Termoeconomía y optimización energética

Temario 1. Introducción 2. Revisión de termodinámica 3. La exergía 4. Determinación de exergía 5. Balances y Álgebra lineal 6. El coste exergético 7. Análisis termoeconómico 8. Optimización termoeconómica 9. Integración energética

Esquema ANÁLISIS EXERGÉTICO TERMOECONOMÍA Exergía Energía utilizable TERMODINÁMICA: ANÁLISIS EXERGÉTICO Exergía Energía utilizable Análisis Evaluación Rendimientos Recurso ENFOQUE ECONÓMICO ECONOMÍA: Coste exergético TERMOECONOMÍA Coste unitario (Coste por unidad de exergía) Coste de recursos (Variable) (Fijos) Otros costes (Capital, O. & M.,…) Análisis Evaluación Optimización Coste termoeconómico Coste de productos

Cálculo de los costes fijos Flujo de coste fijo Flujo de coste de operación y mantenimiento Flujo de coste de inversión Coste de mantenimiento: 2 % a 10 % de IT Coste de operación: Basado en el coste de personal Ejemplo. Pequeña central eléctrica: Para un factor de utilización del 100 %: 365 d/a x 24 h/d = 8760 h/a

Estimación de la inversión total

Flujos de costes fijos (1) Coste anualizado de la inversión total: Factor de recuperación del capital: i: coste del capital (en por-uno) n: vida prevista (en años)

Flujos de costes fijos (2) Coste anual de operación y mantenimiento: Definición: Coste fijo anual total: Coste fijo anual del equipo “j”: Flujo de coste fijo del equipo “j”: tAUE = tiempo anual de operación equivalente (s/a)

Factor de recup. del capital. Serie uniforme de n pagos anuales A equivalente económicamente a la inversión inicial P , con el coste de capital i : (1) (2) (2) - (1)

Factor de recup. del capital. “Anualidad perpetua” Actualización nula

Coste adquisición equipos XXX Exponente CAE1987= Coste Base · (Unidad)^ ISBN-10: 0442234409 http://www.amazon.com/Preliminary-Chemical-Engineering-Plant-Design/dp/0442234406

Actualización costes Índicehoy CAEhoy= --------- · CAE1987 Índice1987 1,3$/€ (2008) Índicehoy CAEhoy= --------- · CAE1987 Índice1987 M&S1987=813,6 M&S2008=1412,8 CEPCI1987=323,8 CEPCI2008=583,7

Coste equipo instalado CEIhoy= CAEhoy·BMF ISBN-10: 0442234409 http://www.amazon.com/Preliminary-Chemical-Engineering-Plant-Design/dp/0442234406

Inversión total IT/CEI  1,17 IT/CEI  1,5 IT Instalación Existente Instalación Nueva IT  3,5·CAE IT  4,5·CAE IT/CEI  1,17 IT/CEI  1,5 IT http://www.amazon.com/Preliminary-Chemical-Engineering-Plant-Design/dp/0442234406

Estimación de la inversión total Coste de adquisición de los equipos = CAE Coste de instalación = 2· CAE Coste directo de instalación Materiales (+0,7·CAE) Mano de obra (+0,5·CAE) Coste indirecto de instalación (+0,8·CAE) Transporte y seguros (+0,3·CAE) Ingeniería y supervisión (+0,4·CAE) Gastos generales de instalación (+0,1·CAE) Coste de equipos instalados (CEI) 1,2·CAE 3·CAE 0,8·CAE

Estimación de la inversión total Otros costes Imprevistos (+0,3·CAE) Puesta en marcha (+0,1·CAE) Cargas financieras (+0,1·CAE) Emplazamiento (+0,2·CAE) Instalaciones de servicios y suministros (+0,65·CAE) Construcciones auxiliares (+0,15·CAE) Inversión total Planta existente  3,5·CAE Inversión total Planta nueva ¿Nueva? Sí  4,5·CAE No ITnueva  4,5·CAE ITexistente  3,5·CAE

IT en planta existente Otros IT  3,5·CAE directo Coste instalación indirecto

IT en planta nueva IT  4,5·CAE Otros Coste instalación directo

IT: Método de Miller IT  3,3·CAE

IT: Valores usuales (histórico) % Coste de adquisición de los equipos (CAE) 100 Instalación 35 Tuberías 20 Electrificación 15 Instrumentación y control Obra civil Ingeniería y supervisión Suma 225 (de 2 a 3 veces el CAE) Imprevistos (15% de la suma) 34 Puesta en marcha (5% de la suma) 11 Cargas financieras del montaje (10% de la suma) 23 Inversión total (IT) 293 (de 3 a 4 veces el CAE)

