Tecnologías para el Ahorro de Energía y Conservación Ambiental

Tecnologías para el Ahorro Energético
y
Conservación del Medio Ambiente
Agosto 2008
ORGANIZACION JAPONESA para el FOMENTO del
COMERCIO EXTERIOR (JETRO)
JAPAN CONSULTING INSTITUTE (JCI)
Contenidos I.
Introducción Importancia de la Conservación de la Energía / Reducción de Emisiones de CO2 II.
Tecnologías tipo para la Utilización de la Energía III.
Tecnologías Industriales Avanzadas para la Conservación de la Energía y Reducción de CO2 en Japón. 2
I.
Introducción
Importancia de la Conservación de la Energía / Reducción Emisiones de CO2
Contenido
1. Importancia de la Conservación de la Energía /
Reducción de Emisiones de CO2
2. Que se debe hacer para mitigar el calentamiento global?
3. Antecedentes de las tecnologías industriales de alta
eficiencia energética desarrolladas en Japón
3
1. Importancia de la Conservación de la Energía /
Reducción de Emisiones de CO2
(1) Para la eliminación/ mitigación del Calentamiento Global
Para prevenir / mitigar el calentamiento global, debe reducirse el CO2 en la atmósfera a
niveles previos a la revolución industrial. De mantenerse el aumento de CO2 a indices
actuales, el medio ambiente en la Tierra en una centuria será desastroso.
(2) Preservación de los recursos energéticos
Provisión de Energía Primaria Total
por tipo de combustible
Recursos combustibles renovables
Combustible Petroleo Gas Nat Carbon
Uranio
Reservas
explotables
1,15
billon
barriles
176
billon
m3
984 mil
millon
ton
4.6 million
ton
Producción
anual
28000
2,6
54
millon
barriles
billon
5100
millon
ton
m3
Años
41
67
192
explotación
Fuente de
Informe Estadistico BP
datos
año 2004
k ton
85
OECD/NEA,
IAEA
URANIUM
( 2003)
(Fuente: IEA 2007)
4
(3) Reducción de costos de productos
El costo de aquellos productos que consumen más energía en su producción será mas
alto debido a los costos de la energía, los cuales aumentarán. Luego, para bajar los
costos, será esencial reducir el consumo de energía en la producción. Entonces, para
sobrevivir en el mercado, se deberá reducir el consumo de energía a un mínimo, tanto
para bajar costos como así la emisión de CO2.
Consumo de Energía
Mayor costo de producción
(4) Efectos de la Emisión de CO2 Sobre el Valor de Productos a Futuro
Desde el punto de vista del problema del calentamiento global y el agotamiento de los
combustibles, se devaluará el valor comercial de aquellos productos que consuman
más energía durante su producción y asociados a una mayor emisión de CO2,
resultando en una pérdida del mercado.
Es posible que se impongan barreras comerciales a ciertos commodities, por ejemplo
en UE, en base a la emisión de CO2 durante su producción.
Consumo
Energía
Emisión
CO2
Producto con Menor valor comercial
Posibles barreras comerciales (futuro)
5
2. Que debemos hacer para mitigar el Calentamiento Global?
Considerando que el Calentamiento Global es causado principalmente por la
acumulación de CO2 en la atmosfera, y esta a su vez por la quema de combustibles
fósiles (carbón, petróleo y gas natural), deberá reducirse su consumo. Esto será
posible con las siguientes medidas:
(1) Adopción de tecnologías energéticas muy eficientes (sistemas y equipos).
(2) Recuperar y utilizar energía/ calor remanente en forma efectiva, incluyendo la
cogeneración.
(3) Utilizar combustibles con menor % de carbón (menor emisión de CO2 para una
misma generación de calor).
Emisión de CO2 según combustibles – comparación aproximada
Combustible
Para generación de calor constante
Para generación de energía eléctrica
constante
Carbon
100
100
Petróleo
80
80
Gas natural
60
45
(Ciclo combinado)
(4) Utilización de energías renovables tales como hidráulica, solar, eólica, geotérmica y
biomasa.
