Tecnalia Research and Innovation,

En el número 177 de la revista (junio-julio 2018) se desarrolló un artículo sobre la planta de recuperación de calor de los humos para generación de energía térmica y electricidad instalada en la empresa acerista Ori Martin, localizada en Brescia (Italia) y enmarcada dentro del proyecto PITAGORAS (FP7-Smart Cities Program), coordinado por Tecnalia. Hoy, tres años después de su puesta en marcha, y llevada a cabo la monitorización y análisis de los datos de operación más reseñables y producciones generadas, se puede afirmar que la planta opera en óptimas condiciones alcanzando los objetivos de eficiencia marcados al inicio del proyecto.

Tras la finalización oficial del proyecto europeo PITAGORAS (octubre 2017), Tecnalia, con la colaboración de Ori Martin y Aiguasol (socios del proyecto), ha continuado con la monitorización y análisis de los datos de operación y producción de la planta de recuperación de calor, con el objetivo de verificar los resultados esperados al inicio del proyecto y tratar de dar visibilidad a este tipo de proyectos, para su expansión a industrias similares en el territorio nacional y europeo.

Si atendemos a la generación de vapor total en la caldera, agua caliente que se deriva a la red de distrito, generación de energía eléctrica a través de un sistema ORC (Organic Rankine Cycle) para autoconsumo desde octubre de 2017 hasta junio de 2019, se obtiene la siguiente gráfica.

La figura superior representa, en color verde, el vapor total mensual generado en la caldera de recuperación, el cual asciende a unos 73.611 MWh durante el período considerado; de ese vapor total, durante prácticamente lo meses de otoño, invierno y primavera (hasta mayo), el vapor generado se destina a la batería de equipos responsables de producir agua caliente para suministro a la red distrito (línea amarilla), lo cual corresponde, en este período, a unos 44.496 MWh. De este vapor destinado a los equipos, cerca del 93% (41.290 MWh, línea azul), corresponde al agua caliente destinada a la red de distrito de la ciudad de Brescia. La diferencia entre el vapor producido y el calor suministrado se debe, principalmente, a las pérdidas térmicas características de este tipo de instalaciones y con el sistema de almacenamiento bifásico que existe tras la caldera, que marca el suministro a los sistemas de consumo, modulando la presión del buffer, en función de la demanda existente. Los descensos pronunciados que se aprecian en las tres variables mencionadas anteriormente se corresponden principalmente a paradas en festividades como Navidad, Semana Santa y paradas por mantenimiento de la instalación.

Por su parte, en los meses de verano, la operación de los sistemas asociados a la producción de agua caliente cesan, derivado a la disminución de la demanda de calefacción en la ciudad de Brescia, y comienza a operar el sistema de generación de energía eléctrica mediante ORC. Se puede observar cómo, en los meses de verano, la línea amarilla decrece y la naranja -vapor destinado al sistema ORC- aumenta, estando en torno a los 17.635 MWh. Derivado de la eficiencia del sistema ORC que detallaremos más adelante, la producción de energía eléctrica neta -línea roja- se sitúa en 3.060 MWh desde octubre 2017 hasta junio de 2019. Este valor de producción de energía eléctrica se debe a la eficiencia del ciclo ORC, que para una potencia instalada de 1,8MWe, ha resultado en una media de un 17%, lo cual es un valor más que óptimo para dicha potencia, cumpliendo el objetivo establecido.

Se puede apreciar que, tanto la energía térmica proporcionada a la red de distrito como la energía eléctrica generada durante el período analizado, son menores de lo esperado (ver Tabla 1). La razón que justifica este hecho son las pérdidas térmicas que existen entre la generación en caldera y los sistemas de distribución de vapor, que a lo largo del período analizado rondan el 16% y la eficiencia asociada al sistema ORC. A estos datos, hay que sumarle la no continuidad en la operación del horno y la inoperatividad del mismo en festividades y paradas por mantenimiento. Con esto, el horno ha estado operativo, durante el total del período analizado, una media del 57% de las horas totales del período, por lo que se justifica claramente que en las estimaciones iniciales, no se haya considerado de manera exacta la intermitencia real del proceso. En la Figura 3 se puede apreciar la operatividad del horno y la parada de este, las cuales se corresponden, como hemos comentado, con festivos y paradas por mantenimiento (picos descendentes), a parte de la propia operación “batch” del horno, que carga material para fundir cada 45 minutos aproximadamente.

En lo que respecta al destino del vapor generado en la caldera, para evidenciar que la mayor parte del tiempo el vapor es destinado a la generación de agua caliente para la red de distrito de la ciudad de Brescia y que únicamente en los meses de verano opera el ORC, la siguiente figura lo refleja a la perfección. Además, se ve como, durante el mes de junio 2018, ambos sistemas trabajaron acoplados, modo que en un principio no se había planteado, no generando problema alguno. La media de vapor generado mensual se encuentra entorno a las 6 t/h.

Por último, cabe confirmar que la temperatura de suministro de agua caliente a la red de distrito ha cumplido las expectativas esperadas, variando esta en función de la temperatura exterior en la ciudad de Brescia. La temperatura media de suministro se encuentra en torno a los 95ºC y la de retorno alrededor de los 58ºC, habiendo picos de temperatura de suministro de entre 100 y 115ºC en los meses más fríos como enero y febrero. Los períodos reflejados en la gráfica en los que la temperatura de suministro desciende (en la Figura 6 entorno a los 60ºC) y la de retorno aumenta, se corresponde a los meses (verano) en los que no se suministra calor a la red y, por tanto, se está generando energía eléctrica.

Como principales conclusiones a la hora de examinar el comportamiento de la instalación tres años después de su puesta en marcha, se pueden extraer:

• Durante este período, se ha llegado a aproximadamente la mitad de la producción esperada, tanto en suministro de calor a la red como a producción de electricidad. La conclusión consensuada con Ori Martin es que la intermitencia del proceso es difícil de estimar. Que la operatividad del horno ronde el 57%, concuerda con la producción real obtenida.
• Cualquier discontinuidad en el funcionamiento el EAF, se ve reflejado en el resto de la instalación.
• El rendimiento del equipo ORC se aproxima muy de cerca al valor esperado (18%), entorno al 17%.
• La instalación ha funcionado correctamente a lo largo del período analizado, con excepción de las paradas por festivos y mantenimiento anual. Además, durante mediados de mayo-junio, el modo DH ha trabajado acoplado al modo ORC a mitad de carga.
• Las temperaturas de suministro de agua caliente a la red cumplen los requisitos establecidos, estando en una media de 95ºC e incrementándose en ocasiones hasta 115ºC en función de las condiciones meteorológicas externas (más severas) en la ciudad de Brescia.