 100 miles per hour, 50m/s से अधिक तक accelerate हो सकता है
- तेज़ी से चलता पानी जब closed valve, sharp bend या obstacle से टकराता है, तो normal operating pressure से कहीं बड़ा pressure spike पैदा होता है
- इससे बड़ा damage या पूरे system की failure हो सकती है
- आखिरी गंभीर failure 2007 में 41st और Lexington पर हुआ
- 82 साल पुरानी pipe फट गई और Midtown में debris फैल गया
- Heavy rain ने pipe को ठंडा कर दिया, जिससे condensate तेज़ी से और बड़ी मात्रा में बना
- Blocked steam trap की वजह से पानी drain नहीं हो पाया
- Internal pressure तेजी से बढ़ा और explosion हुआ
- लगभग 50 लोग घायल हुए, और भागते समय एक महिला की heart attack से मौत हो गई
आधुनिक district heating hot water की ओर क्यों बढ़ी
- 20वीं सदी की शुरुआत में steam मौजूदा power plants से आसानी से मिल जाती थी, और high temperature की वजह से industrial processes और domestic use, दोनों के लिए उपयुक्त थी
- Steam ऊपर उठती है, इसलिए dense high-rise urban environments में naturally fit बैठती थी
- High initial temperature और energy content के कारण heat loss होने पर भी लंबी दूरी तक पर्याप्त heat पहुंचाई जा सकती थी
- 1930 के दशक के बाद नए system designs ने आम तौर पर heat transfer medium को hot water में बदल दिया
- Hot water systems high pressure पर 180°C तक, और lower side पर 40°C तक इस्तेमाल किए जा सकते हैं
- Lower temperature आसपास के environment के साथ temperature difference घटाकर heat loss कम करता है
- Insulation भी lower temperature पर आम तौर पर ज्यादा effective होती है
- Steam systems distribution के दौरान 10–25% heat खो देते हैं, जबकि low-temperature hot water systems इसे 3–5% तक घटा सकते हैं
- Lower temperature और pressure high-pressure accidents और leakage risk घटाते हैं, जिससे installation और maintenance आसान, सुरक्षित और सस्ते बनते हैं
Condensate recovery cost और energy loss
- Steam systems में condensate को अलग से manage करना पड़ता है, जिससे complexity बढ़ती है
- Condensate को steam से अलग करके discharge करना होता है, या reuse के लिए recovery pipes के जरिए boiler तक pump करना होता है
- District heating system की capital cost का आम तौर पर 50–60% piping और pumps पर खर्च होता है
- Large systems में recovery pipes बहुत महंगी हो सकती हैं
- Condensate discharge करने पर कुल energy input का 15% खो जाता है, जिससे operating efficiency घटती है
- आधुनिक systems की 70–90% efficiency की तुलना में New York steam system की 60% efficiency का अंतर मुख्य रूप से distribution losses और condensate discharge से आता है
गर्म पानी वाली district heating और नए heat sources
- गर्म पानी का system electric immersion heaters से पानी को boiling point से नीचे तक आसानी से गरम कर सकता है, इसलिए इसे renewable energy के साथ integrate करना आसान है
- nuclear power plants reactor cooling में बहुत पानी इस्तेमाल करते हैं, और Beznau व Haiyang के reactors पहले से ही district heating को हर साल सैकड़ों GWh heat देते हैं
- data centers भी लगभग पूरी power input को heat में बदल देते हैं, इसलिए वे संभावित heat source हैं
- एक बड़ा data center 20–50MW heat दे सकता है
- 2024 में दुनिया भर के data centers ने कुल 47GW power consume की
- कुछ नए developments London Underground की waste heat को heat pump से उपयोग कर district heating में इस्तेमाल करते हैं
- 100°C liquid water की specific heat उसी temperature की steam से लगभग दोगुनी होती है, इसलिए प्रति kg temperature rise पर यह लगभग दोगुनी energy store करता है
- गर्म पानी आधारित systems कम power demand या अधिक renewable generation वाले समय में energy store करके बाद में heat के रूप में release कर सकते हैं
- urban heating networks power grid को support करने वाले शहर-स्तरीय energy storage की भूमिका भी निभा सकते हैं
दुनिया में district heating के उदाहरण
- दुनिया भर में district heating के दसियों हजार systems हैं, खासकर Northern और Eastern Europe में
- प्रमुख शहरों में pipe networks का आकार बहुत बड़ा है
- Helsinki: 870 miles
- Copenhagen: 1,000 miles से अधिक
