Auditoría enérgetica según RD 56/2016 a una industria agroalimentaria

Equation Chapter 1 Section 1 Proyecto Fin de Carrera Ingeniería Química Auditoría Enérgetica según RD 56/2016 a una industria agroalimentaria Dpto. Ingeniería Energética Universidad de Sevilla Autor: Alejandro García Guzmán Tutor: David Velázquez Alonso Sevilla, 2021 2 Proyecto Fin de Carrera Ingeniería Química Auditoría Enérgetica según RD 56/2016 a una industria agroalimentaria Autor: Alejandro García Guzmán Tutor: David Velázquez Alonso Profesor titular Dpto. de Ingeniería Energética Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2013 Proyecto Fin de Carrera: Auditoría Enérgetica según RD 56/2016 a una industria agroalimentaria Autor: Alejandro García Guzmán Tutor: David Velázquez Alonso El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2021 El secretario del Tribunal 4 Agradecimientos A mis padres, familia y amigos. A la Academia General Militar, por haberme instruido y formado en valores carentes en la sociedad. A mi tutor y profesor David Velázquez Alonso, por instruirme y brindarme la oportunidad de experimentar el campo de las auditorías energéticas, dándole un enfoque práctico y profesional. Alejandro García Guzmán Sevilla 2021 Resumen En el presente proyecto se ha llevado a cabo una auditoría energética a una industria agroalimentaria productora de aceite de oliva envasado y vinagre. Para abordarla se han solicitado a una industria agroalimentaria datos relativos a consumos, producción, fichas técnicas de los equipos, y estudios previos realizados en la empresa. Además de todo ello, se ha realizado una visita a la fábrica para tratar con los responsables técnicos y conocer in situ la situación de la misma y así poder detectar ineficiencias energéticas. Tras esto se procedió identificar medidas de eficiencia enérgetica y su posible implementación valorando su viabilidad técnica y económica. 6 Abstract In this project, an energy audit has been carried out in an agri-food industry that produces bottled olive oil and vinegar. To carry out it, an agri-food industry has been requested data related to consumption, production, technical specifications of the equipment, and previous studies carried out in the company. In addition to all this, a visit has been made to the factory to deal with the technical managers and find out about the situation of the factory and try to detect energy inefficiencies. After this, we proceeded to identify energy efficiency measures and their possible implementation, assessing their technical and economic viability. Índice Agradecimientos 4 Resumen 5 Abstract 6 Índice 7 Índice de Tablas 9 Índice de Figuras 11 1 Introducción 13 1.1 El Real Decreto 56/2016 14 2 Objetivos del proyecto 15 3 antecedentes 16 3.1 Objeto auditado 16 3.2 Contexto de la auditoría 16 3.3 Intalaciones 16 3.3.1 Fábrica objeto 16 A. Refinería 17 B. Filtración de aceite de oliva virgen 18 C. Fábrica de vinagres 18 D. Fábrica de salsas 19 E. Fábrica de productos especiales 20 F. Fábrica de envases 20 G. Planta de envasado 20 H. Sistemas de aire comprimido 21 I. Calderas de vapor 21 J. Torres de refrigeración 21 K. Plantas enfriadoras 22 L. Instalaciones eléctricas 23 3.4 Normas y reglamentaciones relevantes 24 4 Auditoría energética 25 4.1 Descripción de la auditoría 25 4.1.1 Alcance 25 4.1.2 Objetivo 25 4.1.3 Metodología de la auditoría 25 4.2 Características de los datos recopilados 26 4.3 Análisis del consumo energético 26 4.3.1 Estructura productiva 27 4.3.2 Estructura energética 28 4.3.3 Índices de consumo 35 4.3.4 Precios de la energía 36 4.4 Clasificación de las medidas de mejora de la eficiencia energética 36 8 5 Oportunidades de mejora de eficiencia energética 37 5.1 Proyecto de ahorro P1: Sustitución de la caldera Geval 37 5.1.1 Evaluación del proyecto 38 5.1.2 Análisis económico 39 5.1.3 Interacciones con otros proyectos de ahorro 39 5.1.4 Métodos de medición y verificación tras la implementación del proyecto 39 5.2 Proyecto de ahorro P2: Instalación de huerto solar fotovoltaico de autoconsumo 40 5.2.1 Evaluación del proyecto 42 5.2.2 Análisis económico 43 5.2.3 Interacciones con otros proyectos de ahorro 43 5.2.4 Métodos de medición y verificación tras la implementación 43 5.3 Proyecto de ahorro P3: Ajuste del término de potencia fijo de electricidad 44 5.3.1 Evaluación del proyecto 44 5.3.2 Análisis económico 44 5.3.3 Interacciones con otros proyectos de ahorro 45 5.3.4 Métodos de medición y verificación tras la implementación del proyecto 45 5.4 Proyecto de ahorro P4: Renovación sala de compresores 46 5.4.1 Evaluación del proyecto 46 5.4.2 Análisis económico 47 5.4.3 Interacciones con otros proyectos de ahorro 47 5.4.4 Métodos de medición y verificación tras la implementación del proyecto 47 5.5 Proyecto de ahorro P5: Instalación de climatización y renovación del aire del laboratorio. 48 1.5.1 Evaluación del proyecto 48 5.5.2 Análisis Económico 49 6. Conclusiones 50 7. Bibliografía 53 8. Anexos 55 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 3.1: Características técnicas compresores de aire comprimido 25 Tabla 3.2: Características de la torre de fábrica de envases 26 Tabla 3.3: Características de la torre del circuito de fermentadores 26 Tabla 3.4: Características de la planta enfriadora de los fermentadores 26 Tabla 3.5: Características de la planta enfriadora de la planta de envasado 26 Tabla 3.6: Características de la planta enfriadora de la fábrica de envases 27 Tabla 3.7: Características de la planta enfriadora de los fermentadores 27 Tabla 4.1: Producción fábrica durante los años mostrados 31 Tabla 4.2: Consumos y costes energéticos (2016, 2017, 2018 y 2019). 