Esquema ANÁLISIS EXERGÉTICO TERMOECONOMÍA Exergía Energía utilizable TERMODINÁMICA: ANÁLISIS EXERGÉTICO Exergía Energía utilizable Análisis Evaluación Rendimientos Recurso ENFOQUE ECONÓMICO ECONOMÍA: Coste exergético TERMOECONOMÍA Coste unitario (Coste por unidad de exergía) Coste de recursos (Variable) (Fijos) Otros costes (Capital, O. & M.,…) Análisis Evaluación Optimización Coste termoeconómico Coste de productos

Costes unitarios Coste termoeconómico : Flujo de coste : Coste termoeconómico unitario: Recordar: Coste exergético unitario: Coste exergoeconómico unitario:

Balance económico Entradas k l Salidas Coste fijo: Balance económico: Expresión matricial:

Balance económico general Vector de coste termoeconómico Balance económico general: (m equipos, n corrientes) A(mxn): matriz de incidencia P(nx1): vector de coste termoeconómico Z(mx1): vector de costes fijos del sistema

Ecuaciones adicionales (1) fe: Flujo de coste de la entrada Entradas: ; Subproductos: ¡ no es constante ! : es un coste variable y es un coste total

Ecuaciones adicionales (2) Residuos: Bifurcaciones: única condición termodinámica

Ecuaciones adicionales (3) Matriz de producción: a(n-m)xn Matriz de costes: A(nxn) f(n-m)x1 Vector de costes termoeconómicos definidos: fj Entradas Subproductos Residuos Bifurcaciones n-m ecuaciones adicionales

Sistema completo Expresión matricial :

Balance termoeconómico Vector de costes termoeconómicos imputados: Balance termoeconómico: Resolución:

Hexágono de costes A . P + F = 0 P B* A . B* = W Ruta exergoeconómica (termodinámico) A A . P + F = 0 P B* A . B* = W (económico) (tecnológico) Ruta termoeconómica

Análisis termoeconómico (2) Costes fijos y variables Análisis de costes termoeconómicos variables Cálculo de los costes fijos Indicadores de operación Formulación R/P Nivel de agregación Criterios económicos

Costes fijos y variables Sistema productivo Balances de costes: Costes unitarios:

Modelo Lineal Coste CF2 Producción 1: Tecnología simple 2: Tecnología intensiva de capital CF1 Punto de equivalencia PE

Costes TE variables Vector de costes termoeconómicos variables imputados: Balance termoeconómico de costes variables:

Coste TE variable. Costes ex (1) A (n x n) . B*(n x 1) = W(n x 1) B* = A -1 .W

Coste TE variable. Costes ex (2) A (nxn) . = = A –1.( )

Coste, valor y precio Coste (contable): Retribución de los bienes (energía, materias primas, productos semielaborados, etc.) y factores (capital y trabajo)que han intervenido en la producción de un bien o servicio. Valor: Expresión subjetiva de la medida en que un bien, recurso o servicio satisface las necesidades o deseos de un agente económico. Precio: Expresión monetaria del valor de un bien o servicio.

Coste de oportunidad El problema de la escasez: Definición: El mayor valor que se habría obtenido con una aplicación alternativa de los recursos. El problema de la escasez: Necesidades y deseos: Ilimitados. Recursos: Limitados. Siempre que se aplican unos recursos limitados a satisfacer un deseo o necesidad, quedan otros muchos sin satisfacer. Consecuencia: Hacer una cosa impide hacer otra.

Coste del capital Limitación presupuestaria de capital Rentabilidad Limitación presupuestaria de capital Inversión total máxima sin limitación de capital Coste de oportunidad del capital con presupuesto X Coste corporativo del capital Proyectos 1 2 3 4 5 6 7 … Inversión acumulada X

Indic. de op. de centrales (1) Factor de carga: Factor de capacidad: Factor de utilización: Potencia instalada: Capacidad de generación:

Indic. de op. de centrales (2) Reserva: Reserva absoluta: Factor de reserva, o reserva relativa:

Indic. de op. de centrales (3) Tiempo anual de utilización equivalente: y Si Pgen=Pmax , futil =1 , fcap = fc y

Formulación R/P (1) Costes termoeconómicos de recursos y productos:

Formulación R/P (2) Residuos: Balance termoeconómico: