ENERGÉTICA EN LA REFORMA DE PLANTAS DESALADORAS

Transcripción

1 MEJORA DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA EN LA REFORMA DE PLANTAS DESALADORAS UN COMPROMISO DE SOSTENIBILIDAD Bartolome Marin. aqualia infraestructuras

2 MEJORA DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA EN LA REFORMA DE PLANTAS DESALADORAS UN COMPROMISO DE SOSTENIBILIDAD Autores: Marín Fernández, Bartolomé Jefe del departamento de desalación Arnaiz García, Eva Jefa del departamento internacional Con el presente trabajo se pretende dar a conocer las actuaciones realizadas, en el campo de la mejora energética, en tres plantas desaladoras que están en proceso de ampliación y mejora. Actuaciones promovidas por: I.T.A.M. TORDERA I.D.A.M. IBIZA Y SAN ANTONIO

3 Participan: I.T.A.M. TORDERA CONCESIONARIA:.I.T.A.M. DELTA DE LA TORDERA, A.I.E. I.D.A.M. IBIZA Y SAN ANTONIO CONCESIONARIA: CODEISA (Concesionaria de Desalación de Ibiza, S.A.) Con las reformas emprendidas en las tres plantas, se consigue un ahorro eléctrico de Mwh - año Esto supone evitar la emisión de unas toneladas de CO2 a la atmósfera.

4 1.- INTRODUCCION Todos los procesos de desalación son consumidores de energía. EVAPORACION Energía térmica M.S.F. - M.E.D. Partiendo de esta premisa, los procesos de desalación son consumidores de energía. Está en nuestras manos hacerlos lo mas eficientes posibles, con objeto de contribuir a un desarrollo sostenible. RO, EDR, Energía eléctrica Osmosis Inversa Hasta incluso: La evaporación solar EDR

5 El consumo energético, en estas plantas, ha evolucionado mucho con el paso del tiempo. Desde las primeras plantas industriales con un consumo de 15 a 20 Kwh/m3 producido, hasta nuestros días que se obtienen consumos de 3 a 4 Kwh/m3 producido. La reducción del consumo ronda el 80% C.E.E. Kwh/m 3 producido EVOLUCION DEL CONSUMO ELECTRICO EN DESALADORAS DE AGUA DE MAR FUTURO Años? Evaporación O.I. con bomba invertida O.I. con turbina Pelton Cámaras isobáricas

6 Gracias al esfuerzo del hombre y en especial de todos los que han desarrollado su vida profesional entorno al mundo del agua, se ha conseguido producir este recurso cada vez con un consumo energético menor. Pilares en los que se ha basado la disminución de consumo energético Mejora de eficiencia de equipos de bombeo y auxiliares Evolución de membranas de ósmosis inversa Los motivos por los cuales ha sido posible la reducción del consumo energético en plantas de ósmosis inversa, han sido fruto de la evolución de la tecnología del sector. Aumento del rendimiento de equipos de recuperación de energía Esfuerzo en ingeniería, diseñando cada vez plantas mas eficientes

7 En España, con una trayectoria en desalación de mas de 45 años, existen plantas a las que les ha tocado ó van necesitando vivir un proceso de reforma. Cuando las instalaciones de desalación llegan al final de su vida útil, están tecnológicamente obsoletas desde el punto de vista de la eficiencia energética. Es entonces el momento de incorporar, en su proceso de reforma, la tecnología mas eficiente que tengamos a nuestra disposición.

8 2.- LOCALIZACION DE LAS ACTUACIONES Las instalaciones de desalación en las que se centra la ponencia son: La I.T.A.M. de la Tordera, I.D.A.M. de Ibiza capital e I.D.A.M. de San Antonio de Portmany (Ibiza). Plantas que comenzaron su proceso de reforma en 2008 (I.T.A.M. de la Tordera) y en 2010 (I.D.A.M. de Ibiza capital e I.D.A.M. de San Antonio) y entrarán en servicio, una vez reformadas, durante 2010 y I.T.A.M. DELTA DE LA TORDERA I.D.A.M. DE IBIZA (CAPITAL) I.D.A.M. DE SAN ANTONIO

9 4.- ACTUACIONES ENERGETICAS IMPLANTADAS 1ª Rediseño completo del proceso, buscando el menor consumo energético 2ª Sustitución de los antiguos sistemas de recuperación de energía e instalación de cámaras isobáricas. 3ª Instalación de membranas de O.I. de última generación y bajo consumo energético. 4ª Optimización general de todos los proceso, realizando una reforma integral.

