Recuperación de calor en la industria para fines térmicos y eléctricos

RECUPERACIÓN DE CALOR EN LA INDUSTRIA
PARA FINES TÉRMICOS Y ELÉCTRICOS.
APLICACIÓN A LA INDUSTRIA VASCA: DEBAGOIENA
Nuevos horizontes para el futuro energético
Mercedes Gómez de Arteche
Tecnalia - Área Eficiencia Energética y Sostenibilidad
Industrial - DEMA
26-11-2015
ÍNDICE
0. Aprovechamiento del calor residual en la industria.
1. Recuperación de calor en la industria para uso externo: District Heating.
2. Recuperación de calor en la industria para uso interno:
2.1 Calor de baja temperatura. Tecnología: Absorption Heat Transformer.
2.2 Calor de alta temperatura. Tecnología: Recuperador de calor + Ciclo ORC.
• Etapas para el desarrollo del proyecto.
• Plan de Negocio. Consideraciones.
3. Conclusiones.
0. APROVECHAMIENTO DEL CALOR RESIDUAL EN LA INDUSTRIA
 Alrededor de un 70% de la demanda energética de la industria europea tiene fines térmicos y
una tercera parte es emitida a la atmósfera (calor residual).
 Uno de los objetivos de la estrategia EUROPA 2020, es: “Debería alcanzarse el objetivo
«20/20/20» en materia de emisiones, eficiencia energética y renovables”.
 Euskadi: la industria supone un 41,6% del consumo final total de energía.
Fuente: EVE. Datos energéticos 2013.
 Procesos productivos como la fundición, forja, siderurgia, papel o cemento pierden
entre 35% -50% del calor generado.
 E32020: mejora de la competitividad y sostenibilidad de procesos industriales; fomento
de la eficiencia y las renovables.
1. Recuperación de calor para uso
externo: DISTRICT HEATING
APROVECHAMIENTO
DEL CALOR RESIDUAL
EN LA INDUSTRIA
1. RECUPERACIÓN DE CALOR PARA USO EXTERNO
 Se refiere al aprovechamiento del calor residual procedente de industrias próximas para su
aprovechamiento en redes de distrito (DISTRICT HEATING) para calefacción, refrigeración
y/o ACS en zonas residenciales.
Foco de calor residual
industrial
 BARRERAS:
 Necesidad de una infraestructura existente de red de distrito.
 Comarca de Debagoiena: la mayoría de los edificios poseen
instalaciones de calefacción /ACS individualizada.
 MODELO de NEGOCIO. Complejo de articular.
Zona residencial
 PROYECTOS EN DESARROLLO:
 PROYECTO PITAGORAS: http://pitagorasproject.eu/
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Demostrador en desarrollo en una acería en Brescia (Italia):
instalación de un generador de vapor + equipo ORC.
Generación de vapor para destino District Heating en invierno → Potencia
térmica instalada: 16 MWt.
Generación de electricidad (equipo ORC) para generación de EE en verano →
Potencia eléctrica instalada: 1,8 MWe.
1. Recuperación de calor para uso
externo: DISTRICT HEATING
APROVECHAMIENTO
DEL CALOR RESIDUAL
EN LA INDUSTRIA
2. Recuperación de calor para uso
interno:
2.1. Calor de baja T (50-70ºC): AHT
2. RECUPERACIÓN DE CALOR PARA USO INTERNO
2.1. FUENTES DE CALOR DE BAJA TEMPERATURA (50-70ºC)
 Grandes cantidades disponibles en la industria petroquímica, química, papel, etc.
 Actualidad: energía desechada y de difícil aprovechamiento.
 Tecnología innovadora en desarrollo: ABSORPTION HEAT TRANSFORMER (AHT).
 VENTAJAS:
 La demanda térmica de las instalaciones: reducirse en un 15%.
 Incremento en el rendimiento global del proceso desde un 70 a un 80%.
APLICACIONES:
 Recuperación del calor para empleo en procesos de mayor T (100-120ºC).
 PROYECTO INDUS3ES: REFINERÍA TUPRAS (Turquía) – demostrador 200kW.