- Stockholm: 1,200 miles
- Vienna: 750 miles से अधिक
- Moscow: 10,000 miles से अधिक
- Copenhagen अपनी urban heating demand का 99% से अधिक district heating से पूरा करता है
- Moscow United Energy Company Moscow के 90% निवासियों को heat supply करती है
- UK में ऐसे 2,000 heating systems हैं जो दो या अधिक buildings को service देते हैं, और उनमें से एक-तिहाई से अधिक London में हैं
- यह UK की heat demand का लगभग 2% है
- Pimlico का प्रसिद्ध hot-water system 1950 में शुरू हुआ था और Battersea Power Station की waste heat से 3,000 से अधिक घरों को heating देता था; यह आज भी चल रहा है
- Westminster पुरानेपन और carbon intensity के कारण Pimlico system के refurbishment या closure पर विचार कर रहा है
जहां steam अब भी फायदेमंद है
- कुछ systems steam से दूर जा रहे हैं, और नए systems के hot water पर चलने की संभावना अधिक है
- फिर भी steam के स्पष्ट फायदे बचे हुए हैं
- steam अपने आप move करती है, इसलिए उसे जरूरत की जगह तक pump करके भेजना नहीं पड़ता
- hot-water systems में पानी को वापस pump करना पड़ता है
- condensate को discharge करने वाले steam systems में piping की मात्रा लगभग आधी ही चाहिए होती है
- कई industrial processes को सीधे steam की जरूरत होती है
- कुछ खास conditions में steam district heating अब भी पसंद की जा सकती है
district heating के सफल होने की शर्तें
- district heating सचमुच district-scale technology है और इसके लिए high heat demand density चाहिए
- heat loss और infrastructure cost के कारण linear heat density, यानी network pipe के प्रति 1m पर सालाना बेची गई heat, अगर 2–3MWh से कम हो तो आम तौर पर economics कमजोर रहती है
- यह लगभग कम से कम 12 homes per acre, 30 homes per hectare की density के बराबर है
- यह level UK के नए suburban developments के average के करीब है, लेकिन US suburban developments के लिए काफी high density है
- Los Angeles का R1 residential zoning minimum lot 0.114 acre रखता है, इसलिए यह इस benchmark से नीचे है, और शहर की residential land का तीन-चौथाई हिस्सा exclude हो जाता है
- district heating आम तौर पर छोटे और अधिक dense developments को target करती है
- housing complexes
- central business districts
- government complexes
- campuses
- hospitals, universities और industrial facilities stable base heat demand देकर system economics सुधारने वाले anchors बन सकते हैं
शुरुआती लागत और policy support
- upfront capital cost ऊंची होती है
- 2014 के एक study के अनुसार UK district heating network cost piping के प्रति 1m लगभग 1,242 pounds थी
- English-speaking देशों में high construction costs और complex planning systems लागत को और बढ़ाते हैं
- residents के लिए ऐसे systems को support करने के commercial incentives मौजूद हैं
- Denmark में local energy का 94.4% regulated tariffs के आधार पर alternative standalone heat sources से सस्ता था
- UK की कुछ calculations gas boiler की तुलना में सालाना 350 pounds, और air-source heat pump की तुलना में सालाना 950 pounds की savings दिखाती हैं
- district heating के scale-up के लिए शुरुआती barriers पार करने हेतु substantial policy support और financial incentives की जरूरत पड़ने की संभावना है
- UK government ने Energy Act 2023 में market को स्पष्ट रूप से regulate किया और heat network zoning review के लिए consultation शुरू किया
- consultation summary के अनुसार एक दिन UK की heat का 20% तक heat networks से supply हो सकता है
New York steam system की जगह
- New York City का steam system urban daily life और visual language का हिस्सा बन चुका iconic anachronism है
- यह उस दौर में essential technology के रूप में काम करता था जब Manhattan की buildings आसमान की ओर उठनी शुरू हुई थीं
- यह system दुनिया भर में export और improve हुई district heating के historical foundations में से एक है
- future cities शायद सैकड़ों miles steam piping से powered नहीं होंगी
- लेकिन future urban heating और cooling का बड़ा हिस्सा highly insulated pipes के जरिए पानी pump करने वाले district systems से हो सकता है
1 टिप्पणियां