10 5.- I.T.A.M. DELTA DE LA TORDERA Esta instalación se concibió originalmente con 4 líneas de m3/d ampliable a otras 4 mas. En la reforma realizada la planta se amplia pasando a tener 4 líneas de m3/d de producción. Estas líneas se equipan con cámaras isobáricas. Medidas implantadas mas relevantes: 1ª Sustitución de las turbinas PELTON por cámaras isobaricas como sistema de recuperación de energía 2ª Ampliación de la producción en 1º paso a mas del doble de capacidad, instalándose membranas de alta producción.. 3ª Realización de obras de ampliación y mejoras generales.

11 Primer reto planteado: Reformar las instalaciones, disminuyendo el consumo eléctrico de las mismas. Partiendo del balance energético de los equipos de bombeo y recuperación de energía existentes, admitimos el compromiso de mejorar la eficiencia global del sistema.

12 Segundo reto planteado: Reformar las instalaciones, aprovechando al máximo los equipos existentes y con la planta funcionando. Para aprovechar los equipos de bombeo existentes, bastidores, valvulería y conducciones, la solución aplicada consistió en transformar cada dos líneas existentes, en una única línea que es alimentada por medio de una bomba de alta presión existente y un nuevo sistema de cámaras isobáricas mas bomba booster.

13 Proceso de reforma: (1 de 10) 1. Situación inicial Se parte de 4 líneas de m3/d de producción unitaria equipadas con turbinas pelton y espacio para 4 líneas mas. Además de dispone de una BAP de reserva.

14 Proceso de reforma: (2 de 10) Nuevos bastidores 2. Instalación de 4 nuevos bastidores, configurando 2 líneas de m3/d En los espacios vacios existentes se instalan 2 nuevas líneas de producción, formadas por 4 bastidores de membranas.

15 Proceso de reforma: (3 de 10) Nuevos sistemas de recuperación / alimentación 3. Instalación de nuevos sistemas de recuperación/alimentación a líneas de m3/d En los espacios vacios existentes se instalan 2 nuevas líneas dotadas de cámaras isobáricas y bombas boostes, esperando el traslado de las bombas de alta presión existentes.

16 Proceso de reforma: (4 de 10) Reforma de bomba de alta presión de reserva 4. Reforma de la bomba de alta presión de reserva. Primeramente se utiliza la bomba de reserva. Previamente se le ha eliminado la turbina y se ha sustituido el motor, incrementando la potencia de este.

17 Proceso de reforma: (5 de 10) Línea C 5. Puesta en servicio de la nueva línea de producción C Una vez instalada una de las nuevas líneas, se pone en marcha la nueva línea de producción C, pudiéndose parar dos líneas de m3/d existentes.

18 Proceso de reforma: (6 de 10) Línea D Línea C Bomba a nueva posición 6. Parada de dos líneas existentes para reformarlas. Puesta en servicio la nueva línea C, se paran dos líneas antiguas para reformarlas. Se reforma y cambia de posición una bomba existente y se pone en marcha la línea D.

19 Proceso de reforma: (7 de 10) Línea B Bomba reformada 7. Adecuación y reforma de la nueva línea B. Se reforman bastidores, conducciones y otra bomba de alta presión existente. Se ha eliminado la turbina y se ha sustituido el motor, incrementando la potencia de este.

20 Proceso de reforma: (8 de 10) Línea D Línea C Línea B Línea A Nueva posición de bomba 8. Cambio de posición de BAP para la nueva línea C. A otra bomba de alta se le ha eliminado la turbina y se ha sustituido el motor, incrementando la potencia de este. Se traslada para servir de alimentación a la línea C.