Calor residual

Temperatura
Baja T
Alta T
1. Recuperación de calor para uso
externo: DISTRICT HEATING
APROVECHAMIENTO
DEL CALOR RESIDUAL
EN LA INDUSTRIA
2. Recuperación de calor para uso
interno:
2.1. Calor de baja T (50-70ºC): AHT
2.2. Calor de alta T (>300ºC): ORC
2. RECUPERACIÓN DE CALOR PARA USO INTERNO
2.2. FUENTES DE CALOR DE ALTA TEMPERATURA (T> 300ºC)

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CONSIDERACIONES:
Caso de estudio más abundante en la industria intensiva de Euskadi.
Grandes cantidades de calor emitido a la atmosfera a temperaturas 300-400ºC.
Se alinea con la industria presente en la comarca de Debagoiena.
Potencia mínima para valorización térmica: aprox. 500-1000 kWt.
Proceso continuo.
Importante la naturaleza del caudal de gases.
Beneficios tanto económicos como ambientales.
 BARRERAS:
 Planificación de acciones previas en las instalaciones industriales.
 Inversión.
 Priorizaciones departamentales en las empresas.
 APLICACIONES:
 Aprovechamiento térmico en procesos productivos.
 Necesidades térmicas en instalaciones (calefacción y ACS en oficinas y vestuarios).
 Generación de energía eléctrica para autoconsumo a través de un CICLO ORC.
2. RECUPERACIÓN DE CALOR PARA USO INTERNO
2.2. FUENTES DE CALOR DE ALTA TEMPERATURA (T> 300ºC)
 CASO DE ESTUDIO: PROYECTO ENERHEAT2: Demostrador: VICRILA (Leioa-Bizkaia).
 Generación de energía eléctrica a través de CICLO ORC.
2. RECUPERACIÓN DE CALOR PARA USO INTERNO
2.2. FUENTES DE CALOR DE ALTA TEMPERATURA (T> 300ºC)
 PASOS A SEGUIR PARA EL DESARROLLO DEL PROYECTO:
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Análisis de instalaciones y cálculo del potencial térmico disponible. Limitaciones.
Diseño térmico del recuperador de calor: tipo ECONOMIZADOR.
Confirmación del potencial de disipación necesario y disponible en la instalación.
Necesidad de datos de entrada del fluido de intercambio al Evaporador del ORC.
Análisis del tipo de partículas presentes en los gases: TESTER
Diseño mecánico Recuperador. Equipos de limpieza: SOPLADOR DE AIRE.
Diseño térmico-mecánico equipo ORC.
Diseño de la instalación global:
• Definición de conductos, tubería, I&C asociadas a los equipos.
• Arquitectura de control.
• Definición de obra civil y estructura metálica asociada al proyecto.
Fabricación y compra de equipos.
Obra civil e implantación de tuberías y equipos.
Pruebas de presión y estanqueidad.
Comisionado de equipos.
Puesta en marcha de la instalación.
2. RECUPERACIÓN DE CALOR PARA USO INTERNO
 PLAN DE NEGOCIO DEL PROYECTO:
 Aspectos técnicos:
Potencia térmica
recuperable
1200 kWt
Eficiencia estimada
Recuperador
85%
Potencia térmica neta
 Inversión estimada:
Equipo Recuperador +
conductos + tuberías +
I&C
133.800€
Equipo ORC
200.000€
1020 kWt
Obra Civil
50.000 €
Eficiencia equipo ORC
11%
Contingencias (20%)
70.000€
Potencia instalada
equipo ORC
112,2 kWe
TOTAL INVERSIÓN
453.800 €
Operatividad del
sistema
95%
Autoconsumos
22,50 kWe
Energía eléctrica neta
generada
 Costes estimados:
Coste OPEX
746.483 kWh/año
14.000 €/año
 Período de fabricación y
construcción:
Estimado en 8-10 meses
2. RECUPERACIÓN DE CALOR PARA USO INTERNO
 PLAN DE NEGOCIO DEL PROYECTO:
 Coste específico instalación ORC en función de la potencia:
• Coste específico (€/kWe): dependiente tanto de la potencia eléctrica instalada y
de la eficiencia del equipo, que mejora cuanto mayor sea ésta.