Hacker News की राय
लेख में end-to-end efficiency को 60% माना गया है। इसमें steam generator और पाइपलाइन नेटवर्क के maintenance का खर्च भी जुड़ता है
बिजली transmission grid उपभोक्ता तक लगभग 85% efficient होती है, और पुराने resistance-type electric radiators 100% efficient होते हैं। तो मुझे हैरानी है कि नई इमारतों के लिए steam system से जुड़ने की कोई वजह है भी या नहीं
लेकिन heat potential के आधार पर देखें तो पुरानी तकनीक करीब 33% पर, और सबसे अच्छी आधुनिक तकनीक भी लगभग 45% पर ही रुकती है। कोयला या natural gas जलाने पर बहुत heat निकलती है और उसका कुछ हिस्सा turbine घुमाता है, लेकिन काफी हिस्सा condenser या exhaust gas के साथ वातावरण में फेंक दिया जाता है
यहीं steam distribution शानदार बन जाता है। क्योंकि बिजली उत्पादन की waste heat के कुछ हिस्से को heating industry में efficiently इस्तेमाल करने वाला combined heat and power संभव हो जाता है। power plant को 1000F·1000 PSI की supercritical steam चाहिए होती है, लेकिन steam network को लगभग 150 PSI·350F steam ही चाहिए, और इस steam में burner से आई energy अभी भी काफी बची होती है, जबकि turbine के लिए यह अपेक्षाकृत कम उपयोगी होती है
इसलिए बिजली से heating करना मुफ्त heat को बस फेंक देने जैसा हो जाता है। बेशक heat distribution network भी मुफ्त नहीं है
अगर बिजली solar·wind से पैदा होकर store की जा सके, तो electric heating आर्थिक रूप से बेहतर हो सकती है। solar heat को सीधे store करना कहीं ज्यादा मुश्किल है
Usage fees are then added on top, paying anywhere from $11.35 per megapound in the summer to $35.013 during peak season.लेकिन प्रति pound 1112 BTU से कम वाली steam room temperature के मुकाबले condense हो जाती है, इसलिए एक megapound steam की heat quantity कम से कम 325,895 kWh हैयह marginal cost के तौर पर प्रति MMBtu 1~3 cent, और प्रति MWh 3.5~11 cent के स्तर पर है। connection fee $3,555 लेख में बताए गए steam costs $13k~$44k से काफी छोटी है
तुलना करें तो natural gas प्रति MMBtu कुछ dollar है और wholesale electricity प्रति MWh $40~$60 है। steam कई orders of magnitude सस्ती है
अगर लेख की कीमतें सही हैं, तो Lincoln Towers ऐसा लगता है कि ठीक ऊपर बताई गई $11.35 usage fee से काफी कम, यानी प्रति megapound $2.43 चुका रहा है; वजह मुझे नहीं पता, लेकिन steam असल में लगभग मुफ्त जैसी है। subsidy या production को अनिवार्य करने वाला regulation हो सकता है। steam का काफी हिस्सा pollution reduction process के byproduct के रूप में cogeneration से आता है, इसलिए लागत कम होना समझ में आता है, लेकिन इस कीमत को समझाने के लिए लगभग सारी steam byproduct होनी पड़ेगी
“इसे किसी और काम में इस्तेमाल किया जा सकता था” वाला opportunity cost 0 है
यह हिस्सा खास तौर पर ध्यान खींचता है:
in 1962, the anthracite seam under Centralia, PA – 25 miles to the west of Lehigh County – caught on fire and is still burning today.)60 साल से ज्यादा समय से underground coal mine में आग लगी है और वह अब भी जल रही है, यह हैरान करने वाला है। सोचता हूँ कि mine और कितने समय तक जलेगी। Google की photos भी काफी दिलचस्प हैं
https://www.dmr.nd.gov/ndgs/ndnotes/ndn13_h.htm और https://www.dmr.nd.gov/ndgs/documents/newsletter/2013Winter/...
कई शुरुआती explorers ने northern Great Plains क्षेत्र में coal fires दर्ज कीं, और वर्षों में prairie fires ने lignite seams में कई बार आग लगाई। western North Dakota के Theodore Roosevelt National Park और Amidon के पास दो जगहों पर lignite seams हाल तक कई वर्षों तक जलती रही थीं, और park के Buck Hill की lignite seam 1951~1977 में जली थी
लेकिन यह तो सिर्फ modern history है। western North Dakota के एक बड़े butte पर field work करते हुए Arikaree Formation में clinker pebbles मिले, जो दिखाते हैं कि करीब 2.5 करोड़ साल पहले उस rock के deposit होने से पहले ही coal जल रहा था। संभव है कि लगभग 4 करोड़ साल पहले grasslands के पहली बार बनने के समय से ही आग North Dakota plains में फैलती रही हो और coal seams को सुलगाती रही हो
https://en.wikipedia.org/wiki/Yanar_Dagh
https://www.cnn.com/travel/article/yanar-dag-azerbaijan-land...