21 Proceso de reforma: (9 de 10) Línea B Línea A 9. Reforma de las dos últimas líneas existentes. Reforma de bomba Recuperadores + booster Con las nueva líneas C y D en servicio, se procede a parar las dos últimas líneas existentes para reformarlas.

22 Proceso de reforma: (10 de 10) Línea D Línea C Línea B Línea A 10. Puesta en marcha de toda la instalación. Una vez reformadas las instalaciones, se procede a la puesta en marcha del conjunto de toda la planta.

23 Comparativo entre el estado inicial y final Estado inicial Estado final

24 Etapa de reforma, en la que convivían los dos sistemas de recuperación de energía

25 Otro factor de mejora importante ha sido la instalación de nuevas membranas de ósmosis inversa de mayor producción específica que las existentes. PRODUCTO PRODUCTO (m3/día) BASTIDORES EXISTENTES. NUEVA CONFIGURACION ADOPTADA 1º elemento 2º elemento 3º elemento 4º elemento 5º elemento 6º elemento 7º elemento = gpd = gpd = gpd = gpd = gpd = gpd = gpd = ALIMENTACION RECHAZO 1º elemento 2º elemento 3º elemento 4º elemento 5º elemento 6º elemento 7º elemento = gpd = gpd = gpd = gpd = gpd = gpd = gpd = ALIMENTACION NUEVOS BASTIDORES. CONFIGURACION ADOPTADA PRODUCCIONES NORMALIZADA DE MEMBRANAS UTILIZADAS MODELO DE MEMBRANA RECHAZO gpd gpd gpd PRODUCTO PRODUCTO Mejoras generales Además, en la planta se ha realizado: Nueva captación de agua de mar en toma abierta. Ampliación del pretratamiento. Instalación de 2º pasos para mejora de calidad del producto. Ampliación del sistema de remineralización. Ampliación del almacenamiento y bombeo de producto. Instalación de un nuevo sistema de control de última generación

26 COMPARATIVO DEL CONSUMO ENERGETICO DE LOS DOS SISTEMAS DE FUNCIONAMIENTO (1) I.T.A.M. TORDERA TURBINAS PELTON CAMARAS ISOBARICAS PARAMETROS DE OPERACION Producción neta por línea m3/d Factor de conversión % Caudales horarios. Agua bruta m3/h. Agua producto m3/h. Salmuera m3/h BOMBEO DE ALTA PRESION Caudal de la bomba de alta presión m3/h Presión diferencial de la bomba de alta presión. Pérdidas de carga hasta bastidor m.c.l.. Pérdida mínima en válvula de control 8,5 0 m.c.l.. Presión máxima de alimentación a bastidor m.c.l.. Presión de impulsión m.c.l.. Presión en aspiración m.c.l.. Presión diferencial m.c.l. Presión diferencial en turbina m.c.l.. Salida de bastidores 663 m.c.l.. Pérdidas hasta turbina 8 m.c.l.. Presión de descarga 0 m.c.l.. Presión diferencial 655 Potencia absorbida en bomba. Rendimiento hidráulico bomba alta presión %. Absorbida por la bomba Kw Potencia recuperada en turbina. Rendimiento hidráulico de turbina 88 %. Potencia recuperada 599 Potencia neta del tren de alta presión Kw Energía consumida por el tren de alta presión. Rendimiento motor 95,5 97 %. Energía consumida Kwh BOMBEO BOOSTER DE ALTA PRESION. Caudal de impulsión del booster 760 m3/h. Presión diferencial del booster 46 m.c.l.. Rendimiento hidráulico 83 %. Potencia absorbida 118 Kw. Rendimiento motor 92 %. Rendimiento del variador de frecuencia 97 %. Energía consumida 132 Kwh Sistemas de recuperación (1 turbinas -2 cámaras isobaricas) RESUMEN DEL CONSUMO ENERGETICO DE AMBOS SISTEMAS Energía consumida por el tren de alta presión 3,0678 2,354 Kwh/m3 2 Energía consumida por el bombeo booster 0,211 Kwh/m3 Energía consumida total 3,068 2,565 Kwh/m3 AHORRO ENERGETICO CON RECUPERADORES 0,503 Kwh/m3 16% De ahorro Notas: (1) Valores de diseño 2 1 COMPARATIVO DEL CONSUMO ELECTRICO 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20 2,40 2,60 2,80 3,00 3,20 1 Consumo específico (Kwh/m3 producido) Conclusión El consumo eléctrico específico ha disminuido 0,503 Kwh/m3 (16% del consumo en alta presión). El ahorro en consumo eléctrico es de Kwh año.

