o ESTRATEGIAS ENERGÉTICAS PARA REDUCIR LOS COSTOS …Pasos recomendados en el proyecto de...
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35 años de investigación, innovando con energía © 2014, IIE. Todos los derechos reservados. La reproducción total o parcial en cualquier medio o forma sin el expreso permiso escrito del IIE está prohibido. ESTRATEGIAS ENERGÉTICAS PARA REDUCIR LOS COSTOS DE PRODUCCIÓN EN LA INDUSTRIA Manuel Fernández Montiel Instituto de Investigaciones Eléctricas Agosto 2014
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ESTRATEGIAS ENERGÉTICAS PARA REDUCIR LOS COSTOS DE PRODUCCIÓN
EN LA INDUSTRIA
Manuel Fernández Montiel
Instituto de Investigaciones Eléctricas Agosto 2014
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Contenido
• Antecedentes
• Norma ISO – 50001 : 2011
• Cogeneración – caso de eficiencia energética
– Beneficios
– Consideraciones para selección del esquema
– Ejemplo
• Comentarios y conclusiones
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Antecedentes
• Normativa internacional: ISO – 50001:2011 “Energy management systems — Requirements with guidance for use” La aplicación global contribuirá a una mayor disponibilidad de energía, mejora de competitividad y a
un impacto positivo sobre el cambio climático (sistema de gestión)
• La SENER a través de la CONUEE, publicó el Protocolo de Actividades para la
implementación de acciones de eficiencia energética en inmuebles, flotas vehiculares e instalaciones de la Administración Pública Federal (APF). El Protocolo tiene como objetivo establecer un proceso de mejora continua para fomentar la
eficiencia energética en la APF. Se basa en la ISO – 5001:2011
• La eficiencia energética, en el marco del Plan Nacional de Desarrollo 2007 – 20012, es un tema de la mayor importancia (política de estado).
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Norma Internacional ISO-50001 : 2011
La gestión de la energía se basa en los procesos de mejora continua: • Planear:
– Establecer la línea base, los indicadores de comportamiento energético, objetivos, metas y planes de acción, con la intención de alcanzar los resultados de mejora energética alineados con la política energética de una organización
• Ejecutar:
– Llevar a la práctica los planes de acción para la gestión de la energía
• Revisar:
– Los Procesos de monitoreo y medición, así como las características de operación claves que determinan el comportamiento energético y comparar con la política energética y sus objetivos
• Actuar:
– Tomar acciones para que continuamente se mejore el desempeño energético, así como el Sistema de Gestión de la Energía
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Norma Internacional ISO-50001 : 2011
Sistema de gestión de la energía
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Estrategia para optimización de la energía
Identificar necesidades
energéticas
Realizar “benchmark”
energético
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Estrategia para optimización de la energía
Identificar necesidades
energéticas
Realizar “benchmark”
energético
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Estrategia para optimización de la energía
Identificar necesidades
energéticas
Realizar “benchmark”
energético
Implementación
de “n”
propuestas
Propuestas de
optimización energética de
los procesos industriales
Propuestas para optimizar
la energía térmica (si se
requiere)
Propuestas para optimizar
la energía eléctrica
Verificación de
acuerdo a
ISO 50001
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Ejemplos donde aplicar sistemas para gestión de la energía
• Energía eléctrica y térmica – Industria química – Industria cementera – Ingenios azucareros – Refinerías de petróleo – Centros procesadores de gas – Grandes centros de compresión – Centros criogénicos – Siderúrgicas – Cerveceras – Papeleras
• Energía eléctrica – Grandes comercios y centros comerciales – Refinadoras de acero
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Cogeneración – Caso de eficiencia energética
• ¿Qué es la cogeneración? – Es la producción simultánea de energía eléctrica (y/o mecánica) y de
energía térmica aprovechables para los procesos industriales a partir de una misma fuente (son casos de Eficiencia Energética)
• A nivel nacional – Ahorro de combustibles (energía primaria) – Disminución de los gases de efecto invernadero – Desarrollo regional
• Al sector eléctrico y a la CFE – Diferimiento de inversiones – Disminución de pérdidas eléctricas
BENEFICIOS • Para los usuarios
– Mayor disponibilidad y confiabilidad del suministro eléctrico
– Calidad de la energía de acuerdo a los requerimientos del usuario
– Disminución de la factura energética
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Acc 1 Acc 3 Acc 2
Vapor AP
Vapor MP
Vapor BP Plantas Fuerza
Plantas Fuerza
4
calderas
2
calderas
Vapor AMP
2
calderas
2 TGV Tiros
forzados
EE al
Complejo
Ejemplo - Situación actual
S.E.