32 Tabla 4.3: Resumen de la facturación de gas natural en 2016 34 Tabla 4.4: Resumen de la facturación de gas natural en 2017 35 Tabla 4.5: Resumen de la facturación de gas natural en 2018 35 Tabla 4.6: Resumen de la facturación de gas natural en 2019 36 Tabla 4.7: Resumen de la facturación eléctrica en 2016 37 Tabla 4.8: Resumen de la facturación eléctrica en 2017 37 Tabla 4.9: Resumen de la facturación eléctrica en 2018 38 Tabla 4.10: Resumen de la facturación eléctrica en 2019 38 Tabla 4.11: Índices de consumo a lo largo de los años analizados 40 Tabla 4.12: Índices económicos a lo largo de los años analizados 40 Tabla 4.13: Precios de la energía 40 Tabla 4.14: Clasificación de los proyectos de ahorro 40 Tabla 5.1: Características principales de las calderas candidatas 42 Tabla 5.2: Ahorro anual y payback asociado a las calderas candidatas. 42 Tabla 5.3: Características de cada módulo solar. 44 Tabla 5.4: Potencia generada por la instalación. 44 Tabla 5.5: Costes por período en la situación actual 45 16 3 ANTECEDENTES 3.1 Objeto auditado Las instalaciones que son objeto de la presente auditoría se sitúan en la carretera N-IV, km 388 situada en el término municipal de Alcolea, provincia de Córdoba. Los principales productos de la planta son aceite aceite de oliva envasado (virgen) y vinagre. El vianagre actualmente está externalizado a otra empresa, pero se integra dentro de la estructura productiva de la que estudiamos. 3.2 Contexto de la auditoría La presente auditoría viene precedida de otra finalizada en 2016 en la cual se detectaron un total de 11 proyectos de mejora, con un ahorro económico de 316.721 €/año, un ahorro energético estimado de 4430 MWh/año y un total de emisiones evitadas de 1120 ton CO2/año. 3.3 Intalaciones 3.3.1 Fábrica objeto La fábrica cuenta actualmente con 1 sección productiva en la planta; la bodega. En esta se generan generan 2 tipos de productos: (i) aceite de oliva virgen y (ii) vinagre. Ambos productos son enviados a la planta de envasado para su posterior comercialización. La refinería de aceite se encuentra parada desde marzo de 2017 debido a cuestiones de mercado. La producción actual está centrada en el envasado de aceite de oliva virgen y el vinagre. Existen varias unidades de sistemas auxiliares distribuidos por la planta las cuales abastecen a las secciones mencionadas anteriormente. Estos son los sistemas de aire comprimido, la red de vapor, las plantas enfriadoras y el agua de refrigeración. Que a su vez estos se abastecen de las fuentes de energía final: el gas natural y la electricidad. Figura 3.1: Diagrama de bloques de la fábrica A. Refinería Actualmente la refinería se encuentra en parada por cuestiones de mercado. Figura 3.2: Diagrama de bloques de la refinería Auxiliares Refino Filtrado aceite virgen Vinagres y salsas Productos especiales Envasado Fábrica envases Envases fabricados Aceite lampante Aceite virgen Vinos y aditivos Hidrógeno Aire comprimido Agua de refrigeración Sistemas de frío Vapor Ácidos grasos Producto terminado Auxiliares Refino Filtrado aceite virgen Vinagres y salsas Productos especiales Envasado Fábrica envases Envases fabricados Aceite lampante Aceite virgen Vinos y aditivos Hidrógeno Aire comprimido Agua de refrigeración Sistemas de frío Vapor Ácidos grasos Producto terminado 3 antecedentes 18 Figura 3.3: Diagrama de flujo de la línea de refinación B. Filtración de aceite de oliva virgen De manera independiente, el aceite de oliva virgen solo sufre una operación de filtrado para evitar así la alteración de sus propiedades. Para ello se emplean filtros prensa con accionamiento manual y tras ello, el aceite es almacenado en los tanques de las bodegas interiores, localizados en recinto climatizado. Figura 3.4: Diagrama de flujo de la filtración de aceite de oliva virgen C. Fábrica de vinagres La fabricación de vinagres se basa en la fermentación de unos vinos mediante la acción de bacterias, las cuales requieren un medio prácticamente isotermo entorno a los 31 ºC. Tras la fermentación, el vinagre es clarificado, filtrado y finalmente diluido en agua hasta lograr el ajuste de acidez deseado. DIAGRAMA DE REFINACION ACEITE DE OLIVA ETAPA DE DESODORIZACION DEPOSITO ACEITE DECOLORADO ETAPA DE ACONDICIONAMIENTO ETAPA DE DECOLORACION DEPOSITOS ACEITE CRUDO PESAJE DESODORIZACION DEPOSITOS ACEITE REFINADO PESAJE ADICION TIERRA DECOLORANTE CALENTAMIENTO DEPOSITO NODRIZA DECOLORACION ETAPA DE REFINACION QUIMICA SI ES NECESARIA LAVADO NEUTRALIZACION SECADO ADICION COADYUVANTES DE FILTRACION DEPOSITOS ACEITE DEPOSITO INTERMEDIO ACEITE DEPOSITOS ACEITE FILTRADO DIAGRAMA DE FILTRACION ACEITE DE OLIVA FILTRACION DE DESBASTE ABRILLANTADO Figura 3.5: Diagrama de flujo de la fabricación de vinagres Además del consumo eléctrico de bombas, la fábrica de vinagres conlleva un importante consumo asociado a la refrigeración de los fermentadores, que funcionan con agua fría a 16 ºC. Para dicha utilidad, se cuenta con una torre de refrigeración de 1 MW de potencia frigorífica, la cual es apoyada por un trane de similar potencia. D. Fábrica de salsas Actualmente la fábrica de salsas se encuentra en parada por cuestiones de mercado. VINAGRE TERMINADO