ArcelorMittal usa los datos y la analítica para alcanzar la eficiencia energética

El calor residual como objetivo

La eficiencia energética nunca ha sido un tema tan crítico. Ahora más que nunca, individuos y empresas se han vuelto conscientes de los residuos relacionados con el consumo de energía, al tiempo que se muestran cada vez más ávidos de soluciones creativas. Para ArcelorMittal, líder internacional en la fabricación de acero, la cuestión de la eficiencia energética se ha vuelto crítica tanto por su impacto en el medio ambiente como por el rendimiento de las instalaciones industriales.

“La eficiencia energética es un enorme reto para toda la industria en el que ArcelorMittal lleva mucho tiempo centrada”, explica Gérard Griffay, Jefe del equipo de Energía del Centro de Investigación de Procesos de ArcelorMittal Maizières. “En 2017, la Agencia de Medio Ambiente y Gestión de la Energía (ADEME) del gobierno francés publicó una estimación según la cual el calor residual -es decir, el calor que no se consume en los procesos industriales y que es recuperable- equivalía al 10% de la producción de electricidad en Francia”.

“Pero, por desgracia, no es tan sencillo como decidirse a recuperar más calor residual. Los métodos que ya existían para medir los residuos y probar soluciones de recuperación no se adaptaban a nuestras instalaciones industriales, que necesitan herramientas nuevas, más rápidas y flexibles. No se trataba sólo de modificar nuestros procesos para capturar el calor residual. En primer lugar, necesitábamos crear nuevos modelos para medir esas pérdidas de energía e identificar oportunidades de mejora de la eficiencia”.

Una vez establecidos sus objetivos principales, ArcelorMittal creó un consorcio con Capgemini Engineering y el apoyo financiero de ADEME para poner en marcha el proyecto ANAlyse Globale de Recuperation d’ENergie (ANAGREEN) con la intención de desarrollar modelos físicos y tecnoeconómicos que guíen la toma de decisiones en materia de eficiencia energética en el futuro.

Una nueva forma de revisar la recuperación de calor residual

Para desarrollar los distintos modelos necesarios para recuperar el calor residual en las instalaciones industriales, el consorcio necesitaba conocer a fondo los retos y las oportunidades existentes. ArcerlorMittal seleccionó un único emplazamiento que serviría de base para la investigación y las pruebas y, juntos, los socios empezaron a examinar el rendimiento del emplazamiento.

El consorcio desarrolló una amplia base de conocimientos sobre las propiedades físicas y químicas de fluidos y materiales, que permitiría formalizar modelos físicos -ecuaciones y balances térmicos, por ejemplo- y revisar a fondo 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 Rankine orgánicos, permitió a ArcelorMittal y Capgemini Engineering diseñar un modelo tecnoeconómico crítico que hizo más accesibles los datos clave para aclarar mejor los costes y el ahorro potencial de cada solución estudiada.

“Una vez construidos los nuevos modelos, necesitábamos una forma de analizar los resultados generados”, explica Griffay. “Con tanta información, necesitábamos identificar lo que era realmente crítico para entender nuestra energía residual y cómo procesarla”.

Los análisis de comportamiento global permitieron conocer los grupos de datos que representaban información significativa y necesaria, con lo que disminuyó el volumen de información que requería revisión y se redujo el tiempo necesario para completar los procesos analíticos. Los socios se basaron en mediciones de los parámetros de funcionamiento del proceso, simulaciones y datos de diseño, que luego se procesaron y condicionaron para proporcionar datos de entrada a los métodos de cálculo matemático.

Griffay explica: “También utilizamos la optimización paramétrica para calcular los costes totales de inversión y el ahorro anual de las distintas configuraciones tecnológicas. Así pudimos dar respuesta a preguntas críticas. ¿Cuánto tardaríamos en rentabilizar nuestras inversiones? ¿Cuál era la cantidad total de emisiones de CO₂ que podíamos esperar evitar? ¿Y qué porcentaje de energía recuperable podíamos realmente recuperar?

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

Trazando el camino hacia la eficiencia energética

Para probar y validar los modelos, ArcelorMittal y Capgemini Engineering aplicaron la metodología a casos de prueba reales, perfeccionando aún más estas nuevas herramientas y garantizando al mismo tiempo que el proyecto ANAGREEN produjera una solución completa y fiable para apoyar la integración energética en emplazamientos industriales. Mediante un análisis exhaustivo de los datos recopilados, el proyecto reforzará la capacidad de las soluciones y tecnologías existentes para apoyar la recuperación de energía.

“El proyecto ANAGREEN ha generado innovación a dos niveles”, explica Griffay. “En primer lugar, ha generado los nuevos métodos y modelos que utilizamos para encontrar formas distintas de impulsar la eficiencia energética. Y luego ha reforzado esas soluciones con orientaciones adicionales para la toma de decisiones”.

Con un modelo dinámico mejorado para medir el calor residual e identificar oportunidades de recuperación, ArcelorMittal y Capgemini Engineering perfeccionaron el enfoque para reducir el tiempo necesario para rentabilizar la inversión. Esto permitirá a los socios desarrollar más eficazmente 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 de Francia, lo que equivale aproximadamente al 1% del calor residual total de toda la industria francesa.

“Gracias a ANAGREEN, ahora disponemos de un sistema experto de apoyo a la toma de decisiones que hará evolucionar nuestra estrategia basándose en los datos más críticos”, afirma el Sr. Griffay. “El impacto positivo potencial de esto es increíblemente amplio. Podremos utilizar el calor residual recuperado para precalentar durante la fabricación, lo que reducirá la cantidad total de energía necesaria”.

“Todo el mundo sabe que la energía nunca ha sido un tema tan importante. ANAGREEN es un primer paso sustancial para que la industria sea más eficiente, de modo que podamos seguir realizando un trabajo esencial al tiempo que minimizamos nuestro impacto en el medio ambiente. Soy optimista respecto a un futuro en el que la industria europea utilice esto como base para innovaciones que contribuyan a los continuos esfuerzos por ser más sostenibles.”