Red de CFE
Turbinas de Vapor
(TV) para
accionamiento de
compresores
(grandes
consumidores de
vapor)
Sistema de suministro vapor
y energía eléctrica a un
complejo industrial
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Acc 1 Acc 3 Acc 2
Vapor MP
Vapor BP Plantas Fuerza
Plantas Fuerza
4
calderas
2
calderas
Vapor AMP
2
calderas
2 TGV Tiros
forzados
EE al
Complejo
Ejemplo - Situación actual
S.E.
Red de CFE Planta de fuerza
genera la EE del
complejo con
Tecnología de
baja eficiencia
Calderas proporcionan
VAP al complejo
Vapor AP
Consumo de
combustible
Consumo de
combustible
Consumo de
combustible
Calderas
proporcionan
VMP al
complejo
No hay
excedentes de EE
La conexión a
CFE es para
respaldo
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Pasos recomendados en el proyecto de cogeneración
Identificar necesidades
energéticas
Realizar “benchmark”
energético
Propuestas de
optimización energética de
los procesos industriales
Definir características de
la planta de cogeneración Definir características de
sistemas auxiliares
Estudio de viabilidad
técnica:
• Disponibilidad de
combustibles
• Restricciones de
espacio
• Distancia a transmitir
energía térmica
• Sistema eléctrico
Seguimiento del
proyecto de
acuerdo a ISO
50001
Ejecución del
proyecto
si
Factibilidad
económica si
no
no
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Ejemplo - Situación actual
Mapa energético del centro consumidor
En
erg
ía e
léc
tric
a (
MW
e)
Calor útil (MWt)
Requerimientos de vapor y
EE del complejo, antes de
la optimización de los
procesos
Tecnologías:
• Ciclo Rankin para EE
• Calderas para VAP y VMP
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Ejemplo - Situación actual
• Optimización de los procesos en el complejo, por ejemplo: – Distribución de energía eléctrica – Iluminación – Calentamiento – Secado – Desalación – Bombeo de líquidos – Compresión de aire (otros sistemas de compresión se verán después) – Limpieza de gases – Hornos – Generación de energía eléctrica – Generación de energía térmica
• Otras condiciones: – Se requiere contar con excedentes eléctricos para venta a otros usuarios o
para autoconsumo
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Ejemplo - Situación actual
Mapa energético del centro consumidor
Requerimientos de vapor y
EE del complejo, después
de la optimización de los
procesos
En
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MW
e)
Calor útil (MWt)
Requerimientos de vapor y
EE del complejo, antes de
la optimización de los
procesos
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Ejemplo - Situación actual
Mapa energético del centro consumidor
Requerimientos de vapor y
EE del complejo, después
de la optimización de los
procesos
En
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a (
MW
e)
Calor útil (MWt)
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Ejemplo - Situación actual
Mapa energético del centro consumidor
En
erg
ía e
léc
tric
a (
MW
e)
Calor útil (MWt)
Tecnologías:
• Ciclo Rankin para EE
• Calderas para VAP y VMP
Requerimientos de vapor y
EE del complejo, después
de la optimización de los
procesos
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Consideraciones para selección de un esquema de cogeneración
Situación del centro
consumidor con procesos
optimizados
Importación de
electricidad
Calor a generar por
sistema auxiliar
Excedentes de calor
a disipar
Exportación de
electricidad
A
D
B
C
En
erg
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MW
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Calor útil (MWt)
Tecnología 1
Tecnología 2
Mapa energético del centro
consumidor
• “Benchmark” de nuevas tecnologías
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Acc 1 Acc 3 Acc 2
Vapor MP
Vapor BP Plantas Fuerza
Plantas Fuerza
4
calderas
2
calderas
Vapor AMP
2
calderas
2 TGV Tiros
forzados
EE al
Complejo
Ejemplo – Integración planta de cogeneración
S.E.
Red de CFE
Vapor AP
Consumo de
combustible
Consumo de
combustible
Consumo de
combustible
Acciones para mejorar eficiencia
energética del complejo
1. Cambiar la tecnología para
generación de vapor y EE
De Ciclo Rankin
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Acc 1 Acc 3 Acc 2
Vapor MP
Vapor BP Plantas Fuerza
Plantas Fuerza
3
calderas
2
calderas
EE al
Complejo
Ejemplo – Integración planta de cogeneración
S.E.
Red de CFE
2 TG 2 HRSG
Vapor AP
Consumo de
combustible
Consumo de
combustible
Consumo de
combustible
A ciclo con Turbogenerador de Gas y
Recuperador de Calor (TG + HRSG)
El turbogenerador de gas proporciona
EE al complejo y el excedente se
entrega a la red (por ejemplo a una
sociedad de autoabasto u otros
grandes usuarios)
Las TV de los compresores cierran el
ciclo de vapor (equivalente a un ciclo
combinado)
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Acc 1 Acc 3 Acc 2
Vapor MP
Vapor BP Plantas Fuerza
Plantas Fuerza
3
calderas
2
calderas
EE al
Complejo
Ejemplo – Integración planta de cogeneración
S.E.
