Projecte H2020 I-ThERM: Conversió i Gestió de Recuperació d'Energia Tèrmica Industrial
- Tipus Projecte
- Estat Completat
- Execució 2015 -2021
- Pressupost assignat 3.996.168,75 €
- Àmbit Europeo
- Font principal de finançament H2020
- Web del projecte Proyecto I-ThERM
Durant el projecte I-ThERM, la seva coordinació i gestió van garantir que totes les activitats complissin els requisits d'abast, puntualitat i qualitat. La sinergia entre els socis es va aconseguir mitjançant la comunicació regular i lintercanvi dinformació, i les activitats de difusió es van dur a terme mitjançant conferències i tallers internacionals, lassistència a esdeveniments internacionals, com els de SPIRE a Brussel·les, publicacions científiques i material imprès, així com publicacions periòdiques en xarxes socials i al lloc web del projecte.
El potencial de recuperació de calor a la Unió Europea es va avaluar mitjançant una revisió bibliogràfica que va identificar i quantificar el consum d'energia primària als principals sectors industrials, va considerar els fluxos de calor residual i els nivells de temperatura i les possibles tecnologies de recuperació d'energia. A més, s'han identificat les barreres per a la implementació massiva de tecnologies de recuperació d'energia mitjançant un qüestionari distribuït a uns 50 experts de 11 països europeus. El kit d'eines d'auditoria energètica EINSTEIN s'ha millorat per incloure-hi les tecnologies I-ThERM. S'han desenvolupat i implementat rutines per analitzar automàticament les dades històriques de monitorització, calibrar els models, pronosticar el consum d'energia i optimitzar el rendiment dels sistemes. Aquestes capacitats han estat complementades amb la innovadora plataforma de supervisió, monitorització i control I-ThERM. El projecte I-ThERM contempla el disseny, la fabricació i la demostració de sistemes de recuperació de calor de fuita directa mitjançant intercanviadors de calor innovadors.
L'Economitzador de Condensació de Tubs de Calor (HPCE) permet refredar els gasos d'escapament per sota del punt de rosada per millorar la recuperació de calor. Per això s'han desenvolupat recobriments innovadors per a la protecció contra la corrosió en entorns caracteritzats per la presència d'àcid sulfúric. Es va concebre un sistema HPCE de 200 kW en termes de disseny tèrmic i mecànic, aplicació del recobriment de tubs de calor durant la fabricació a gran escala, instrumentació i controls. El sistema de tubs de calor plans (FHPS) té com a objectiu recuperar calor de superfícies radiants d'alta temperatura. Es va dissenyar, fabricar i provar un mòdul prototip de l'FHPS, primer als laboratoris d'R+D i després a les instal·lacions del tren de filferro d'Arcelor Mittal Gijón (Espanya). El conjunt de dades experimentals va permetre calibrar les eines de disseny i va proposar un disseny millorat de l'FHPS modular amb un nombre més gran de mòduls i un recobriment d'alta emissivitat. El projecte I-ThERM també considera la conversió de calor residual en electricitat utilitzant dos nous cicles termodinàmics de fons: el cicle flaix trilateral (TFC) per a aplicacions de baix grau (70 a 200°C) i el cicle Brayton que opera amb diòxid de carboni en estat supercrític (sCO2) per a temperatures mitjanes a altes. Es va dissenyar una unitat TFC de 100 kW a escala real mitjançant activitats complexes de modelatge per avaluar el rendiment de la conversió energètica, fins i tot en condicions d'operació fora de disseny i transitòries.
El sistema TFC desenvolupat presenta un nivell alt de maduresa tecnològica. Es caracteritza per un disseny compacte i electrònica de potència per a la connexió a la xarxa elèctrica europea. El sistema TFC es va sotmetre a proves addicionals al Centre Tecnològic de Spirax Sarco (Regne Unit) i posteriorment es va demostrar amb èxit a les instal·lacions de TATA Steel a Port Talbot (Regne Unit). El centre de demostració del sistema de CO? és un banc de proves a escala industrial a la Universitat Brunel de Londres, dissenyat específicament per al projecte I-ThERM. La instal·lació experimental comprèn un escalfador de gas de 800 kW que genera gasos d'escapament a una temperatura de 750 °C, i un sistema compacte que incorpora la unitat compressor-generador-turbina (CGT) i equips auxiliars per a la lubricació, el drenatge i la conversió d'energia elèctrica. El sistema sCO2 també utilitza un innovador intercanviador de calor de recuperació de calor d'escapament que ha estat desenvolupat i instal·lat al conducte d'escapament de l'escalfador i transfereix calor directament al fluid de treball de CO2 del sistema d'energia sCO2.
A la Unió Europea, actualment els processos industrials són responsables d'un terç del consum d'energia primària. Tot i això, la majoria d'aquests processos impliquen l'emissió de grans quantitats de calor al medi ambient, la recuperació de les quals en forma de calor o conversió a una altra forma d'energia, com l'electricitat, pot reduir la demanda energètica, generar estalvis en el cost del combustible i contribuir al compliment dels objectius de reducció d'emissions i descarbonització. En els darrers anys, s'ha reconegut cada cop més el potencial de la recuperació de calor i es preveu una expansió significativa d'aquest sector.