Nota: Las de biomasa y derivados se consideran neutrales en carbono.
6
4. Antecedentes de las tecnologías industriales de energía
altamente eficientes desarrolladas en Japón
(1) Tres crisis petroleras forzaron a la industria japonesa a hacer esfuerzos para
desarrollar tecnologías altamente eficientes
Japón, que dependió de la importación de petróleo, principalmente de Oriente Medio,
para cubrir sus demandas energéticas, ha sufrido crisis en 3 ocasiones (restricciones
de los países productores) forzando al desarrollo de tecnologías para la eficiencia
energética.
Crisis de 1973: ocurrió a comienzos de la 4ta Guerra de Medio Oriente.
Crisis de 1979: ocurrió a comienzos de la Revolución iraní.
Crisis energética de 1990: ocurrió a consecuencia de la Guerra del Golfo.
(2) Tecnologías energéticas altamente eficientes desarrolladas en Japón
La industria japonesa ha desarrollado vigorosamente tecnologías altamente eficientes,
a partir de la primera crisis petrolera, siendo líder en los países industrializados.
7
Evolución de los precios del petróleo crudo
1973 -2007
8
PBI y consumo de energía primaria de Japón
Fuente: Agencia de Recursos Naturales y Energía (2006)
9
Consumo Energético por unidad de PBI
Principales Países Industrializados
TPE / millones US$
Canada
EEUU
Gran Bretaña
Francia
Alemania
Japon
año
Calculado a dolares EEUU 1995
Fuente: ENERGY BALANCES OF OECD COUNTRIES 1999-2000,
10
Consumo de Energía por PBI en 2005
(toe/1000YSD-año2000)
Source: IEA (2007)
11
Consumo Energético Industrial de Japón - 1/2
Generación termoeléctrica (2003)
(Indice : base potencia 1kWh )
Producción Derivados del Petróleo (2002)
(Indice : base 1kl de productos )
Base: 100 for Japan
(Source: Solomon Associates)
(Source: ECOFYS)
Producción siderúrgica (2003)
Fabricación de papel (2003)
(Indice : base 1ton de productos)
Base: 100 for Japan
(Indice : base 1ton de productos)
Base: 100 for Japan
(Source: the Japan I & S Federation)
(Source: METI of Japan)
12
Consumo Energético Industrial de Japón - 2/2
Producción de cemento (2000)
(Indice: en base a 1ton clinker.)
Producción de soda cáustica (electrolisis) 2003
(Indice: en base a 1ton de producto)
Base: 100 for Japan
Base: 100 for Japan
(Source: SRI Chemical Economics
(Source: Battelle Institute)
Producción de Cobre
Producción de chapas de aluminio
(Indice: en base a 1 ton de producto)
Base: 100 for Japan
(Source: Japan mining industry association)
(Indice: en base a 1ton de producto)
Base: 100 for Japan
(Source: International Aluminum Institute)
13
II. Tecnologías Tipo para la Utilización de la Energía
Contenido 1.
2.
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
3.
3.1
3.2
3.3
4.
4.1
5.
6.
7.
Etapas para la promoción del Ahorro Energético
Sistema de Bomba de Calor
Bomba/refrigerador de Calor tipo absorción
Bomba de calor por compresión de vapores
Bomba de calor “Ecocute” de compresión
Situación de la utilización de la energía en las industrias
Caso de Estudio para la aplicación de bombas de calor
Sistema de Cogeneración a gas
Sistemas con Motor a Gas
Sistema con Turbina a Gas
Caso de Estudio para aplicación de Co‐generación
Sistema de almacenamiento térmico
Sistema de almacenamiento de hielo
Energía por biomasa
Sistema de ahorro energético eléctrico
Reutilización de residuos sol. de la industria alimenticia.