Red de CFE
2 TG 2 HRSG
Vapor AP
Consumo de
combustible
Consumo de
combustible
Consumo de
combustible
El VAP lo proporcionan los
Recuperadores de Calor de los
Turbogeneradores de Gas y 3 calderas
de VAP (disminuyen de 4 a 3)
Se eliminan las calderas de VMP
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Acc 1 Acc 3 Acc 2
Vapor MP
Vapor BP Plantas Fuerza
Plantas Fuerza
3
calderas
EE al
Complejo
Ejemplo – Integración planta de cogeneración
S.E.
Red de CFE
2 TG 2 HRSG
Vapor AP
Consumo de
combustible
El VMP que haga falta, se
proporcionará mediante una estación
reductora
Consumo de
combustible
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Acc 1 Acc 3 Acc 2
Vapor MP
Vapor BP Plantas Fuerza
Plantas Fuerza
3
calderas
EE al
Complejo
Ejemplo – Integración planta de cogeneración
S.E.
Red de CFE
2 TG 2 HRSG
Vapor AP
Consumo de
combustible
Con todas estas adaptaciones se logra:
1. Reducir el consumo de combustible
del complejo
2. Mejorar la eficiencia global del
complejo
3. Contar con EE excedente para
entregar a la red de CFE
4. La EE excedente puede ser
aprovechada por una sociedad de
autoconsumo o vendida a otros
grandes usuarios
Consumo de
combustible
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Ejemplo – Integración planta de cogeneración
Calor a
generar
por
Calderas
Exportación de
electricidad
Requerimientos de vapor y
EE del complejo
En
erg
ía e
léc
tric
a (
MW
e)
Calor útil (MWt)
Nuevo mapa energético con cogeneración
TG + HRSG
Suministro de
vapor y EE
por el sistema
de
cogeneración
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Acc 1 Acc 3 Acc 2
Vapor MP
Vapor BP Plantas Fuerza
Plantas Fuerza
2
calderas
EE al
Complejo
Ejemplo – Acción adicional de eficiencia energética
S.E.
Red de CFE
2 TG 2 HRSG
Vapor AP
Consumo de
combustible
Consumo de
combustible
Sustituir algunos de los accionadores
que operan con vapor por motores
eléctricos de alta eficiencia
Se reduce la exportación de EE
Otro Incremento de la eficiencia
global del complejo
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Ejemplo – Integración planta de cogeneración
Nuevo mapa energético con cogeneración
Calor a
generar
por
Calderas
Exportación de
electricidad
Requerimientos originales
de vapor y EE del
complejo
En
erg
ía e
léc
tric
a (
MW
e)
Calor útil (MWt)
TG + HRSG
Suministro de
vapor y EE
por el sistema
de
cogeneración
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Ejemplo – Integración planta de cogeneración
Nuevo mapa energético con cogeneración +
sustitución de TV para accionamiento
Requerimientos originales
de vapor y EE del
complejo
Calor a
generar
por
Calderas
Exportación de
electricidad
TG + HRSG
En
erg
ía e
léc
tric
a (
MW
e)
Calor útil (MWt)
Suministro de
vapor y EE
por el sistema
de
cogeneración
Nuevos requerimientos de
vapor y EE del complejo
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Ejemplo – Integración planta de cogeneración
Nuevo mapa energético con cogeneración +
sustitución de TV para accionamiento
Calor a
generar
por
Calderas
Exportación de
electricidad
TG + HRSG
En
erg
ía e
léc
tric
a (
MW
e)
Calor útil (MWt)
Suministro de
vapor y EE
por el sistema
de
cogeneración
Nuevos requerimientos de
vapor y EE del complejo
35 años de investigación, innovando con energía
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Comentarios y conclusiones
• Es importante tener la referencia del consumo energético de cualquier instalación a partir de un diagnóstico
• Optimizar primero los procesos industriales (térmicos y eléctricos) para luego dimensionar adecuadamente otros proyectos de ahorro de energía como podría ser una planta de cogeneración
• Se debe considerar el grado de autosuficiencia eléctrica o térmica para el modelo de negocios de cualquier proyecto de eficiencia energética
• La energía mecánica equivalente de los gases de combustión de una turbina de gas (TG) en sistemas de cogeneración eficiente fluctúa entre un 40 y un 50% de la energía útil de la TG
35 años de investigación, innovando con energía
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Gracias por su atención
Ing. Manuel Fernández Montiel
Gerencia de Comercialización y Desarrollo de Negocios [email protected]
