Arcelormittal utiliza datos y análisis para perseguir la eficiencia energética

Apuntando al calor residual

La eficiencia energética nunca ha sido un tema más crítico. Ahora más que nunca, las personas y las empresas necesariamente se han vuelto increíblemente conscientes de los desperdicios relacionados con el consumo de energía, al mismo tiempo que están cada vez más ansiosos por encontrar soluciones creativas. Para ArcelorMittal, líder internacional en la fabricación de acero, la cuestión de la eficiencia energética se había vuelto crítica tanto por su impacto en el medio ambiente como por el desempeño de las instalaciones industriales.

“La eficiencia energética es un gran desafío para toda la industria en el que ArcelorMittal se ha centrado durante mucho tiempo”, explica Gérard Griffay, Jefe del equipo de Energía del Centro de Investigación de Procesos de ArcelorMittal Maizières. “En 2017, la Agencia de Gestión Ambiental y Energética del gobierno francés (ADEME) publicó una estimación de que el calor residual, en otras palabras, el calor que no se consume en los procesos industriales y es recuperable, equivalía al 10% de la producción de electricidad en Francia.

“Pero desafortunadamente, no es tan simple como simplemente decidir recuperar más calor residual. Los métodos que ya existían para medir los desechos y probar las soluciones de recuperación no eran adecuados para nuestros sitios industriales, que dependen de herramientas nuevas, más rápidas y flexibles. No se trataba solo de alterar nuestros procesos para capturar el calor residual. Primero, necesitábamos crear nuevos modelos para medir esas pérdidas de energía e identificar oportunidades para aumentar la eficiencia”.

Una vez establecidos sus objetivos principales, ArcelorMittal creó un consorcio con Capgemini Engineering y el apoyo financiero de ADEME para lanzar el proyecto de análisis Globale de Recuperation d’ENergie (ANAGREEN) con la intención de desarrollar modelos físicos y tecnoeconómicos para guiar la decisión de eficiencia energética en el futuro.

Construyendo una nueva forma de revisar la recuperación de calor residual

Para desarrollar los diversos modelos necesarios para recuperar el calor residual dentro de los sitios industriales, el consorcio necesitaba una comprensión integral de los desafíos y oportunidades existentes. ArcerlorMittal seleccionó una sola ubicación que serviría como base para la investigación y las pruebas y, juntos, los socios comenzaron a revisar el rendimiento del sitio.

El consorcio desarrolló una base de conocimientos integral sobre las propiedades físicas y químicas de fluidos y materiales, lo que permitiría la formalización de modelos físicos (ecuaciones y balances de calor, por ejemplo) y la revisión exhaustiva de los procesos tecnológicos. El profundo conocimiento de las soluciones de almacenamiento de energía térmica y otras tecnologías integrables, como intercambiadores de calor, bombas de calor y ciclos orgánicos de Rankine, permitió a ArcelorMittal y Capgemini Engineering diseñar un modelo tecnoeconómico crítico que hizo que los datos clave fueran más accesibles para aclarar mejor los costos. y ahorros potenciales para cada solución que se está estudiando.

“Una vez que construimos nuestros nuevos modelos, necesitábamos una forma de analizar los resultados que se estaban generando”, dice el Sr. Griffay. “Con tanta información, necesitábamos identificar qué era realmente crítico para comprender nuestra energía residual y cómo procesarla”.

Los análisis de comportamiento global proporcionaron información sobre los grupos de datos que representaban información importante y necesaria, lo que disminuyó el volumen de información que requería revisión y redujo la cantidad de tiempo necesario para completar los procesos analíticos. Los socios se basaron en las mediciones de los parámetros operativos del proceso, las simulaciones y los datos de diseño, que luego se procesaron y condicionaron para proporcionar información para los métodos de cálculo matemático.

El Sr. Griffay explica: “También usamos la optimización paramétrica para calcular los costos totales de inversión y los ahorros anuales de diferentes configuraciones tecnológicas. Entonces pudimos proporcionar respuestas a preguntas críticas. ¿Cuánto tiempo tomaría lograr un retorno de nuestras inversiones? ¿Cuál era la cantidad total de emisiones de CO2 que podíamos esperar evitar? y que porcentaje de enegía recuperable podríamos realmente reclamar?

“Al final, este enfoque hizo posible ordenar las posibles soluciones en función de las prioridades de los casos de uso e incluso clasificarlas de acuerdo con expectativas razonables”.

Trazando un camino hacia la eficiencia energética

Para probar y validar los modelos, ArcelorMittal y Capgemini Engineering aplicaron la metodología a casos de prueba reales, refinando aún más estas nuevas herramientas y asegurando que el proyecto ANAGREEN produjo una solución integral y confiable para respaldar la integración energética en ubicaciones industriales. A través de un análisis exhaustivo de los datos recopilados, el proyecto fortalecerá la capacidad de las soluciones y tecnologías existentes para respaldar la recuperación de energía. 

“El proyecto ANAGREEN ha llevado a la innovación en dos niveles”, explica el Sr. Griffay. “Primero, produjo los nuevos métodos y modelos que estamos usando para encontrar diferentes formas de impulsar la eficiencia energética. Y luego ha reforzado aún más esas soluciones con una guía adicional para la toma de decisiones”.

Con un modelo dinámico mejorado para medir el calor residual e identificar oportunidades de recuperación, ArcelorMittal y Capgemini Engineering refinaron aún más el enfoque para reducir el tiempo requerido para el retorno de la inversión. Esto permitirá a los socios desarrollar de manera más efectiva la estrategia para cualquier proceso dado y acelerar la búsqueda de la eficiencia energética. Los modelos desarrollados ya estiman un potencial de recuperación anual de 2,4 TJ (o 0,67 TWh) de energía para las plantas siderúrgicas en Francia, lo que equivale aproximadamente al 1% del calor residual total de la industria francesa. 

“A través de ANAGREEN, ahora contamos con un sistema experto de soporte de decisiones que hará evolucionar nuestra estrategia en función de los datos más críticos”, dice el Sr. Griffay. “El impacto positivo potencial de esto es increíblemente amplio. Podremos utilizar el calor residual recuperado para el precalentamiento durante la fabricación, lo que reducirá la cantidad de energía total requerida. 

“Todo el mundo sabe que la energía nunca ha sido un tema más importante. ANAGREEN es un primer paso sustancial para hacer que la industria sea más eficiente para que podamos continuar con el trabajo esencial mientras minimizamos nuestro impacto en el medio ambiente. Soy optimista sobre un futuro en el que la industria europea utilice esto como base para innovaciones que contribuirán a los esfuerzos en curso para ser más sostenibles”.