Proxecto H2020 I-ThERM: Xestión da conversión e recuperación de enerxía térmica industrial
- Tipo Proxecto
- Estado Cheo
- Execución 2015 -2021
- Orzamento asignado 3.996.168,75 €
- Ámbito Europeo
- Fonte principal de financiamento Horizonte 2020
- Páxina web do proxecto Proyecto I-ThERM
Durante o proxecto I-ThERM, a súa coordinación e xestión garantiron que todas as actividades cumprisen os requisitos de alcance, puntualidade e calidade. A sinerxía entre os socios conseguiuse mediante a comunicación e o intercambio regulares de información, e as actividades de difusión incluíron conferencias e obradoiros internacionais, a asistencia a eventos internacionais, como o evento SPIRE en Bruxelas, publicacións científicas e materiais impresos, así como publicacións regulares nas redes sociais e no sitio web do proxecto.
O potencial de recuperación de calor na Unión Europea avaliouse mediante unha revisión bibliográfica 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 as posibles tecnoloxías de recuperación de enerxía. Ademais, identificáronse os obstáculos para a implantación xeneralizada das tecnoloxías de recuperación de enerxía mediante un cuestionario distribuído a aproximadamente 50 expertos de 11 países europeos. O kit de ferramentas de auditoría enerxética de EINSTEIN mellorouse para incluír as tecnoloxías I-ThERM. Desenvolvéronse e implementáronse rutinas para analizar automaticamente os datos históricos de monitorización, calibrar modelos, prever o consumo de enerxía e optimizar o rendemento do sistema. Estas capacidades complementáronse coa innovadora plataforma de supervisión, monitorización e control I-ThERM. O proxecto I-ThERM implica o deseño, a fabricación e a demostración de sistemas de recuperación directa de calor de escape mediante intercambiadores de calor innovadores.
O economizador de condensación por tubos de calor (HPCE) permite que os gases de escape se arrefríen 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 revestimento de tubos de calor durante a fabricación a grande escala, instrumentación e controis. O sistema de tubos de calor planos (FHPS) ten como obxectivo recuperar a calor de superficies radiantes de alta temperatura. Deseñouse, fabricouse e probouse un prototipo de módulo FHPS, primeiro nos laboratorios de I+D e despois nas instalacións da fábrica 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 empregando dous novos ciclos termodinámicos de fondo: o ciclo 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 e altas. Deseñouse unha unidade TFC de 100 kW a escala real mediante complexas actividades de modelado para avaliar o rendemento da conversión de enerxía, mesmo en condicións de funcionamento 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 someteuse a probas adicionais no Centro Tecnolóxico de Spirax Sarco (Reino Unido) e posteriormente demostrouse con éxito nas instalacións de TATA Steel en Port Talbot (Reino Unido). O centro de demostración do sistema de CO2? Trátase dun banco de probas a escala industrial na 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 compresor-xerador-turbina (CGT) e equipos auxiliares para lubricación, drenaxe e conversión de enerxía eléctrica. O sistema sCO2 tamén emprega un innovador intercambiador de calor de recuperación de calor de escape que foi desenvolvido e instalado no conduto de escape do quentador e que transfire a 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 no custo do combustible e contribuír a cumprir os obxectivos de redución de emisións e descarbonización. Nos últimos anos, recoñeceuse cada vez máis o potencial da recuperación de calor e espérase unha expansión significativa deste sector.
Non obstante, para que isto se materialice e para que as industrias manufactureiras e usuarias europeas se beneficien destes avances, son necesarias melloras e innovacións tecnolóxicas para optimizar 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 e integrais de recuperación de calor residual e un aproveitamento óptimo 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 de enerxía significativo e unha redución substancial 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 manufactureiras e usuarias europeas se beneficien destes avances, débense realizar melloras e innovacións tecnolóxicas para optimizar 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 de instalacións industriais no rango de temperatura de 70 °C a 1000 °C e a integración óptima destas tecnoloxías co sistema enerxético existente ou para a exportación de calor recuperado e electricidade xerada, se é o caso.
Para acadar este obxectivo complexo e garantir a aplicación xeneralizada das tecnoloxías e enfoques desenvolvidos, o proxecto reúne un consorcio moi forte composto por provedores de I+D, provedores de tecnoloxía e, o máis importante, grandes usuarios e pemes que proporcionarán lugares de demostración para as tecnoloxías.
O proxecto centrarase en tecnoloxías innovadoras de transferencia de calor bifásica (tubos de calor HP) para a recuperación de calor de fontes de media e baixa temperatura e o uso desta calor para:
- Dentro das mesmas instalacións ou exportación por riba da cerca.
- Para a xeración de enerxía eléctrica; ou unha combinación de (a) e (b) dependendo das necesidades.
Para a xeración de enerxía, o proxecto desenvolverá e demostrará en instalacións industriais o sistema Trilateral Flash (TFC) para fontes de calor residual de 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, empregadas soas ou en combinación con tecnoloxías de alta presión, xeren aforros de enerxía e emisións de gases de efecto invernadoiro superiores ao 15 % e uns rendementos 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 allanen 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 EINSTEIN mellorouse para incluír tecnoloxías I-ThERM, así como capacidades de monitorización e optimización en liña. Deseñouse, construíuse e probouse con éxito nunha planta siderúrxica un sistema de conversión de calor a enerxía de baixo consumo e sinxelo de conectar e usar. Os resultados serviron de base para un maior desenvolvemento e a primeira unidade foi vendida a un cliente comercial. Desenvolveuse un plan de mercadotecnia detallado para a comercialización da tecnoloxía TFC.
- Deseñouse e fabricouse unha unidade de compresor, xerador e turbina (CGT) montada en eixo de ~50 kW para a conversión de calor en enerxía a alta temperatura que funciona con dióxido de carbono supercrítico.
Deseñouse e fabricouse un innovador intercambiador de calor de microtubos para a recuperación directa de calor dos gases de escape a alta temperatura a CO2 supercrítico no ciclo de potencia do CO2. Deseñouse, fabricouse e puxo en marcha un ciclo de potencia de CO2 de 50 kW e o equipo asociado para as súas probas, avaliación e optimización. Deseñouse un economizador de condensación de tubos de calor para capturar a calor sensible e latente dos gases de escape corrosivos. O deseño do sistema de tubos de calor planos optimizouse mediante campañas de probas nun prototipo de laboratorio e no lugar de demostración real. Desenvolvéronse, demostráronse e avaliáronse con éxito revestimentos para a protección contra a corrosión en ambientes caracterizados pola presenza de ácido sulfúrico.
Está a desenvolverse un amplo coñecemento sobre os sistemas de recuperación de calor e a conversión de calor residual en enerxía. A creación deste coñecemento e a súa difusión ás comunidades científica e industrial, así como aos responsables políticos, está a xerar unha maior concienciación sobre o potencial destas tecnoloxías e a facilitar a súa adopción por parte da industria, contribuíndo así aos obxectivos de descarbonización da UE.
- BRUNEL UNIVERSITY LONDON
Proxectos relacionados