• El coste específico disminuye al incrementarse la potencia instalada del equipo
ORC.
Coste específico en función de la potencia
Coste específico (€/kWe)
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
0
50
100
150
Potencia eléctrica (kWe)
200
250
300
2. RECUPERACIÓN DE CALOR PARA USO INTERNO
 PLAN DE NEGOCIO DEL PROYECTO:
 Hipótesis consideradas:
• Precio electricidad: 0,1 €/kWh
• Aumento precio electricidad: 2%
1.000.000 €
Inversión inicial
800.000 €
Ganancia acumulada (sin Subvención)
600.000 €
Ganancia acumulada (Subvención IDAE+EVE)
400.000 €
CONVENIENTE: Aplicación
de un protocolo de medida
y verificación de los ahorros
obtenidos
200.000 €
0€
Certificación CMVP
ISO 50015:2014 Medida y
Verificación
-200.000 €
-400.000 €
-600.000 €
Año 0 Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5 Año 6 Año 7 Año 8 Año 9 Año 10 Año 11 Año 12 Año 13 Año 14 Año 15
2. RECUPERACIÓN DE CALOR PARA USO INTERNO
 APOYO ECONÓMICO DE ADMINISTRACIONES:
 IDAE: Programa de ayudas PYME y gran empresa sector industrial.
• Cuantía máxima del 30% de la inversión elegible correspondiente.
Compatibilidad con otras ayudas.
• Presentación de solicitudes a la convocatoria será del 6 de mayo de 2015 al 5
de mayo de 2016, siempre y cuando no se haya agotado el presupuesto
disponible.
http://www.idae.es/index.php/relcategoria.4037/id.856/relmenu.449/mod.pags/mem.
detalle

EVE: Programas de ayudas: Eficiencia Energética y Energías Renovables en la
Industria
• Ayudas a fondo perdido.
• Hasta el 20% del coste subvencionable.
http://www.eve.es/Programas-de-ayuda/Eficiencia-Energetica-y-Energias-Renovablesen-la.aspx
3. CONCLUSIONES
 Tanto Europa como Euskadi han desarrollado estrategias energéticas de cara a 2020 en las
que uno de los objetivos principales es la EFICIENCIA ENERGÉTICA.
 Euskadi y la comarca de Debagoiena, dispone de un fuerte sector de industrial intensivo en los
que existe un gran potencial de aprovechamiento térmico de calor de alta temperatura que,
en la actualidad, se desecha. Tendencia → EFICIENCIA en los procesos y reducción de costes
en consumo de energía primaria.
 Existen diferentes vías de aprovechamiento térmico, pero la de mayor aplicabilidad dada la
industria presente en Debagoiena es el APROVECHAMIENTO TÉRMICO DE ALTA
TEMPERATURA CON EQUIPO DE GENERACIÓN DE EE ORC.
BASE PROYECTO: 1MWt DE CALOR RECUPERABLE.
o INVERSIÓN ESTIMADA: 0,6 €/kWh neto generado.
o PAYBACK ESTIMADO ~ 4 AÑOS (considerando subvenciones).
o AHORRO MEDIO ANUAL (15 AÑOS) ~ 86.000 €.
 Cuanto mayor sea el calor residual (kWt disponibles), la inversión (€/KWh) se reducirá y el
payback se ajustará.
¡MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN!
ESKERRIK ASKO ZUEN ARRETAGATIK!
INSTALACIONES DE VICRILA
Detalle bypass de
conductos
y válvulas
Chimenea
antigua
Instalación de
recuperación + ORC
Nueva instalación de recuperación de gases,
Chimenea
y bypass de conductos
DISEÑO TÉRMICO DEL RECUPERADOR
ANÁLISIS DEL TIPO DE PARTÍCULAS PRESENTES
TRAMPILLA EN
CHIMENEA
DESPUÉS
ANTES
DESPUÉS DE LIMPIEZA
CON AC
DISEÑO MECÁNICO DEL RECUPERADOR
DISEÑO DE LA INSTALACIÓN COMPLETA
Equipo ORC