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

Balances Tf

Balances Materia: Entrante – Saliente – Acumulada = 0 Energía: Entrante – Saliente – Acumulada = 0 Entropía: Entrante – Saliente – Acumulada = Generada Exergía: Entrante – Saliente – Acumulada = Destruída

Balance de eNergía. Ecuaciones Humos 4 Turbina Aire 3 Caldera (1) 5 Comb. 2 8 (2) Ceniz. 7 9 Purga 6 1 12 (3) Condensador Bomba de Alimentación (4) Agua de reposición 13 10 11

Balance de eNergía. Ecuaciones Humos 4 Turbina Aire 3 Caldera (1) 5 Comb. 2 8 (2) Ceniz. 7 9 Purga 6 1 12 (3) Condensador Bomba de Alimentación (4) Agua de reposición 13 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Balance de eNergía. Álgebra. Humos 4 Turbina Aire 3 Caldera (1) 5 Comb. 2 8 (2) Ceniz. 7 9 Purga 6 1 12 (3) Condensador Bomba de Alimentación (4) Agua de reposición 13 10 11

Matriz de incidencia. Vector eNergía Vector nulo Vector energía Matriz de incidencia

Balance de eXergía. Ecuaciones Humos 4 Turbina Aire 3 Caldera (1) 5 Comb. 2 8 (2) Ceniz. 7 9 Purga 6 1 12 (3) Condensador Bomba de Alimentación (4) Agua de reposición 13 10 11 𝐵 1 + 𝐵 2 + 𝐵 3 − 𝐵 4 − 𝐵 5 − 𝐵 6 − 𝐵 7 = 𝐵 𝑑,(1) 𝐵 5 − 𝑊 2 − 𝐵 9 = 𝐵 𝑑,(2) 𝐵 9 + 𝐵 10 − 1− 𝑇 0 𝑇 𝑄 3 − 𝐵 12 = 𝐵 𝑑,(3) −𝐵 1 + 𝐵 12 + 𝑊 4 = 𝐵 𝑑,(4)

Balance de eXergía. Ecuaciones Humos 4 Turbina Aire 3 Caldera (1) 5 Comb. 2 8 (2) Ceniz. 7 9 Purga 6 1 12 (3) Condensador Bomba de Alimentación (4) Agua de reposición 13 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 =Bd,(1) =Bd,(2) =Bd,(3) =Bd,(4)

Balance de eXergía. Álgebra. Humos 4 Turbina Aire 3 Caldera (1) 5 Comb. 2 8 (2) Ceniz. 7 9 Purga 6 1 12 (3) Condensador Bomba de Alimentación (4) Agua de reposición 13 10 11

Matriz de incidencia. Vector eXergía Vector diagnóstico Vector exergía Matriz de incidencia

Bal. Ex. Definiciones. Vector de diagnóstico: Irreversibilidad total, o destrucción total de exergía: Destrucción relativa de exergía:

Rendimiento exergético Flue gases Fuel Slide Comments: Oxidant T o

Balance de Materia. Ecuaciones Humos 4 Turbina Aire 3 Caldera (1) 5 Comb. 2 8 (2) Ceniz. 7 9 Purga 6 1 12 (3) Condensador Bomba de Alimentación (4) Agua de reposición 13 10 11

Balance de materia. Ecuaciones Humos 4 Turbina Aire 3 Caldera (1) 5 Comb. 2 8 (2) Ceniz. 7 9 Purga 6 1 12 (3) Condensador Bomba de Alimentación (4) Agua de reposición 13 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 =0 =0 =0 =0

Balance de materia. Álgebra. Humos 4 Turbina Aire 3 Caldera (1) 5 Comb. 2 8 (2) Ceniz. 7 9 Purga 6 1 12 (3) Condensador Bomba de Alimentación (4) Agua de reposición 13 10 11

Matriz de incidencia. Vector materia Vector nulo Vector materia Matriz de incidencia

Balances con álgebra matricial. Régimen permanente. Materia: Entrante – Saliente = 0 Energía: Entrante – Saliente = 0 Entropía: Entrante – Saliente = Generada Exergía: Entrante – Saliente = Destruída

Bomba de Alimentación (4) Agrupación de equipos Humos 4 Turbina Aire 3 Caldera (1) 5 Comb. 2 8 (2) Ceniz. 7 9 Purga 6 1 12 (3) Condensador Bomba de Alimentación (4) 13 11 10 Agua de reposición Corrientes (3) Equipos (4) (3+4)

Agrupación completa Humos 4 Aire 3 5 Comb. 2 8 Ceniz. 7 9 Purga 6 12 1 Caldera (1) 5 Comb. 2 8 (2) Ceniz. 7 9 Purga 6 1 12 (3) 13 11 10 Agua de reposición

(Electricidad a 0,05 €/kWh) Exergía y coste p (bar) t (ºC) ∆h (kJ kg-1) b (kJ kg-1) cost (€ t-1) 70 285.9 2667.2 1044.3 17.75 35 242.6 2698.5 982.6 16.70 15 198.3 2687.3 876.2 14.90 7 165.0 2658.6 769.1 13.07 3.5 138.9 2627.5 668.7 11.37 2.0 120.2 2601.8 587.4 9.99 1.0 99.6 2570.6 487.0 8.28 Slide Comments: Suponiendo 0,014 €/MJ (Electricidad a 0,05 €/kWh)

CCGN

Sankey. Energías.

Grassman. Exergía.

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

Puntos fuertes del A.E. Mide la perfección termodinámica del sistema (Bd) Tiene aplicación y validez general Base racional para sistemas complejos Proporciona información más precisa que Bal En. Elección de los niveles de agregación (intensidad del análisis) Punto partida para la Termoeconomía Recursos naturales (consumos) e impacto medioambiental Slide Comments:

Algebra Matricial con Excel

Asistente para fórmulas Sum Subtraction Product Inverse Transpose [A]*[B] = MMULT ([A];[B]) Multiplication [A]-1 = MINVERSA ([A];[B]) Inverse [A]t = TRANSPONER([A]) Transpose |A| = MDETERM([A]) Determinant “;” separator list symbol

Cálculo matricial Ctrl+Shift+Enter Sum Subtraction Product Division Inverse Ctrl+Shift+Enter