Proxecto H2020 I-ThERM: Xestión da conversión e recuperación da enerxía térmica industrial
- Tipo Proxecto
- Estado Cheo
- Execución 2015 -2021
- Orzamento asignado 3.996.168,75 €
- Ámbito Europeo
- Fonte principal de financiamento H2020
- Páxina web do proxecto Proyecto I-ThERM
Durante o proxecto I-ThERM, a súa coordinación e xestión garantiu que todas as actividades cumprisen os requisitos de alcance, puntualidade e calidade. A sinerxía entre os socios conseguiuse mediante comunicacións e intercambios de información regulares, e as actividades de difusión incluíron conferencias e obradoiros internacionais, asistencia a eventos internacionais, como o evento SPIRE en Bruxelas, publicacións científicas e materiais impresos, así como publicacións regulares nas redes sociais e na páxina web do proxecto.
Avaliouse o potencial de recuperación de calor na Unión Europea mediante unha revisión da literatura que identificou e cuantificou o consumo de enerxía primaria nos principais sectores industriais, considerou os fluxos de calor residual e os seus niveis de temperatura, e considerou tecnoloxías potenciais de recuperación de enerxía. Ademais, identificáronse barreiras para a implantación xeneralizada de tecnoloxías de valorización enerxética mediante un cuestionario distribuído a aproximadamente 50 expertos de 11 países europeos. O conxunto de ferramentas de auditoría enerxética de EINSTEIN mellorouse para incluír tecnoloxías I-ThERM. Desenvolvéronse e implementáronse rutinas para analizar automaticamente os datos históricos de seguimento, calibrar modelos, prever o consumo de enerxía e optimizar o rendemento do sistema. Estas capacidades complementáronse coa innovadora plataforma de supervisión, seguimento e control I-ThERM. O proxecto I-ThERM implica o deseño, fabricación e demostración de sistemas de recuperación de calor de escape directo mediante intercambiadores de calor innovadores.
O economizador de condensación de tubos de calor (HPCE) permite arrefriar os gases de escape por debaixo do seu punto de orballo para mellorar a recuperación da calor. Por este motivo, desenvolvéronse revestimentos innovadores para a protección contra a corrosión en ambientes caracterizados pola presenza de ácido sulfúrico. Concibiuse un sistema HPCE de 200 kW en termos de deseño térmico e mecánico, aplicación de recubrimento de tubos de calor durante a fabricación a gran escala, instrumentación e controis. O sistema Flat Heat Pipe (FHPS) ten como obxectivo recuperar a calor das superficies radiantes de alta temperatura. Deseño, fabricar e probar un módulo prototipo de FHPS, primeiro nos laboratorios de I+D e despois nas instalacións do molino de arame de Arcelor Mittal Xixón (España). O conxunto de datos experimentais permitiu a calibración das ferramentas de deseño e propuxo un deseño FHPS modular mellorado cun maior número de módulos e un revestimento de alta emisividade. O proxecto I-ThERM tamén considera a conversión da calor residual en electricidade mediante dous novos ciclos termodinámicos de fondo: o ciclo de flash trilateral (TFC) para aplicacións de baixa calidade (70 a 200 °C) e o ciclo Brayton que funciona con dióxido de carbono supercrítico (sCO2) para temperaturas medias a altas. Deseñouse unha unidade TFC de 100 kW a gran escala mediante actividades de modelado complexos para avaliar o rendemento da conversión de enerxía, mesmo en condicións de operación transitorias e fóra de deseño.
O sistema TFC desenvolvido presenta un alto nivel de madurez tecnolóxica. Caracterízase por un deseño compacto e electrónica de potencia para a conexión á rede eléctrica europea. O sistema TFC foi sometido a máis probas no Centro Tecnolóxico de Spirax Sarco (Reino Unido) e posteriormente demostrouse con éxito nas instalacións de Port Talbot (Reino Unido) de TATA Steel. O centro de demostración do sistema de CO2? Trátase dun banco de probas a escala industrial da Universidade Brunel de Londres, deseñado especificamente para o proxecto I-ThERM. A instalación experimental comprende un quentador de gas de 800 kW que xera gases de escape a unha temperatura de 750 °C, e un sistema compacto que incorpora a unidade de compresor-xerador-turbina (CGT) e equipos auxiliares para a lubricación, drenaxe e conversión de enerxía eléctrica. O sistema sCO2 tamén utiliza un innovador intercambiador de calor de recuperación de calor de escape que foi desenvolvido e instalado no conduto de escape do quentador e transfire calor directamente ao fluído de traballo de CO2 do sistema de enerxía sCO2.
Na Unión Europea, os procesos industriais son actualmente responsables dun terzo do consumo de enerxía primaria. Non obstante, a maioría destes procesos implican a liberación de grandes cantidades de calor ao medio ambiente, cuxa recuperación, en forma de calor ou conversión a outra forma de enerxía, como a electricidade, pode reducir a demanda de enerxía, xerar aforro de custos de combustible e contribuír ao cumprimento dos obxectivos de redución de emisións e de descarbonización. Nos últimos anos, o potencial de recuperación de calor foi cada vez máis recoñecido, e prevese unha importante expansión deste sector.
Non obstante, para que isto se materialice e para que as industrias manufactureras e usuarias europeas se beneficien destes avances, son necesarias melloras e innovacións tecnolóxicas para mellorar a eficiencia enerxética dos equipos de recuperación de calor e reducir os custos de instalación. Neste contexto, os obxectivos do proxecto I-ThERM son investigar, deseñar, construír e demostrar solucións innovadoras chave en man de recuperación de calor residual e unha utilización óptima da enerxía dentro e fóra do perímetro da planta para aplicacións seleccionadas con alta replicabilidade e potencial de recuperación de enerxía nun amplo rango de temperaturas (de 70 °C a 1000 °C).
Os sistemas de recuperación de calor residual poden ofrecer un aforro enerxético significativo e reducións substanciais das emisións de gases de efecto invernadoiro. Espérase que o mercado de recuperación de calor residual supere os 45.000 millóns de euros en 2018, pero para que esta proxección se materialice e para que as industrias manufactureras e usuarias europeas se beneficien destes avances, é preciso realizar melloras e innovacións tecnolóxicas para mellorar a eficiencia enerxética dos equipos de recuperación de calor e reducir os custos de instalación. O obxectivo xeral do proxecto é desenvolver e demostrar tecnoloxías e procesos para a recuperación de calor eficiente e rendible das instalacións industriais no rango de temperaturas de 70 °C a 1000 °C e a óptima integración destas tecnoloxías co sistema enerxético existente ou para a exportación de calor recuperada e electricidade xerada, se é o caso.
Para acadar este obxectivo desafiante e garantir a aplicación xeneralizada das tecnoloxías e enfoques desenvolvidos, o proxecto reúne a un consorcio moi forte composto por provedores de IDT, provedores de tecnoloxía e, o máis importante, grandes usuarios e pemes que proporcionarán sitios de demostración para as tecnoloxías.
O proxecto centrarase en tecnoloxías innovadoras de transferencia de calor de dúas fases (tubos de calor HP) para a recuperación de calor de fontes de media e baixa temperatura e o uso desta calor para:
- Dentro da mesma instalación ou exportación sobre o valado.
- Para a xeración de enerxía eléctrica; ou unha combinación de (a) e (b) en función das necesidades.
Para a xeración de enerxía, o proxecto desenvolverá e demostrará en sitios industriais o Sistema Trilateral Flash (TFC) para fontes de calor residual a baixa temperatura, de 70 °C a 200 °C, e o Sistema de Dióxido de Carbono Supercrítico (sCO2) para temperaturas superiores a 200 °C. Espérase que estas tecnoloxías, usadas soas ou en combinación coas tecnoloxías de HP, xeren un aforro de enerxía e emisións de GEI superiores ao 15 % e uns retornos económicos atractivos con períodos de amortización inferiores a 3 anos.
O obxectivo do proxecto I-ThERM é desenvolver e demostrar tecnoloxías de recuperación de calor que superen moitas das desvantaxes das tecnoloxías convencionais e aplanen o camiño para unha adopción moito máis ampla da recuperación de calor na industria. Realizáronse avances significativos que superan o estado da técnica, a saber:
- O conxunto de ferramentas de EINSTEIN mellorouse para incluír tecnoloxías I-ThERM, así como capacidades de monitorización e optimización en liña. - Deseñouse, construíuse e probouse con éxito un sistema plug-and-play de baixa potencia nunha planta de fabricación de aceiro. Os resultados serviron como base para o desenvolvemento posterior e a primeira unidade foi vendida a un cliente comercial. Desenvolveuse un plan de mercadotecnia detallado para a comercialización da tecnoloxía TFC.
- Deseño e fabricouse unha unidade de compresor, xerador e turbina (CGT) montada nun eixe de ~50 kW para a conversión de calor a potencia a alta temperatura que opera con dióxido de carbono supercrítico.
Deseñouse e fabricouse un innovador intercambiador de calor de microtubos para a recuperación directa da calor dos gases de escape de alta temperatura ata o CO2 supercrítico no ciclo de enerxía do CO2. Deseño, fabricado e posto en marcha un ciclo de potencia de CO2 de 50 kW e equipamentos asociados para probas, avaliación e optimización. Deseñouse un economizador de condensación por tubo de calor para capturar a calor sensible e latente dos gases de escape corrosivos. Optimizouse o deseño do sistema de tubos de calor planos mediante campañas de probas nun prototipo de laboratorio e no lugar de demostración real. Desenvolvéronse e demostráronse e avaliáronse con éxito revestimentos para a protección contra a corrosión en ambientes caracterizados pola presenza de ácido sulfúrico.
Estase desenvolvendo un amplo coñecemento sobre sistemas de recuperación de calor e conversión de calor en enerxía de residuos. A creación deste coñecemento e a súa difusión á comunidade científica e industrial, así como aos responsables políticos, está a xerar unha maior conciencia sobre o potencial destas tecnoloxías e facilitando a súa adopción pola industria, contribuíndo así aos obxectivos de descarbonización da UE.
- BRUNEL UNIVERSITY LONDON
Proxectos relacionados