Tot i això, perquè això es materialitzi i perquè les indústries manufactureres i usuàries europees es beneficiïn d'aquests avenços, cal implementar millores i innovacions tecnològiques destinades a millorar l'eficiència energètica dels equips de recuperació de calor i reduir els costos d'instal·lació. En aquest context, els objectius del projecte I-ThERM són investigar, dissenyar, construir i demostrar solucions innovadores de recuperació de calor residual a punt per utilitzar, així com l'aprofitament òptim de l'energia dins i fora del perímetre de la planta per a aplicacions seleccionades amb alta replicabilitat i potencial de recuperació energètica en un ampli rang de temperatures (de 70 °C).
Els sistemes de recuperació de calor residual poden oferir estalvis d'energia importants i reduccions substancials d'emissions de gasos d'efecte hivernacle. Es preveu que el mercat de recuperació de calor residual superi els 45.000 milions d'euros el 2018, però perquè aquesta projecció es materialitzi i perquè la indústria manufacturera i usuària europea es beneficiï d'aquests avenços, cal fer millores i innovacions tecnològiques destinades a millorar l'eficiència energètica dels equips de recuperació. L'objectiu general del projecte és desenvolupar i demostrar tecnologies i processos per a una recuperació de calor eficient i rendible d'instal·lacions industrials al rang de temperatura de 70°C a 1000°C i la integració òptima d'aquestes tecnologies amb el sistema energètic existent o per a l'exportació de calor recuperada i electricitat generada, si escau.
Per assolir aquest desafiant objectiu i garantir una àmplia aplicació de les tecnologies i enfocaments desenvolupats, el projecte reuneix un consorci molt fort compost per proveïdors d'IDT, proveïdors de tecnologia i, el que és més important, usuaris grans i PIME que proporcionaran llocs de demostració per a les tecnologies.
El projecte se centrarà en tecnologies innovadores de transferència de calor en dues fases (heat pipes-HP) per a la recuperació de calor de fonts de temperatura mitjana i baixa i l'ús d'aquesta calor per:
- Dins de la mateixa instal·lació o exportació per sobre de la tanca.
- Per generar energia elèctrica; o una combinació de (a) i (b) depenent de les necessitats.
Per a la generació d'energia, el projecte desenvoluparà i demostrarà en llocs industrials el sistema trilateral flaix (TFC) per a fonts de calor residual de baixa temperatura, de 70°C a 200°C i el sistema de diòxid de carboni supercrític (sCO2) per a temperatures superiors a 200°C. Es preveu que aquestes tecnologies utilitzades soles o en combinació amb les tecnologies HP generaran estalvis denergia i emissions de GEI molt superiors al 15% i un rendiment econòmic atractiu amb períodes de recuperació de menys de 3,0 anys.
L'objectiu del projecte I-ThERM és desenvolupar i demostrar tecnologies de recuperació de calor que superin molts dels desavantatges de les tecnologies convencionals i creen un camí per a una adopció molt més àmplia de la recuperació de calor a la indústria. S'han aconseguit avenços significatius que superen l'estat de l'art, és a dir:
- S'ha millorat el conjunt d'eines EINSTEIN per incloure-hi les tecnologies I-ThERM, així com capacitats de monitorització i optimització en línia. - S'ha dissenyat, construït i provat amb èxit en una planta de fabricació d'acer un sistema de conversió de calor a energia de baixa potència, llest per utilitzar i llest per utilitzar. Els resultats han servit de base per a un desenvolupament més gran i la primera unitat s'ha venut a un client comercial. S'ha desenvolupat un pla de màrqueting detallat per a la comercialització de la tecnologia TFC.
- S'ha dissenyat i fabricat una unitat de compressor, generador i turbina (CGT) d'eix de ~50 kW per a la conversió de calor a energia a alta temperatura que funciona amb diòxid de carboni supercrític.
S'ha dissenyat i fabricat un innovador intercanviador de calor de microtubs per a la recuperació directa de calor dels gasos de fuita a alta temperatura al CO2 supercrític del cicle de potència de CO2. S'ha dissenyat, fabricat i engegat un cicle de potència de CO2 de 50 kW i l'equip associat per a la seva prova, avaluació i optimització. S'ha dissenyat un economitzador de condensació de tub de calor per captar la calor sensible i latent dels gasos d'escapament corrosius. El disseny del sistema de tub de calor pla es va optimitzar mitjançant campanyes de prova en un prototip de laboratori i al lloc de demostració real. S'han desenvolupat recobriments per a la protecció contra la corrosió en entorns caracteritzats per la presència d'àcid sulfúric, que s'han demostrat i avaluat amb èxit.
S'està desenvolupant un coneixement ampli sobre sistemes de recuperació de calor i conversió de calor residual en energia. La creació d'aquest coneixement i la seva difusió a les comunitats científica i industrial, així com als responsables polítics, està generant una conscienciació més gran sobre el potencial d'aquestes tecnologies i facilitant la seva adopció per part de la indústria, contribuint així als objectius de descarbonització de la UE.
- BRUNEL UNIVERSITY LONDON
Projectes relacionats
