1 Termoeconomía y optimización energética

2 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

3 Esquema ANÁLISIS EXERGÉTICO TERMOECONOMÍA Exergía Energía utilizableTERMODINÁMICA: 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

4 Cálculo de los costes fijosFlujo 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

5 Estimación de la inversión total

6 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)

7 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)

8 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)

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

10 Coste adquisición equiposXXX Exponente CAE1987= Coste Base · (Unidad)^ ISBN-10:

11 Actualización costes Índicehoy CAEhoy= --------- · CAE1987 Índice19871,3$/€ (2008) Índicehoy CAEhoy= · CAE1987 Índice1987 M&S1987=813,6 M&S2008=1412,8 CEPCI1987=323,8 CEPCI2008=583,7

12 Coste equipo instaladoCEIhoy= CAEhoy·BMF ISBN-10:

13 Inversión total IT/CEI  1,17 IT/CEI  1,5 IT Instalación ExistenteInstalación Nueva IT  3,5·CAE IT  4,5·CAE IT/CEI  1,17 IT/CEI  1,5 IT

14 Estimación de la inversión totalCoste 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

15 Estimación de la inversión totalOtros 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

16 IT en planta existente Otros IT  3,5·CAE directo Coste instalaciónindirecto

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

18 IT: Método de Miller IT  3,3·CAE

19 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)

20 Esquema ANÁLISIS EXERGÉTICO TERMOECONOMÍA Exergía Energía utilizableTERMODINÁMICA: 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

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

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

23 Balance económico generalVector 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

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

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

26 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

27 Sistema completo Expresión matricial :

28 Balance termoeconómicoVector de costes termoeconómicos imputados: Balance termoeconómico: Resolución:

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

30 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

31 Costes fijos y variablesSistema productivo Balances de costes: Costes unitarios:

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

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

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

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

36 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.

37 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.

38 Coste del capital Limitación presupuestaria de capitalRentabilidad Limitación presupuestaria de capital Inversión total máxima sin limitación de capital Coste de oportunidad del capital con presupuesto X Coste corporativo del capital Proyectos … Inversión acumulada X

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

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

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

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

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