DIAGRAMA DE FABRICACION VINAGRES ENVASADO VINAGRE 12º CLARIFICADO FERMENTACION AGUA FILTRADA REBAJADO VINAGRE 6 º RECEPCION VINOS FILTRACION REFRIGERACION F TOMATE DIAGRAMA DE FABRICACION KETCHUP OTROS DISOLUCION ALMIDON DISOLUCION SAL PATERIZADOR DEPOSITO PREMEZCLA AGUA VINAGRE AZUCAR A PLANTA ENVASADO DEPOSITO ENVASADO ENFRIADOR FECULASAGUA VINAGRE ESPECIAS MOLINO DE GRANO SECO NODRIZA MACERACION MOLIENDA ENVASADO DIAGRAMA DE FABRICACION MOSTAZAS 3 antecedentes 20 Figura 3.6: Diagramas de flujo de la fabricación de salsas: kétchup (arriba), mostaza (medio) y mayonesa (abajo) E. Fábrica de productos especiales La fábrica de productos especiales se encuentra actualmente en parada por cuestiones de mercado. F. Fábrica de envases Los envases de materiales plásticos son fabricados mediante soplado en la misma planta. La fábrica recibe las preformas de plástico, y en la máquina de soplado, estas preformas son precalentadas mediante resistencias de manera no uniforme para facilitar su deformación. A continuación, la preforma recibe una carga de aire a 40 bar, provocando la deformación de la preforma y adaptándose a la geometría del envase. Tras el soplado, por transporte neumático, los envases son enviados a la planta de envasado. El consumo energético en esta sección es únicamente eléctrico y representa una parte muy importante de la totalidad de la fábrica, habiendo experimentado un aumento importante en los últimos años. Sin embargo, no existe un potencial de mejora en esta planta, ya que los consumos se deben fundamentalmente al alto requerimiento energético de la máquina sopladora y en menor medida al sistema de transporte neumático. G. Planta de envasado Además de los envases de plástico anteriores, a la planta de envasado también llegan envases de vidrio y latas paletizados. Una vez aquí, los envases son soplados para eliminar impurezas y después son rellenados con el producto, taponados, etiquetados y finalmente enviados a los palets de producto terminado. La línea de envasado cuenta con un conjunto de máquinas, cintas transportadoras y elevadores, que en conjunto representan uno de los mayores consumos eléctricos de la fábrica, del cual la gran parte es trabajo mecánico realizado por las máquinas y tan solo una pequeña parte se debe a compresores de aire comprimido a baja presión necesario para el soplado previo al llenado de los envases. DIAGRAMA DE FABRICACION MAYONESAS ENVASADO PRODUCTO DEPOSITO ENVASADO ACEITE PASTERIZACION FASE ACUOSA ALMIDON FASE VINAGRE EMULSIONADOR HUEVO DOSIFICACION PRODUCTOS PRODUCTO RECUPERADO FASE ACUOSA ALMIDON H. Sistemas de aire comprimido La fábrica consume aire comprimido a dos niveles de presión: alta a 42 bar y baja a 8-10 bar. Para la producción de aire comprimido de alta presión, utilizado solo en el soplado de botellas; se emplean compresores alternativos de pistón, que inyectan aire en un anillo desde el cual se alimentan las máquinas sopladoras. Para la red de aire comprimido de baja presión se utilizan compresores de tornillos marca COMPAIR que se encuentran distribuidos por varias zonas del complejo. La tabla siguiente recoge un resumen de los compresores existentes: Tabla 3.1: Datos técnicos de los compresores de aire comprimido I. Calderas de vapor Actualmente la demanda de vapor de la fábrica es a baja presión debido a que la sección que requería vapor a alta presión era la refinería y está en parada. El vapor se produce a 11 kg/cm2 por la caldera Geval que tiene una producción de 9 t/h mientras que la caldera StandardKessel de 11t/h se encuentra en parada. El vapor producido por la caldera Geval es consumido mayoritariamente por la bodega y la planta de envasado. Se está estudiando la posibilidad de sustituir la caldera Geval de 9 t/h y 11 Kg/cm2 de presión, por una caldera de 2 t/h y 8 bares debido a que las necesidades de vapor de la fábrica se ajustarían mejor a esa nueva caldera, además supondría un aumento del rendimiento de la instalación y por ende un potencial económico de mejora. Dentro de estas mejoras se intentará buscar una caldera con un rearme automático debido a que la actual en funcionamiento tiene un sistema de rearme manual cada 2 horas y requiere de personal para efectuar dichos rearmes. J. Torres de refrigeración Actualmente existen 2 circuitos de torres de enfriamiento que dan servicio a 2 secciones de la fábrica: la fábrica de envases y los fermentadores. 1. Torres de Fábrica de envases La fábrica de envases dispone de una torre Marley-Torralval CTFP 2430, que junto con el sistema de frío TRANE RTAC 275. m3/h m3/min L/min COMPAIR L75SR 1019,4 16,99 16.990 7 75 COMPAIR 6115-10 AS 726 12,1 202 10 84,64 COMPAIR RA 100 597,6 9,96 166 10 75 INGERSOLLRAND M75 732 12,2 203 8,5 75 BÉTICO ER-15P 144 2,4 2.400 8 15 SAMUR BS-10-P - - - 7 7,4 ABC 4HA-6-BIS-LT 1213 20,2 337 42 235 ABC 4HA-4-BIS-LT 680 11,3 189 42 105 COMPAIR L132 1458 24,3 24.300 7 132 COMPRESOR MODELO CAUDAL PRESIÓN TRABAJO (bar) POTENCIA (kW) 3 antecedentes 22 Tabla 3.2: Características de la torre de fábrica de envases 2. Torres de fermentadores de vinagre El circuito de agua fría de la planta de fermentación de vinagres se compone actualmente de una planta de frío TRANE RTAC 300 y de una torre de enfriamiento evaporativo BLATIMORE AIRCOIL. En principio, se intenta trabajar con la torre siempre que las condiciones exteriores lo permitan. Así la estrategia de operación del sistema depende de la estación del