14
1. Pasos para la promoción del Ahorro Energético PASO A: Mejoramiento operativo sin inversión
(Sin costo/ Bajo Costo)
PASO B:
Mejoramiento de equipos con una inversión pequeña
PASO C: Mejoramiento importante con una gran inversión
(Estrategia, Innovación)
15
1. Pasos para la promoción del Ahorro Energético PASO A: Sin costo, bajo costo, sin inversión.
Diagnostico de la gestión energética de la planta
Devaluación del Consumo Energético
• Mantenimiento rutinario de planta (innovación de la actitud
del personal involucrado)
• Mejoramiento operativo (optimización de set-ups de presión)
• Mejoramiento en aislación de cañerías
• Reducción de perdidas de gas / vapor
PASO B: Mejoramiento de equipos con inversiones pequeñas
• Incorporación de equipo de recuperación de Gas/ Calor
• Cambio de combustible (fuel switch)
• Sistemas de Co‐generación, Sistemas de bomba de calor
• Inversores, VVVF(Voltaje /frecuencia variables)
PASO C: Mejoramientos importantes
• Incorporación de nuevos procesos productivos
16
2. Sistemas de Bomba de Calor
2-1
Bomba de calor/refrigeración de absorción
Refrigeración y aire
acondicionado
(1) Tipos de bomba de calor
Utilización de calor
residual
Bomba de calor de
absorción
Hay dos tipos de bomba de calor, uno es el tipo mecánico (tipo de compresión
de vapor) y el otro es el tipo de absorción.
(2) Tipo mecánico
Los principales componentes son el compresor (usualmente impulsado por un
motor eléctrico), condensador (descarga de calor), válvula de expansión y
evaporador (absorción de calor). El fluido del proceso (refrigerante gaseoso) del
evaporador es comprimido y enfriado en el condensador (a líquido), luego se
expande a través de la válvula de expansión yendo hacia el evaporador y
absorbiendo el calor del exterior (refrigerando al fluido externo).
Por lo tanto, el compresor consume mucha energía eléctrica.
17
2-1
Bomba de calor/refrigeración de absorción
Bomba de calor mecánica (compresión
de vapor)
Bomba de calor por absorción
18
2-1
Bomba de calor/refrigeración de absorción
(3) Bomba Tipo Absorción
• Componentes principales
Los principales componentes del sistema son: absorbedor de refrigerante,
bomba, calentador (regenerador), condensador, válvula de expansión del fluido,
válvula de expansión del absorbente y enfriador absorbedor.
• Ciclo
El absorbente (agua o bromuro de litio), absorbe el medio de proceso (amoniaco
o agua); y la bomba eleva la presión del líquido. Luego, el líquido se calienta para
separarlo por evaporación del absorbente en estado líquido. El medio en estado
gaseoso se enfría en el condensador pasando a líquido y disipando calor; luego,
es expandido a la presión del evaporador por la válvula de expansión,
absorbiendo el calor externo. Así, el impulso del ciclo es producido básicamente
de forma térmica mediante calor, pero con un menor requerimiento de energía
eléctrica que en el tipo mecánico (compresión de vapor).
19
2-1
Bomba de calor/refrigeración de absorción
(4) Ahorro energético y menor emisión de GI (CO2) con tipo de absorción
Debido a que requiere menos energía eléctrica o mecánica, aunque requiere
calor para la regeneración, tiene una mayor eficiencia, especialmente cuando
se posee calor residual para la regeneración.
Comparación de consumo de energía eléctrica
Bomba mecánica
Bomba de absorción
Consumo eléctrico
(kWh)
Alto
Bajo
Requiere
combustible fósil
No
No (calor residual)
Tipo de bomba
Emisiones de CO2
Altas
Bajas
El CO2 se produce cuando se
Se utiliza un mínimo de
genera electricidad para el uso del energía eléctrica para la
compresor.
bomba.
20
2-1
Bomba de calor/refrigeración de absorción
(5) Aplicación de la Cogeneración
Debido a que el calor residual se utiliza eficientemente en el tipo absorción con
bomba de calor/ refrigeración, la combinación de generación y refrigeración
(cogeneración) es preferible teniendo en cuenta la mayor eficiencia energética,
menores costos de operación, y emisiones reducidas de CO2 (GEI).