27 6.- I.D.A.M. IBIZA (CAPITAL) Medidas implantadas mas relevantes: 1ª Sustitución de las turbinas PELTON por cámaras isobaricas como sistema de recuperación de energía 2ª Ampliación de la producción en 1º paso, instalando un bastidor mas. Esta planta se diseñó en 1992 con capacidad para producir m3/día de agua desalada, mediante 3 bastidores de m3/día. En el diseño se previó la posibilidad de ampliación de las instalaciones con un cuarto bastidor. 3ª 4ª Eliminación del bombeo de salmuera a emisario. Realización de obras de ampliación y mejoras generales.

28 Proceso de reforma: La reforma consistió en la instalación de un 4º bastidor de m3/d. La agrupación de cada dos bastidores en una línea de producción, equipadas con nuevas bombas de alta presión, cámaras isobáricas y bombas booster.

29 Eliminación del bombeo de salmuera En esta planta originalmente, toda la salmuera generada y efluentes había que bombearla, ya que el emisario terrestre pasa por un punto más alto que la planta, que está a la cota +2,50 m. Otra medida energética relevante, ha sido utilizar la contrapresión necesaria a la salida de las cámaras isobáricas, para realizar la impulsión del rechazo a emisario de evacuación. De esta forma evitamos el consumo eléctrico en el bombeo de evacuación, utilizando la energía de descarga del sistema de recuperación. Mejoras generales La última medida para mejorar la eficiencia energética ha sido la instalación de nuevas membranas de O.I. de bajo consumo Además, en la planta se ha realizado: Nueva captación de agua de mar con pozos profundos Ampliación del pretratamiento Instalación de 2º pasos para mejora de calidad del producto Instalación de un nuevo sistema de remineralización Ampliación del almacenamiento y bombeo de producto Instalación de un nuevo sistema de control de última generación