año: En invierno sólo trabaja la torre de refrigeración. En caso de que la torre no pueda combatir toda la carga térmica se arranca el TRANE, que trabaja contra un depósito intermedio en serie con la torre anterior. Así pues, la torre enfría hasta su capacidad máxima y el resto de la demanda energética la aporta la planta de frío. En primavera y otoño, la torre opera normalmente y en verano, la torre se encuentra parada, mientras que la planta de frío trabaja en solitario a un 70-80 % de su capacidad. Tabla 3.3: Características de la torre del circuito de fermentadores Tabla 3.4: Características de la planta enfriadora de los fermentadores K. Plantas enfriadoras Actualmente existen 2 plantas enfriadoras dando servicio a la fábrica de envases y al circuito de torres de fermentadores. ➢ Plantas enfriadoras de la planta de envasado de aceite Se trata de 2 plantas enfriadoras TRANE idénticos; que generan agua de refrigeración que enfrían el aceite que proviene de las bodegas a unos 35 ºC hasta los 19 ºC necesarios para su envasado. Tabla 3.5: Características de la planta enfriadora de la planta de envasado Equipo Capacidad Frigorífica (kcal/h) Salto térmico (ºC) Caudal recirculado (m3/h) Torralval CTPF 2430 1.500.000 6 50 Equipo Capacidad Frigorífica (kcal/h) Salto térmico (ºC) Caudal recirculado (m3/h) Baltimore Aircoil 860.000 14 194 Equipo Trane RTAC 140 Potencia frigorífica (kW) 496 Potencia eléctrica (kW) 222 Refrigerante R 134a Equipo 2×Trane RTAC 275 Potencia frigorífica (kW) 1100 Refrigerante R-134A ➢ Planta enfriadora de fábrica de envases En la fábrica de envases existe una planta de frío TRANE RTAD 085, que se emplea fundamentalmente para la refrigeración de los moldes en las máquinas sopladoras, además de refrigerar los compresores de dichas máquinas, compartiendo esta misión durante el verano con la torre Torralval CTFP 2430, y priorizándose el uso de agua fría frente a agua de torre cuando la planta de frío tiene capacidad suficiente. Tabla 3.6: Características de la planta enfriadora de la fábrica de envases ➢ Planta enfriadora del circuito de fermentadores Como se comentó anteriormente, una planta de frío TRANE RTAC 300 complementa la torre de enfriamiento evaporativo BLATIMORE AIRCOIL en la refrigeración de los fermentadores de vinagres. Tabla 3.7: Características de la planta enfriadora de los fermentadores L. Instalaciones eléctricas La instalación eléctrica de la planta industrial tiene dos acometidas en 20 kV que conectan con la red de distribución de Sevillana-Endesa. A partir de las mismas se alimenta a dos centros de transformación: Carexpor y Fábrica de botellas. En el centro de transformación Carexpor se disponen dos transformadores de 2000 kVA de potencia nominal que trabajan con el secundario en barra partida. En el centro de transformación Fábrica de botellas se tiene instalado un transformador de 1600 kVA. En ambos centros existen baterías de condensadores que realizan la compensación de potencia reactiva de una forma centralizada. También en ambos centros existe un equipo de tarificación eléctrica, si bien la facturación de energía eléctrica se realiza de forma agregada. Realizada la reducción de tensión, se realiza la distribución eléctrica a la planta industrial en baja tensión a 400 V. El consumo eléctrico de la planta industrial se puede dividir en los siguientes conceptos principalmente: Potencia Frigorífica (kW) 274 Potencia Eléctrica (kW) 99 Refrigerante R 134a Trane RTAD 085 Potencia frigorífica (kW) 1160 Potencia Eléctrica (kW) 472 Refrigerante R 134a Trane RTAC 300 3 antecedentes 24 ➢ Alumbrado En el caso de las oficinas el alumbrado se realiza a través de fluorescentes. En la planta industrial existe alumbrado mediante fluorescentes, proyectores de vapor de sodio y en algunos casos (almacenes de productos terminados) halogenuros metálicos. No existe ningún sistema de gestión del alumbrado que tenga presente el posible aprovechamiento de la luz natural ni la desconexión automática en función de presencia y/u horario. ➢ Alimentación de motores La mayor parte de los motores existentes son de potencias reducidas y destinados principalmente a funciones de bombeo. Los motores de mayor potencia corresponden a compresores, bombas y ventiladores de las torres de refrigeración. Algunos motores disponen de arrancadores suaves. Existen algunas aplicaciones con velocidad variable debido a requerimientos del proceso productivo. Partes de la instalación eléctrica se encuentran monitorizadas de forma continua, concretamente las salidas de baja tensión del centro de transformación Carexpor. Existe la intención de extender la monitorización a las salidas del centro de transformación Fábrica de botellas. La compra de energía eléctrica se realiza a través de un comercializador: Endesa. Debido a que la acometida de la instalación es de 20 kV y la potencia contratada supera los 450 kW se realiza facturación en seis períodos tarifarios. 3.4 Normas y reglamentaciones relevantes La presente auditoría se está haciendo acorde al Real Decreto 56/2016 que establece que las grandes industrias que no sean PYMES realicen una auditoría cada 4 años. A continuación, se enumeran las fuentes normativas empleadas en la realización de la auditoría: • Norma UNE-EN 16247-1 Auditorías energéticas, Parte 1: Requisitos generales. Diciembre 2012. • Norma UNE-EN 16247-3 Auditorías energéticas, Parte 3: Procesos. Diciembre 2012. • Metodología para la elaboración de auditorías energéticas en la industria, Agencia Andaluza de la Energía, 2011. 