(No hay un aumento del consumo de combustible ni emisiones de CO2).
21
2.2
Bomba de Calor con compresión de vapor
Ind Alimenticia
Uso de calor residual
Recompresion de vapor
1. Función
(1) Uso de calor residual o vapor a BT (generalmente vapor) para generar vapor a
AT requerido para reducción de volumen y concentración de commodities en
los procesos productivos.
(2) Recomprimiento vapor de BT, se obtiene vapor a AT con menos consumo
energético, sin consumo de combustible ni emisión de CO2 , excepto por la
energía para el compresor.
2. Características
(1) No se requiere alimentación de vapor externo para los procesos de
concentración o reducción de volumen, resultando una planta compacta.
(2) Se utiliza eficientemente la energía residual del vapor de BT, resultando en un
ahorro energético para la producción de vapor a AT.
22
(3) La tecnología de recomprensión de vapor es útil para varias industrias, por ej.
alimentos y bebidas, semiconductores, cromados y otros en donde se eliminan
líquidos residuales.
(4) El plazo de amortización de la inversión de equipos de vapor es de pocos años.
3. Ejemplo del sistema
Vapor a 100°C
Compresor
Vapor
a 110°C
Motor
Condensado
Tanque solucion de baja conc.
Aire
Precalent.
Tanque prod.
concentrado
Sistema de concentración de producto liquido
23
2.3
Bomba de calor por compresion-Ecocute
Producción de agua caliente
Uso eficiente de la
electricidad
Bomba de calor de
compresion
1. Función
(1) Producción economica de agua caliente utilizando electricidad barata nocturna
y almacenandola para ser usado durante el dia.
(2) Producción limpia de agua caliente.
(3) Almacenamiento de energía como agua caliente (temp ～90°C).
2. Caracteristicas
(1) Refrigerante
Se usa como refrigerante el CO2, una sustancia mas ambiental que otros
usados anteriormente como el CFC (R12) o el HCFC (R22)
El CO2, es una sustancia natural estable, no producido químicamente.
24
(2) Coeficiente de eficiencia
Este coeficiente es alto, 5 aproximadamente. Esto significa que se obtiene una
energía 5 veces mayor que el input de 1 (electricidad para el compresor)
La energía de valor 4 se absorbe del aire ambiente, asimilable a la energía
solar.
(3) Equipo generador de agua caliente ambiental.
Dado que el consume de combustibles fosiles es muy bajo, lo es tambien para
la emision de CO2.
Ya que usa electricidad, no se emiten gases de
combustión, por lo que se aplica en interiores.
(4) Buena performance económica
Dado el bajo consumo eléctrico, ya que se opera cuando las tarifas son bajas
(de noche), la eficiencia económica es excelente.
La inversión se recupera
en pocos años.
25
Input
energía: 1
Output
energía:~ 5
Agua caliente
Temp ～90℃
Compresor
calor
Calor
atmosferico
Intercamb.
calor
Intercamb
Calor
Tanque almacenam.
Temp.estratificada
Agua cal.
Agua fria
Valvula expansion
Bomba de calor
bomba
Unidad almacenaje
Sistema de agua caliente Unidad Eco-cute
26
2.4 Situación del uso de la energía en las industrias
Demanda de Energía térmica en industrias varias
150 a 180C
180C
Industria alimenticia y del tabaco
80% aprox
19% aprox
Producción de madera procesada
16% aprox
83% aprox
Industria textil
99% aprox
0% aprox
Tendencias en los índices de consumo de energía térmica
E. eléctrica E.combust Uso de vapor
Aplicación de B.calor
Refinado de azúcar
4%
96%
47%
compresor a tornillo
Producción cerveza
21%
79%
61%
compresor a tornillo
Teñido de telas
16%
83%
58%
tipo absorción
27
2.5 Caso de Estudio Aplicación de Bomba de Calor
■ Fabrica – Planta Producción de bebidas alcohólicas
♦ Tipos de Bombas de calor:
● Compresor a tornillo: 420kW x 1
● Intercambiador de calor/ evaporador tipo placa
descendente (falling film): 1800 Mcal/h
♦ Proceso existente:
● Torre de destilación para Rectificación Térmica
♦ Caso de Estudio
● Instalar la Bomba de Calor entre las torres de destilación
28
2.5 Caso de Estudio Aplicación de Bomba de Calor
Resultado del Caso de Estudio para la planta de bebidas alcoholicas
29
3. Sistema de Cogeneración con Gas
Resultados del Caso de Estudio de Bomba de Calor
en la planta de bebidas alcoholicas
Proc. Existente
Incorp. Bomba de calor
3,4
(293 l/h kerosene eq.)