30 COMPARATIVO DEL CONSUMO ENERGETICO DE LOS DOS SISTEMAS DE FUNCIONAMIENTO (1) TURBINAS PELTON CAMARAS ISOBARICAS PARAMETROS DE OPERACION Producción neta por línea m3/d Factor de conversión % Caudales horarios. Agua bruta m3/h. Agua producto m3/h. Salmuera m3/h I.D.A.M. IBIZA REPARTO DEL AHORRO ELECTRICO BOMBEO DE ALTA PRESION Caudal de la bomba de alta presión m3/h 85% Presión diferencial de la bomba de alta presión. Pérdidas de carga hasta bastidor m.c.l.. Pérdida mínima en válvula de control 0 0 m.c.l.. Presión máxima de alimentación a bastidor m.c.l.. Presión de impulsión m.c.l. 1 Ahorro energético en sistema de recuperación. Presión en aspiración m.c.l. 2 Ahorro energético en bombeo de salmuera. Presión diferencial m.c.l. Presión diferencial en turbina m.c.l.. Salida de bastidores 658 m.c.l.. Pérdidas hasta turbina 5 m.c.l.. Presión de descarga 0 m.c.l.. Presión diferencial 653 Potencia absorbida en bomba. Rendimiento hidráulico bomba alta presión %. Absorbida por la bomba Kw Potencia recuperada en turbina RESUMEN TOTAL DEL AHORRO ELECTRICO. Rendimiento hidráulico de turbina 86 % Ahorro por sistemas de recuperación 0,614 Kwh/m3. Potencia recuperada 207 Ahorro en bombeo de salmuera 0,111 Kwh/m3 Potencia neta del tren de alta presión Kw Energía consumida por el tren de alta presión AHORRO ENERGETICO TOTAL 0,725 Kwh/m3. Rendimiento motor % 21% De ahorro. Energía consumida Kwh BOMBEO BOOSTER DE ALTA PRESION. Caudal de impulsión del booster 257 m3/h. Presión diferencial del booster 37 m.c.l.. Rendimiento hidráulico 79 %. Potencia absorbida 34 Kw. Rendimiento motor 92 %. Rendimiento del variador de frecuencia 98 %. Energía consumida 37 Kwh BOMBEO DE RECHAZO A EMISARIO Consumo específico de la bomba bosster 0,144 Kwh/m3. Caudal de impulsión 130 m3/h RESUMEN DE SISTEMAS DE RECUPERACION. Presión diferencial (equivalente) 25 m.c.l. Energía consumida por el tren de alta presión 3,422 2,664 Kwh/m3. Rendimiento hidráulico 70 % Energía consumida por el bombeo booster 0,144 Kwh/m3. Potencia absorbida 13 Kw Energía consumida total 3,422 2,808 Kwh/m3. Rendimiento motor 90 % AHORRO ENERGETICO CON RECUPERADORES 0,614 Kwh/m3. Energía consumida 14,53 Kwh Notas: (1) Valores de diseño 18% De ahorro 0,111 Kwh/m3 15% 1 2 Conclusión El consumo eléctrico específico ha disminuido 0,725 Kwh/m3 (21% del consumo en alta presión). El potencial ahorro en consumo eléctrico es de Kwh año.

31 7.- I.D.A.M. SAN ANTONIO DE PORTMANY En 1994 se construyó una planta desaladora de agua de mar por el proceso de ósmosis inversa en San Antonio de Portmany. La planta tenía una producción de m3/d de agua desalada, después de una ampliación realizada. Medidas implantadas mas relevantes: 1ª Sustitución de las turbinas por cámaras isobáricas como sistema de recuperación de energía 2ª Instalación de nuevas membranas con una demanda de presión menor que las existentes, por lo tanto, se mejora el consumo eléctrico. 3ª Realización de obras de mejoras generales.

32 Proceso de reforma: La I.D.A.M. de San Antonio contaba con tres líneas de producción. Dos (2) de m3/d con bombas invertidas como sistema de recuperación y una tercera de m3/d equipada con turbina pelton como sistema de recuperación de energía. Evolucionan con la reforma a: Tres (3) líneas de m3/d de producción unitaria en su 1º paso, equipadas con cámaras isobáricas.

33 La última medida para mejorar la eficiencia energética ha sido la instalación de nuevas membranas de O.I. de bajo consumo. Mejoras generales Además, en la planta se ha realizado: Instalación de 2º pasos para mejora de calidad del producto. Sustitución de celdas de media tensión. Instalación de un nuevo sistema de control de última generación.