4 AUDITORÍA ENERGÉTICA 4.1 Descripción de la auditoría 4.1.1 Alcance El alcance de la presente auditoría se extiende hasta los límites de batería del objeto auditado (apartado 3.1). No obstante, y por especificaciones de personal de planta, el análisis de oportunidades de mejora se circunscribió a las líneas de aceite y servicios auxiliares (agua de refrigeración, vapor, aire comprimido y sistemas de frío), por reunir la práctica totalidad de producciones y consumos. 4.1.2 Objetivo De acuerdo a la definición anteriormente citada, el objetivo de esta auditoría energética es la identificación de flujos energéticos, así como la detección de potenciales proyectos de ahorro en el objeto auditado durante el periodo posterior a la anterior auditoría, es decir, comprendido entre 2016 y 2019, para así mejorar la eficiencia y reducir las emisiones CO2, dando cumplimiento a la exigencia del RD 56/2016. 4.1.3 Metodología de la auditoría La metodología planteada para esta auditoría sigue las pautas establecidas por las normas UNE-EN 16247-1 “Auditorías energéticas, Parte 1: Requisitos generales” y UNE-EN 16247-3 “Auditorías energéticas, Parte 3: Procesos” y se constituye de las siguientes fases: A. Solicitud de Datos Al comienzo del proyecto, la empresa auditora solicitó datos referentes al objeto auditado con el fin de realizar un análisis de la instalación previo a la visita inicial de recopilación de información. Esta información inicial consta de descripciones de procesos, características de los equipos más importantes y principales datos históricos referentes a producción y consumo desglosados mensualmente. B. Revisión de documentación inicial Esta fase constituye el paso previo y necesario a la visita de las instalaciones. El análisis de la documentación inicial enviada ofrecerá al equipo auditor el conocimiento necesario para localizar de los principales puntos de interés para la realización del proyecto. C. Visita a las instalaciones Se realizaron visitas a las instalaciones a fin de recabar toda la información necesaria. Durante la visita se completa se trató de cubrir los aspectos siguientes: D. Evaluación de la situación energética actual Con la información recopilada es posible realizar un análisis detallado de la situación inicial de la instalación, identificando producciones, consumos, así como indicadores de eficiencia energética del proceso. Este primer análisis es fundamental, pues constituye la base de comparación de los proyectos de ahorro que posteriormente se analizarán. Además, del mismo se extraerán los precios de las fuentes energéticas que servirán para la evaluación de los potenciales ahorros económicos asociados a proyectos. E. Identificación de medidas de ahorro Tras el conocimiento del estado inicial de la instalación, tanto en términos cualitativos como cuantitativos; se está en condiciones de identificar propuestas de mejora. Para ello se lleva a cabo un proceso de brainstorming también guiado por la experiencia de la compañía auditora; del cual surgen las diferentes alternativas de ahorro energético. 4 Auditoría energética 32 Tabla 4.6: Resumen de la facturación de gas natural en 2019 En la siguiente figura se muestra la evolución del consumo de gas natural a lo largo de los meses de los años analizados: Figura 4.7: Evolución mensual del consumo de gas natural en los años analizados en MWh Mes Consumo gas (MWh) Total factura (k€) Precio medio (€/kWh) Enero 513 15 0,030 Febrero 474 14 0,030 Marzo 175 6 0,037 Abril 74 4 0,051 Mayo 14 1 0,102 Junio 59 3 0,045 Julio 29 2 0,064 Agosto 47 2 0,049 Septiembre 11 1 0,129 Octubre 69 3 0,042 Noviembre 100 4 0,037 Diciembre 53 2 0,047 Total 1.617 59 0,036 0 500 1.000 1.500 2.000 2.500 Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Consumo gas natural (MWh) 2016 2017 2018 2019 Actualmente el consumo de gas natural está asociado a la caldera Geval que es la única que produce vapor a la planta. En el gráfico se puede observar la evolución del consumo de gas, donde se puede apreciar el descenso súbito del consumo de gas a partir de abril de 2017 causado por la parada de la refinería, la cual era la mayor consumidora de vapor de la planta. Actualmente la producción de vapor está destinado a la planta de envasado. C. Electricidad A continuación, se mostrarán los perfiles de consumo de electricidad a lo largo de los años 2016, 2017, 2018 y 2019. Tabla 4.7: Resumen de la facturación eléctrica en 2016 Tabla 4.8: Resumen de la facturación eléctrica en 2017 Mes Consumo eléctrico (MWh) Total factura (k€) Precio medio (€/kWh) Enero 729 109 0,150 Febrero 715 107 0,150 Marzo 639 90 0,141 Abril 710 91 0,128 Mayo 554 79 0,143 Junio 626 95 0,152 Julio 776 116 0,149 Agosto 874 97 0,111 Septiembre 906 112 0,124 Octubre 961 111 0,116 Noviembre 790 102 0,129 Diciembre 634 98 0,155 TOTAL 8.914 1.207 0,137 Mes Consumo eléctrico (MWh) Total factura (k€) Precio medio (€/kWh) Enero 787 99 0,126 Febrero 1.259 183 0,145 Marzo 573 70 0,123 Abril 491 61 0,124 Mayo 1.255 153 0,122 Junio 945 118 0,125 Julio 880 119 0,135 Agosto 1.621 169 0,104 Septiembre 988 123 0,124 Octubre 721 75 0,104 Noviembre 642 73 0,114 Diciembre 634 79 0,125 TOTAL 10.796 1.322 0,123 4 Auditoría energética 34 Tabla 4.9: Resumen de la facturación eléctrica en 2018 Tabla 4.10: Resumen de la facturación eléctrica en 2019 En la