0
0
440 kWh
(120 l/h kerosene eq.)
Agua enfriamiento
30 t/h
5 t/h
Consumo kerosene
equivalente
293 l/h
(100%)
120 l/h
(40%)
Consumo de vapor
(equip. Combustible t/h)
Energía electrica
Caracteristica del Caso de Estudio: El vapor consumido (como comb.)
puede
ser reemplazado con electricidad.
30
3. Sistema de Cogeneración con Gas
Sistema de Cogeneración a gas típico
Recuperacion
gas residual
Motor a Gas
Turbina de
Gas
Energía
Recuperada
Bomba de
Calor
Agua Enfriam.
Camisa
Agua caliente
85 a 95 C
Enfriador tipo absorción
(usando agua caliente)
Gas Residual
Vapor a baja
presión
0,1 MPa
Refrigerador tipo absorción
(usando vapor)
Gas Residual
Vapor a alta
presión
0,8 MPa aprox
Refrigerador tipo absorción de
amoniaco, mecánico impulsado
por vapor
Turbo-Refrigerador tipo
mecánico impulsado por vapor
31
3-1. Sistema de Motor a Gas
Aplicables para:
► Eficiencia: para generación eléctrica
20 a 40%
Para energía térmica total
► Potencia:
de generación
80% aprox.
10 a 5000 kW
► Recuperación energía térmica: * por agua caliente (85% aprox)
* por agua caliente/ vapor BP (0,1 MPa)
* por vapor AP (0,8 MPa aprox)
► Características:
* Alto rendimiento para generación eléctrica
* Gas residual a baja temperatura
32
3-2. Sistema de Turbina a Gas
Aplicables para:
► Eficiencia:
► Potencia:
para generación eléctrica
25% a 35%
para energía térmica total
75% a 85%
de generación 1000 a 100.000 kW
► Recuperación energía térmica:* por vapor 0,8 a 1,0 MPa / 500C aprox
► Características:
* Gases residuales a alta temp. permite recuperar calor
* Menor rendimiento para generación eléctrica
33
3-3. Estudio de caso para aplicación de Cogeneración
■ Caso: Aplicación en un Hotel (superficie 30.000 m2)
♦ Equipos adicionales a instalar:
● Motor a Gas: 300kW x 3
● Recuperación gases residuales: enfriador de absorción:
210 kW x 3
♦ Equipos existentes
● Caldera a gas:
● Enfriador absorc. a gas:
1,7 MW x 2
1,3 MW x 2
34
3-3. Estudio de caso para aplicación de Cogeneración
35
3-3. Estudio de caso para aplicación de Cogeneración
Equip. Existente
Cogeneración
* Caldera a gas
* Refrigerador de gas x
absorción
MWh/año
6000
* Motor a gas
* Sist. Recuperación de
calor con agua caliente x
absorción
230 aprox
Consumo de
combustibles
m3/año
818.000 aprox
297.000 aprox
Consumo de Energia
primaria
GJ/año
99.100
85.400
%
100 (base)
Equipos principales
Compra de energía
Consumo porc.
(Recup. energética)
86
(- 14%)
36
4. Sistema de Almacenamiento Térmico
4.1 Sistema de almacenamiento por hielo
Tipos de almacenamiento térmico por hielo
Tipo Estático
Tipo hielo en bobina
Tipo hielo en capsula
Tipo Dinámico
Tipo barros de hielo
Tipo cosecha de hielo
Características para la aplicación del sistema de almacenamiento por hielo
● Uso efectivo de la energía marginal (luego de medianoche) para
la producción de hielo.
● Efectividad en su aplicación: si se observa una diferencia marcada entre
las tarifas eléctricas diurna y nocturna.
● Ecualización de la demanda energética en plantas o edificios: permite
la reducción de los picos de carga durante el día, trasladando la carga
a horarios nocturnos.
37
4. Sistema de Almacenamiento Térmico
■ Caso de Estudio 1 para el Sistema de Almacenamiento por hielo
♦ Aplicación: Acondicionamiento de aire en edificio
(superficie 28500 m2)
● Potencia del equipamiento AA:
2500 MCal/h max
● Capacidad batch almacen.hielo:
680 m3
● Efecto: Reducción de la demanda pico : 60%
38
4. Sistema de Almacenamiento Térmico
■ Caso de Estudio 2 para el Sistema de Almacenamiento por hielo
♦ Aplicación: Acondicionamiento de aire en edificio (sup 14.800 m2)
● Potencia del equipamiento AA:
1470 MCal/h
● Capacidad batch almacen.hielo:
90 m3
● Enfriador de agua:
42 RT x 2
● Efecto: Consumo fuel:
Consumo eléctrico:
reducción del 35%
aumento del 3%
39
5. Energía de Biomasa
■ Utilizacion de Bio-Diesel (BDF) a partir de aceite de jatrofa
♦ Caso de Estudio de produccion de BDF a partir de jatrofa
● Area plantada
● Cosecha de semilla de jatrofa
● Produccion aceite de jatrofa
● Prod. BDF de jatrofa
10.000 ha (10 km x 10 km)
50.000 ton/año
15.000 ton/año
13.500 ton/año
♦ Ahorro de diesel fuel = 13.500 ton/año
El biodiesel de jatrofa puede reemplazar igual cantidad de
diesel fuel.
40
5. Energía de Biomasa
Fruto de jatrofa
semillas de jatrofa*
*) NT: llamado también piñon o tartago
41
6. Método de Ahorro Energético Eléctrico
6.1 Transformadores con núcleo de metal amorfo
● Los transformadores eléctricos conectados a una fuente de
energía siempre provocan perdidas.
● El metal amorfo contribuye a la reducción de perdidas sin/con
carga, si se lo compara con los equipos estandar con acero
silicio.
● El uso del metal amorfo en transformadores representa el
area de mayor aplicación.
42
6. Metodo de Ahorro Energético Eléctrico
Comparación de Perdidas sin carga
por tipo de transformadores en Japón
Calor generado en el nucleo de
un transformador con carga nominal
43
6. Metodo de Ahorro Energético Eléctrico
6-2. Inversores para uso general
Los Inversores para uso general han mostrado un
progreso espectacular como dispositivo aplicable
para la variacion de velocidades, el cual cubre
la demanda para automatizacion y para el ahorro
energetico en la maquinaria industrial y otros campos.
Se espera que continue el aumento en su aplicación,
gracias al avance tecnologico, por lo que su uso
ira en aumento.
44
6. Método de Ahorro Energético Eléctrico
6-2. Inversores para uso general
a. Para control de giro de ventiladores/ bombas,
aire acondicionado y para ahorro energético.
b. Inversores de alta frecuencia para motores
de alta velocidad.
c. Para control de velocidades de cintas sinfín y
sistemas de impulsión.
d. Para control de grúas y unidades de elevación.
e. Para control de velocidades de otras maquinas
en general.