34 COMPARATIVO DEL CONSUMO ENERGETICO DE LOS DOS SISTEMAS DE FUNCIONAMIENTO (1) I.D.A.M. SAN ANTONIO DE PORTMANY BOMBAS INVERTIDAS TURBINAS PELTON CAMARAS ISOBARICAS PARAMETROS DE OPERACION Producción neta por línea m3/d Factor de conversión % Caudales horarios. Agua bruta m3/h. Agua producto m3/h. Salmuera m3/h BOMBEO DE ALTA PRESION Caudal de la bomba de alta presión m3/h Presión diferencial de la bomba de alta presión. Pérdidas de carga hasta bastidor m.c.l.. Pérdida mínima en válvula de control m.c.l.. Presión máxima de alimentación a bastidor m.c.l.. Presión de impulsión m.c.l.. Presión en aspiración m.c.l.. Presión diferencial m.c.l. 2,00 Presión diferencial en turbina m.c.l.. Salida de bastidores m.c.l. Series1 Series2 Series3. Pérdidas hasta turbina m.c.l.. Presión de descarga 10 0 m.c.l.. Presión diferencial Serie 1 RECUPERACION CON BOMBA INVERTIDA Potencia absorbida en bomba. Rendimiento hidráulico bomba alta presión % Serie 2 RECUPERACION CON TURBINA PELTON. Absorbida por la bomba Kw Potencia recuperada en turbina Serie 3 CAMARAS ISOBARICAS. Rendimiento hidráulico de turbina %. Potencia recuperada Potencia neta del tren de alta presión Kw Energía consumida por el tren de alta presión. Rendimiento motor 94,5 95,5 95 %. Energía consumida Kwh BOMBEO BOOSTER DE ALTA PRESION. Caudal de impulsión del booster 302 m3/h. Presión diferencial del booster 37 m.c.l.. Rendimiento hidráulico 79 %. Potencia absorbida 40 Kw. Rendimiento motor 92 %. Rendimiento del variador de frecuencia 98 %. Energía consumida 44 Kwh RESUMEN DE SISTEMAS DE RECUPERACION 4,00 3,75 3,50 3,25 3,00 2,75 2,50 2,25 AHORRO ANUAL COMPARATIVO DE CONSUMO ELECTRICO ESPECIFICO Energía consumida por el tren de alta presión 3,786 3,166 2,609 Kwh/m3Disponibilidad de la planta 335 d/año Energía consumida por el bombeo booster 0,176 Kwh/m3Producción con bombas invertidas m3/año Energía consumida total 3,786 3,166 2,785 Kwh/m3Producción con pelton m3/año AHORRO ENERGETICO CON RECUPERADORES Producción total m3/año Frente a bombas invertidas: 1,001 Kwh/m3 26% De ahorroahorro frente a bombas invertidas Kwh - año Frente a turbinas pelton 0,382 Kwh/m3 12% De ahorroahorro frente a turbinas pelton Kwh - año Ahorro medio en consumo específico 0,735 Kwh/m3 23% De ahorroahorro eléctrico total Kwh - año Conclusión El consumo eléctrico específico ha disminuido 0,735 Kwh/m3 (23% del consumo en alta presión). El ahorro en consumo eléctrico es de Kwh año.

35 8.- CONCLUSIONES 1ª Se han realizado y se van necesitando procesos de reforma en algunas plantas, debido a su edad y eficiencia energética. 2ª Cuando los equipos electromecánicos llegan al final de su vida útil o se consideran técnicamente amortizados, se plantea la sustitución de los mismos por otros nuevos de tecnología más avanzada. 3ª Con la iniciativa de las Administraciones se puede emprender actuaciones encaminadas a mejorar la sostenibilidad de la instalaciones de desalación, promoviendo la reducción del impacto ambiental que supone el consumo energético. 4ª Las ingenierías, constructoras y empresas explotadoras de instalaciones de desalación, debemos poner todo nuestro empeño y esfuerzo en aplicar las últimas tecnologías disponibles en el mercado en materia de reducción del consumo eléctrico en desalación.

36 Sirva como ejemplo de Mejora de la Eficiencia Energética en la Reforma de I.D.A.M. S, los resultados de reducción de consumo eléctrico obtenidos en las plantas presentadas. INSTALACION AHORRO EN CONSUMO ELECTRICO ESPECIFICO POTENCIAL DE AHORRO ELECTRICO ANUAL I.T.A.M. de Tordera 0,503 Kwh/m Kwh año I.D.A.M. de Ibiza 0,725 Kwh/m Kwh año I.D.A.M. San Antonio 0,735 Kwh/m Kwh año Reformar las instalaciones mencionadas anteriormente, con sistemas de producción de agua desalada más eficientes, significa dejar de consumir de la red eléctrica un total de Mwh al año. Esto supone evitar la emisión de toneladas de CO 2 a la atmósfera.

37 GRACIAS POR SU ATENCIÓN infraestructuras.es