siguiente figura se muestra la evolución del consumo de electricidad a lo largo de los meses de los años analizados. Mes Consumo eléctrico (MWh) Total factura (k€) Precio medio (€/kWh) Enero 787 99 0,126 Febrero 1.259 167 0,133 Marzo 573 70 0,122 Abril 491 61 0,124 Mayo 1.252 153 0,122 Junio 945 118 0,125 Julio 880 119 0,135 Agosto 868 91 0,105 Septiembre 776 88 0,113 Octubre 721 75 0,104 Noviembre 642 73 0,114 Diciembre 634 80 0,126 TOTAL 9.828 1.194 0,121 Mes Consumo eléctrico (MWh) Total factura (k€) Precio medio (€/kWh) Enero 711 80 0,112 Febrero 591 70 0,118 Marzo 585 60 0,102 Abril 583 57 0,099 Mayo 663 63 0,095 Junio 841 83 0,099 Julio 960 102 0,106 Agosto 1.021 81 0,079 Septiembre 935 85 0,091 Octubre 715 67 0,093 Noviembre 604 61 0,101 Diciembre 578 65 0,112 TOTAL 8.787 874 0,099 Figura 4.8: Evolución mensual del consumo de electricidad en los años analizados 4.3.3 Índices de consumo Los consumos de energía final de la fábrica son electricidad y gas natural. Considerando las producciones anuales totales de la planta se obtendrán los correspondientes índices de consumo. El índice de consumo se define de la siguiente forma: 𝐼𝐶𝑖= 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑓𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑖 (𝑘𝑊ℎ) 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (𝑡) Siendo el consumo de la fuente i, el gas natural o la electricidad. No obstante, se puede calcular también el índice de consumo general introduciendo en el numerador el consumo total en kWh de todas las fuentes de energía que consuma la fábrica, que en nuestro caso es el gas natural y la electricidad. A continuación, se muestran los índices de consumo a lo largo de los años estudiados. 0 200 400 600 800 1.000 1.200 1.400 1.600 Consumo electricidad (MWh) 2016 2017 2018 2019 4 Auditoría energética 36 Tabla 4.11: Índices de consumo a lo largo de los años analizados Que, traducidos a costes económicos, resultan: Tabla 4.12: Índices económicos a lo largo de los años analizados 4.3.4 Precios de la energía Para la evaluación económica de los proyectos de ahorro estudiados en la presente auditoría se considerarán los precios energéticos de la Tabla 4.13. Tabla 4.13: Precios de la energía 4.4 Clasificación de las medidas de mejora de la eficiencia energética En la Tabla 4.14 se muestra la clasificación de los proyectos de ahorro identificados de acuerdo a los criterios anteriormente establecidos. Tabla 4.14: Clasificación de los proyectos de ahorro 2016 2017 2018 2019 8.915.263 10.797.150 9.829.762 8.786.836 17.368.449 4.969.849 2.329.325 1.616.936 65.532.892 68.116.964 63.147.095 69.356.133 136 159 156 127 265 73 37 23 401 231 193 150 Índice de consumo general (kWh/t) Electricidad (kWh) Gas natural (kWh) Producción (kg) Índice de consumo, electricidad (kWh/t) Índice de consumo, GN (kWh/t) 2016 2017 2018 2019 10,6 19,4 18,9 12,6 10,6 3,3 2,3 0,8 Índice económico, electricidad (€/ton) Índice económico, GN (€/ton) Precio medio Unidad Gas natural 0,036 €/kWh Electricidad 0,099 €/kWh Ahorro Inversión Payback Energía Emisiones k€/año k€ años MWh/año t CO2/año Sustitución caldera Geval P1 Vapor 18 205 11,4 507 103 Huerto solar fotovoltaico P2 Eléctrica 100 644 6,4 1.364 329 Cambio contratación energía P3 Eléctrica 103 0 0,0 0 0 Renovación sala de compresores P4 Eléctrica 6 30 4,8 60 14 Mejora climatización P5 Eléctrica - 79 - - - Total 229 957 1.931 446 Descripción del proyecto Código Tipo de energía 5 OPORTUNIDADES DE MEJORA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA En este apartado se analizan los proyectos de ahorro identificados técnica y económicamente, mediante los datos recabados de la factoría y las visitas a la misma. Por ello se expondrán las infeniciencias detectadas en la fábrica y se propondrá un proyecto de mejora. Los proyectos de mejora tendrán asociados una tasa de retorno del capital o payback la cual nos permitirá decidir si el proyecto es viable económicamente. 5.1 Proyecto de ahorro P1: Sustitución de la caldera Geval En general, las calderas pirotubulares son equipos con buen funcionamiento a carga parcial, pues mantienen rendimientos muy cercanos al de diseño a niveles de carga suficientemente bajos. No obstante, dependiendo del diseño de los quemadores y sus condiciones operativas, existe un nivel de carga por debajo del cual el rendimiento comienza a caer más bruscamente hasta cero. La demanda actual de vapor de la fábrica se sitúa en 2 t/h. Para ello habría que evaluar el ahorro al año que supondría la sustitución de esa caldera, además sería interesante también la reducción en emisiones de CO2 de cara a las restricciones medioambientales. La curva rendimiento frente a carga de la Geval vendría representada en el siguiente gráfico, el cual fue calculado en la anterior auditoría. Observamos que con una producción de vapor de 2 t/h, la caldera Geval tendría un 89% de rendimiento. Figura 5.1: Curva rendimiento caldera Geval Las calderas candidatas a sustituir y sus principales características vendrían plasmadas en la siguiente tabla: 5 Oportunidades de mejora de eficiencia energética 38 Tabla 5.1: Características principales de las calderas candidatas Conociendo las características principales de cada una procederemos a calcular el ahorro anual en €/año y el payback asociado a cada una de las calderas. Tabla 5.2: Ahorro anual y payback asociado a las calderas candidatas. Como podemos observar la mejor opción a largo plazo sería la caldera UMIBLOC dado que a una carga de 2 t/h supera 3 puntos de rendimiento a la Geval, en cambio la ATTSU en sus dos modalidades solo conseguiría un punto de rendimiento por encima del que tiene la Geval y por ende el ahorro en la UMIBLOC sería de 5 veces el de la ATTSU. 