45
7. Reutilización de los residuos de la industria alimenticia
7-1 Caso de Estudio con residuos de cáscaras de castaña
Diagrama de Flujo
46
7-1 Caso de Estudio con residuos de cáscaras de castaña
► Normal: cantidad de residuos: 25.000 ton/año
- Relleno sanitario y emisión de gas metano: 2300 ton CH4/año
► Proyecto:
- Sistema de gasificación:
- Sistema de limpieza
- Motor a gas:
tipo lecho fluidizado
3,3 MW
► Ahorro electricidad:
26.000 MWh/año
► Reduccion CO2:
50.000 ton CO2/ año
47
7-2 Reutilización de residuos de granos de café tostado y molido
- Fabricación de carbón activado
Diagrama de Flujo
48
7-2 Reutilización de residuos de granos de café tostado y molido
- Fabricación de carbón activado
■ Antecedentes de su desarrollo
● Generación de gran volumen de residuos en Japón: 500.000ton/año
● Limitación de los tratamientos actuales: fabricación de compost
y volcados (espacio disponible y costos)
■ Caracteristicas:
● Ahorro energético térmico por reunión de 3 procesos en un horno
rotativo de gran tamaño y recuperación de calor del horno.
● Producción de carbon activado de alta calidad
Capacidad de absorcion de iodo (mg iodo absorbido/ g carbon activado)
fabricado 900 a 1200 vs requerido para tratamiento de agua > 900
● 50% reduccion de emisiones de CO2 comparado con la produccion
de compost convencional y tratamiento por volcado.
■ Resumen de la primera planta comercial
● Inicio de operaciones Mayo 2008
● Capacidad máxima: 48 ton / dia (24 horas)
(en base a residuo de grano café humedo, 65% peso de agua)
● Residuos aplicables: res.R&G granos de café, de te, chip madera
49
7-2 Reutilización de residuos de granos de café tostado y molido
- Fabricación de carbon activado
50
III. Tecnologías Industriales Avanzadas para la
Conservación de le Energía y Reducción de CO2 en Japón
Contenido 〈Sectores 〉
1. Industria de la generación eléctrica 2. Industria del acero y la fundición 3. Industria de los metales no ferrosos 4. Industria del cemento 5. Diversificación de los combustibles 6. Captura y secuestro de CO2 51
Ejemplos de Tecnologías Industriales Avanzadas para la
Conservación de le Energía y Reducción de CO2 en Japon (1)
Tecnologias
1-0 Resumen de tecnologias avanzadas de generacion
1-1 Centrales avanzados de carbon con presion supercritica
1-2 Cogeneracion – Energia distribuida y generac. Calor
1-3 Celdas solares con film delgado de micro cristal de Si
1-4 Micro turbina hidraulica
1-5 Generador con turbina eolica
2. Industria del acero y fundicion
2-0 Proceso de la produccion del acero
2-1 Quemador regenerativo
3. Industria de los metales no ferrosos
3-0 Proceso de los metales no ferrosos – fundicion de Cu.
52
Ejemplos de Tecnologias Industriales Avanzadas para la
Conservación de le Energía y Reducción de CO2 en Japon (2)
Tecnologias
4. Industria del cemento
4-0 Proceso de produccion del cemento
4-1 Generacion usando calor residual en planta de cemento
5. Diversificación de combustibles
5-1 Sistema fermentación de metano
5-2 Caldera c/combustible de biomasa/ res/comb baja calidad
5-3 Planta de produccion de dimetil-eter
6. Captura y secuestro de CO2
6-1 Planta recuperacion CO2 – Proceso KM CDR
6-2 Captura de CO2, metodo utilizacion y almacenamiento
53
1- 4
Planta de Micro Turbina Hidráulica
Generación
Energía renovable
Micro turbina hidraulica
energética
(energía hidráulica)
1. Función
(1) Generación de energía limpia
Generación energética usando energía hidráulica (energía limpia renovable),
sin uso de combustible fósil ni emisión de CO2 (GEI).
(2) Apropiada para la generación de energía distribuida
Se genera energía con bajos caudales y altura, como ríos pequeños, canales
de irrigación, aguas servidas, saltos para reducción de presión, etc.
2. Características
(1) Instalación en el lugar es simple debido al diseño de tipo integrado.
Tipo: tipo de hélice de eje horizontal
(2) De fácil mantención debido a su estructura simplificada.
(3) Es posible una selección acorde a las necesidades.