Seattle में भी ऐसा है। University of Washington में भी है, और यह हैरानी की बात है कि आज भी इसकी economics बैठती है
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Seattle_Steam_Company
बचपन में मैं अक्सर downtown Indianapolis जाता था, और manholes व road gratings से steam उठती देखना हमेशा डरावना लगता था। बाद में पता चला कि वह डर बेबुनियाद नहीं था; कभी-कभी इनमें विस्फोट भी हो जाते थे [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-...
इसके सबसे बड़े ग्राहक पहाड़ी पर बने hospitals हैं, और steam का इस्तेमाल heating के अलावा medical instruments की sterilization में भी होता है
बचपन में मेरी तीन सबसे पसंदीदा किताबों में से एक इस article से जुड़ी है। यह समय के बहाव और technology पर एक बेहतरीन allegory भी है। एक copy ढूंढने लायक है, और मेरे पास अब भी मेरी किताब है
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Mike_Mulligan_and_His_Steam_...
पहली बार पता चला कि steam distribution का आविष्कार अमेरिका में करीब 1880 में हुआ था, और यह आज भी NYC में इस्तेमाल होता है। मैंने कभी नहीं सोचा था कि “Steam Plants” सचमुच distribution के लिए steam बनाने वाली facilities हैं; मुझे लगा था कि सफेद धुआं उगलने की वजह से यह बस एक मज़ाकिया expression है
केवल छोटे networks ही steam पर नहीं चलते। Munich की steam heating 1908 में शुरू हुई थी, और 2022 से इसे भारी खर्च पर hot-water system में बदला जा रहा है ताकि geothermal और अन्य renewable heat-pump based heat sources को बेहतर तरीके से अपनाया जा सके। वजह यह है कि ये heat sources supercritical steam बनाने जितने गर्म नहीं हो सकते [1]
[1] https://www.swm.de/dam/doc/geschaeftskunden/fernwaerme/flyer...
लगता है New York वालों को pipes में चीज़ें डालना सचमुच बहुत पसंद है। पानी, sewage, gas जैसी सामान्य चीज़ें काफी नहीं थीं, तो उन्होंने pipes में steam डाली; Roosevelt Island में कचरे और vacuum का mix pipes में डालते हैं [1], पहले mail भी pipes में भेजते थे [2], ऐसा भी लगता है कि वे चूहों को लोगों के घरों तक plumbing से भेजते हैं, कभी-कभी किसी ने pipes में explosives भी डाले [3], और वे खुद को भी pipes में डालते हैं [4]
यह इतना Freudian है कि शायद किसी therapist से बात करनी चाहिए
[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 को Long Island Lighting Company(LILCO) ने 1973–1984 के बीच लगभग 6 अरब डॉलर खर्च कर बनाया था, लेकिन इसका कभी इस्तेमाल नहीं हुआ और 1994 में इसे पूरी तरह dismantle कर दिया गया। यह उन सबसे महंगे industrial projects में गिना जाता है जो पूरे तो हुए, लेकिन अपने मूल उद्देश्य के लिए इस्तेमाल नहीं किए गए
मुझे जानना है कि district heating systems कितने आम हैं। Vermont का Montpelier लकड़ी के चूल्हे से भाप बनाकर छोटे downtown के बड़े हिस्से को सप्लाई करता है: https://www.montpelier-vt.org/427/Project-Background
Minneapolis नेटवर्क का fuel source मुझे ठीक से नहीं पता, लेकिन St Paul नेटवर्क wood chips, wood waste और natural gas इस्तेमाल करता है
Minneapolis: https://cordiaenergy.com/our-networks/minneapolis/
St Paul: https://www.districtenergy.com/
30 साल पुरानी steam network में कभी-कभी leaks हो जाते हैं, जिससे जमीन से उबलते गर्म झरने जैसी बुलबुलाहट दिखती है
जानना चाहूँगा कि अपने घर में ऐसी heating इस्तेमाल करना oil heating से कितना सस्ता पड़ेगा
(1) https://www.enwave.com/locations/pei.htm
steam distribution systems के बारे में मेरी पसंदीदा बात यह है कि इन्हें cooling के लिए भी इस्तेमाल किया जा सकता है। तरीका या तो steam-driven compressors इस्तेमाल करना है या adsorption refrigeration
कम से कम पहला तरीका NYC की ConEd ने सच में लागू किया था या option के रूप में study किया था, ऐसा लगता है: https://web.archive.org/web/20071008014254/http://www.coned....