5.1.1 Evaluación del proyecto A. Hipótesis La obtención de las curvas anteriores se basa en las siguientes hipótesis: • Temperaturas de gases de escape de caderas constantes e iguales a la de diseño. • Composiciones de gases de escape de calderas según inspecciones de quemadores. • Pérdidas por transmisión constantes en términos absolutos (kW) e iguales al 1 % en diseño. B. Modelo Se ha construido un modelo de caldera basado en balances de materia y energía y ecuaciones características de calderas. UMIBLOC ATTSU 11 bar ATTSU 8 bar Producción de vapor (t/h) 2 2 2 Presión de trabajo (bar) 11 11 8 Consumo Combustible (Nm3/h) 212 132 132 Economizador Sí No No Rendimiento 94 90 90 Rearme automático Sí (cada 48 h) Sí (cada 24 h) Sí (cada 24 h) Purga de sales automática No Sí Sí Purga de lodos automática No Sí Sí Coste (€) 204600 64369 62203 Ahorro anual (€/año) Payback (año) UMIBLOC 18244 11,2 ATTSU 11 BAR 3811 16,9 ATSSU 8 BAR 3811 16,3 C. Resultados Ante el desconocimiento de caudales puntuales de vapor que permitan calcular un rendimiento instantáneo de las calderas (y a partir de su integral en el tiempo el rendimiento promedio) se procede a hacer una evaluación de este proyecto a través de un análisis de sensibilidad. El cambio de caldera produciría un aumento del rendimiento del sistema, del cual sí se conoce la producción total anual (t/año). Asumiendo un rendimiento promedio en el año del 89%, si el aumento logrado con la nueva caldera (ATTSU 8 bar) fuese tan solo de un punto porcentual, el ahorro energético resultante de esta nueva situación sería el siguiente: 𝐴ℎ𝑜𝑟𝑟𝑜 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔é𝑡𝑖𝑐𝑜=𝑄ú𝑡𝑖𝑙∗(1 𝜂𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 −1 𝜂𝑚𝑒𝑗𝑜𝑟𝑎𝑑𝑜)=105858 𝑘𝑊ℎ/𝑎ñ𝑜 Siendo el Qútil la energía necesaria para producir las 13000 t/año de vapor saturado a 11 bar a partir de agua a 8 bar y 103ºC. D. Propuesta Mantener la caldera Geval, dado que el payback de la inversión es bastante elevado para acometer el proyecto. (Salvo que existan restricciones adicionales que aconsejen su sustitución). 5.1.2 Análisis económico El ahorro máximo alcanzable con el presente proyecto sería el alcanzado por la UMIBLOC de 532 MWh/año. Con la mejora de 1 punto porcentual de la caldera ATTSU se consigue un ahorro de 3.811 €/año con una inversión de 62.203 €. (y en MWh) Con la mejora de 3 puntos porcentuales de la UMIBLOC el ahorro es de 19.158 €/año, el cual es bastante más elevado que con la ATTSU, pero insuficiente para acometer el proyecto dado que el payback resultante de 10,7 años es muy elevado. El ahorro máximo de emisiones logrado sería de 108 ton CO2/año. 5.1.3 Interacciones con otros proyectos de ahorro El presente proyecto no se ve interferido por ningún proyecto de mejora evaluado en el presente informe. 5.1.4 Métodos de medición y verificación tras la implementación del proyecto El consumo de gas natural de la nueva caldera ofrecerá un valor acumulado anual menor que la existente si existiera ahorro. 5 Oportunidades de mejora de eficiencia energética 40 5.2 Proyecto de ahorro P2: Instalación de huerto solar fotovoltaico de autoconsumo El cometido principal de este proyecto es aprovechar la radiación solar para generar corriente eléctrica a través de unos paneles solares y emplear dicha energía para el autoconsumo, los desfases provocados por la falta de simultaneidad entre la energía producida y consumida serán vendidos a la red eléctrica. Los elementos principales de la instalación y características serán: • Generador fotovoltaico (paneles) • Estructura soporte • Inversores electrónicos • Dispositivo de monitorización de planta solar Las características intrínsecas a cada panel serán las descritas en la siguiente tabla: Tabla 5.3: Características de cada módulo solar El dimensionado consta de 2778 módulos dispuestos en la cubierta de la fábrica. La potencia total suministrada por el conjunto de paneles se muestra en la siguiente tabla: Tabla 5.4: Potencia generada por la instalación A continuación, estableceremos una comparativa de consumos entre la situación actual de la planta y tras la instalación de los paneles fotovoltaicos. La situación actual de la planta es la que se muestra en el siguiente gráfico: Tabla 5.5: Costes por período en la situación actual En base a unos modelos asumidos se calculan la producción diaria de electricidad por los paneles y la distribución actualizada de consumo de la red frente a energía autoconsumida. Figura 5.2: Producción diaria de energía por paneles Figura 5.3: Distribución de consumos tras la instalación del huerto solar 5 Oportunidades de mejora de eficiencia energética 48 5.5 Proyecto de ahorro P5: Instalación de climatización y renovación del aire del laboratorio. La planta alta de las oficinas donde se encuentra el laboratorio dispone de un sistema de climatización totalmente obsoleto el cual no garantiza las condiciones de confort térmico exigidas por la legislación. Además del problema de la climatización existe el problema de falta de ventilación del aire del laboratorio. Estas sustancias volátiles en suspensión pueden ocasionar problemas de seguridad en el personal del laboratorio si la ventilación no es buena. Por ello habrá que deshacerse de los sistemas de climatización obsoletos y altamente ineficientes por un sistema de climatización con altas prestaciones energéticas. 