Energía generada: 3～250kW, tasa de flujo: 0,1～3m3/s, Altura neta; 2～20m
54
3. Estructura
Turbogenerador de agua de tipo de hélice de eje horizontal
Fuente: Fuji Electric Systems Co. Ltd.
55
4. Ahorro energético /reducción de emisiones de CO2
Ejemplo: Planta hidráulica de 100kW
Planta generadora
Planta a carbón
Planta hidráulica
Consumo de carbón
Aprox. 35 kg/h
0
Emisiones de CO2
Aprox. 95 kg CO2/h
0
56
2- 1
Producción de acero
1. Función
Quemador Regenerativo
Quemador
Quemador regenerativo
El quemador regenerativo se compone de 2 quemadores como mínimo. Cuando
uno opera, el otro trabaja como intercambiador de calor tipo acumulativo y como
conducto de salida. Luego, el equipo opera como quemador e intercambiador
reversible, recuperando el calor de los gases residuales.
2. Caracteristicas
(1) El calor recuperado efectivamente es de hasta un 50% del gas residual.
(2) Mejor performance en la combustión del quemador. Dado que el aire de
combustión se pre-calienta gracias al calor almacenado en el cuerpo del quemador
(cerámica), se obtiene una combustión estable y completa.
(3) El sistema es simple, dado que la masa del quemador es un intercambiador.
57
3. Estructura / Sistema
Par de quemadores regenerativos
Quemador regenerativo rotativo
58
5-1
Uso de residuos
1.
Sistema de Fermentación de Metano
Fermentación de Metano
Generación energética
Producción de fertilizante
Función
(1) Tratamiento sanitario de desechos de alimentos y desechos animales.
(2) Producción de gas metano a partir de desechos para generar electricidad.
(3) Producción de fertilizantes líquidos y compost.
2.
Sistema
(1) El desecho se introduce en tanques de fermentación de metano a través de
instalaciónes receptoras.
(2) El gas metano producido se envía a un motor a gas para generar electricidad
(3) Los lixiviados descargados del tanque se utilizan como fertilizante líquido.
(4) El residuo deshidratado en las instalaciones receptoras se usa como compost.
59
60
4. Recuperación energética y reducción de emisiones de metano y CO2
(1) A partir de 85 ton/d de desecho, se produce 2000kWh/d de electricidad, 35
ton/d de fertilizante líquido y 15 ton/d de compost.
Fermentación
85 ton/d de desecho
Electricidad: 2000kWh/d
Fertilizante liq.: 35 ton/d
Compost: 15 ton/d
(2) En comparación con el tratamiento por rellenos sanitarios, las emisiones de
CH4 (GEI) se reducen en gran medida
CH4+2O2 → CO2 + 2H2O
61
5.2
Caldera de combustibles multiples (biomasa y residuos)
Utilización de biomasa y
residuos solidos
Caldera con combustibles
multiples
Caldera de cama
fluidizada
1. Función
Utilización de combustibles de bajas calorias, tales como carbon de 2da,
biomasa (maderas, corteza, residuos de pulpa), neumaticos usados, residuos
de papel/plasticos, residuos de derivados de combustibles, aceites de coque.
2. Caracteristicas
(1) Utilización limpia de varios tipos de combustibles. Gracias a un sistema de
eliminación de SOx en los hornos, no se requiere de equipos independientes.
Teniendo un sistema de combustión de bajo NOx y un dispositivo de
eliminación de NOx en ducto, no se requieren de equipos catalicos para NOx.
(2) Alta eficiencia en la combustion sin el molido fino del combustible.
(3) Amplio rango de operación y excelente performance dinamico.
62
5.2
Carbon
Caldera de combustibles multiples (biomasa y residuos)
Residuos
Biomasa
DeNOx en ducto
Turbina Vapor
Recepcion y alimentacion de
combustibles
Recepcion y alimentación
de caliza
Caldera de cama
fluidizada
Tratamiento cenizas
Tratamiento cenizas
Sistema de caldera con lecho fluidizado
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