1.1.1 Evaluación del proyecto A. Resultados El dimensionado de toda la instalación supone un importante esfuerzo económico para la empresa por lo que se acometerá en 2 fases dándole prioridad al proyecto de ventilación y extracción del aire de laboratorio ya que se trata de un problema de prevención en riesgos laborales y a posteriori se dará lugar a la segunda fase que será la de climatización. Para cubrir la superficie de la planta alta, correspondiente al laboratorio se estiman necesarios unos 112 kW de energía térmica para la unidad externa. La propuesta para climatización consiste en la implantación de 1 unidad exterior y un total de 26 unidades interiores de potencia frigorífica entre 7,1 kW y 2,8 kW por unidad. La unidad interior será tipo cassette de techo de 4 vías, para instalar en sistema de volumen de refrigerante variable, equipado con ventilador centrífugo de bajo nivel sonoro y filtro incorporado El presupuesto calculado es el siguiente: Figura 5.8: Presupuesto asociado al proyecto 5 B. Propuesta Acometer el presente proyecto, dado que en primera instancia existe un problema de prevención en riesgos laborales que puede poner en riesgo la salud de los trabajadores, y en segundo lugar porque el sistema de climatización centralizado es de alta eficiencia y puede suponer un ahorro económico anual considerable. 5.5.2 Análisis Económico No se ha hecho un estudio sobre el ahorro energético que podría suponer, pero en comparación con otros proyectos de eficiencia energética de semejantes características se estima el ahorro de un 5% del consumo total. La inversión de este proyecto sería de 76.814 € el cual no sería desembolsado íntegramente si no que se abonaría en las 2 fases en las que se acomete el proyecto. En la primera fase se abonarían 18993 € y en la segunda 57821 €. 5.5.3 Interacciones con otros proyectos de ahorro El presente proyecto no interfiere con ningún otro. 5.5.4 Métodos de verificación tras la implementación del proyecto Para la verificación de los ahorros tras implantar este proyecto se puede revisar que la factura de la luz ha disminuido ya que los equipos son más eficientes que los anteriores. También se puede comprobar que el aire en el laboratorio no se acumula y verificar el confort térmico de los trabajadores. 50 6. CONCLUSIONES La producción en la instalación se basa en aceite envasado (virgen) y vinagre. El aceite es el componente mayoritario llegando a suponer más del 93% de la producción total frente al vinagre que representa un 7% en los últimos 2 años. En la fábrica se consume energía eléctrica (aproximadamente representa el 85% del consumo energético) y gas natural como recursos energéticos con facturaciones respectivas de 1195 y 146 k€ en 2018 y 874 y 59 k€ en 2019. En consecuencia, los costes específicos de producción en Alcolea resultan en promedio 12,6 €/ton debido a la electricidad y 0,8 €/ton debido al gas natural. Se puede observar que en 2016 la electricidad suponía un 63,6% frente al 36,4% que representaba el gas. Ese descenso súbito que experimentó el consumo de gas a partir de mayo de 2017 está justificado por la parada de la refinería, la cual era la mayor consumidora de vapor. De la auditoría realizada se han derivado un total de 5 proyectos en la fábrica, que suponen un ahorro de 1.931 MWh anuales y económicos de 229 k€. La reducción de emisiones total alcanzable mediante la implantación de los proyectos viables identificados son 446 ton CO2/año. La inversión total que tendrá que afrontar la fábrica deberá de ser de 957 k€ si acomete los 5 proyectos. De los proyectos estudiados hay algunos que tienen baja rentabilidad y cuya viabilidad es dudosa. Por lo que habría que hacer un análisis en conjunto de todos los proyectos para ver su interés dentro de los márgenes económicos de la misma. Tabla 6: Resumen de mejoras de eficiencia energética Ahorro Inversión Payback Energía Emisiones k€/año k€ años MWh/año t CO2/año Sustitución caldera Geval P1 Vapor 18 205 11,4 507 103 Huerto solar fotovoltaico P2 Eléctrica 100 644 6,4 1.364 329 Cambio contratación energía P3 Eléctrica 103 0 0,0 0 0 Renovación sala de compresores P4 Eléctrica 6 30 4,8 60 14 Mejora climatización P5 Eléctrica - 79 - - - Total 229 957 1.931 446 Descripción del proyecto Código Tipo de energía 7. BIBLIOGRAFÍA 1. Velázquez Alonso David, Tecnología energética. Escuela Técnica Superior de Ingeniería, Universidad de Sevilla, 2018-2019. 2. RD 56/2016. 3. Factores de emisión de CO2 y coeficientes de paso a energía primaria de diferentes fuentes de energía final consumidas en el sector de edificios en España. 4. Consejeria de Economía y Hacienda. Procedimiento de auditorías energéticas en el sector industrial de la comunidad de Madrid, Comunidad de Madrid. 5. Velázquez Alonso David, Instalaciones térmicas. Escuela Técnica Superior de Ingeniería, Universidad de Sevilla, 2019-2020. 8. ANEXOS Anexo 1: Características técnicas calderas de vapor Figura 8.1: Características y presupuesto caldera UMIBLOC 8. Anexos 56 Figura 8.2: Características y presupuesto caldera ATTSU 8 bar 57 Auditoría Enérgetica según RD 56/2016 a una industria agroalimentaria Figura 8.3: Características y presupuesto caldera ATTSU 11 bar