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Apéndice 6 — Anillo de vapor: integración termoeléctrica y climática

Esta es la versión para lectura y consulta. El portal completo, con el recorrido narrado, las visualizaciones y el glosario interactivo, está en ecprym.org.

Función

El anillo de vapor es la red entálpica del clúster. Recoge el calor de los humos de los dos procesos de alta temperatura —el horno de cal (S02) y el horno eléctrico de vidrio (V03)—, lo convierte en vapor en calderas de recuperación (HRSG) y lo entrega a los consumidores de vapor de proceso. Cumple tres funciones a la vez: sustituye combustible, aporta inercia a la red eléctrica a través de sus turbogeneradores y acopla el ritmo de la industria mineral con el de la papelera y la minería de salmuera.

Trazado y régimen

ParámetroValor
Longitud del anillo2,99 km
Presión del colector12,0 bar, constante
Fuentes de calorHumos de los hornos de cal y de vidrio
ConsumidoresPapelera TCF, evaporadores de salmuera (ZLD), digestión
Fuente complementariaCaldera de electrodos de 7,11 MW, firme

La longitud la fija la física del transporte de calor: a diferencia de la electricidad, el vapor pierde temperatura y presión en el trayecto, de modo que los consumidores de vapor se sitúan junto a la cabecera térmica y el anillo se mantiene corto. La industria que consume vapor se implanta al lado de la que lo produce, y no al revés.

Balance entálpico

\dot m_{rec}\,(h_g - h_{fw}) + \eta_{cald}\,P_{cald} = \dot m_{dem}\,(h_g - h_{fw})

TérminoCaudalPotencia
Vapor recuperado de humos (cal y vidrio)7,01 t/h4,57 MW térmicos
Demanda de la papelera TCF2,71 t/h—
Demanda de los evaporadores ZLD12,00 t/h—
Demanda de la digestión3,00 t/h—
Demanda total17,71 t/h—
Déficit estructural10,70 t/h6,97 MW térmicos
Caldera de electrodos (η = 0,98)—7,11 MW eléctricos

El salto entálpico entre agua de alimentación a unos 105 °C y vapor saturado a 12 bar es de unos 2,345 MJ/kg, el mismo en los dos lados del balance: 4,57 MW para 7,01 t/h y 6,97 MW para 10,70 t/h.

La caldera de electrodos como carga firme

La caldera de electrodos cubre el déficit estructural de vapor. Opera a 7,11 MW las 24 horas y queda fuera del orden de mérito del despacho eléctrico: si se modulara con el excedente renovable, la presión del colector caería cada noche y se detendrían la papelera y los evaporadores. Las cargas que absorben la variabilidad renovable son la electrólisis de agua y la desalación.

Orden de méritoCarga o recursoClase
1Electrólisis de agua, entre parada y 65 MWModulable
2Desalación e impulsión, entre 1,2 y 12,0 MWModulable, concentrada en la ventana solar
3Exportación por el enlace de 132 kVSumidero del excedente
—Caldera de electrodosFirme
—Hornos de cal y vidrio, electrodiálisis, serviciosFirme
—Grupo despachable de biometano, 11,0 MWGeneración firme en horas sin recurso

Acoplamiento con la estabilidad eléctrica

Los turbogeneradores de recuperación aportan 14 MW·s de energía cinética, 7 MW·s por horno. Junto con los condensadores síncronos, sostienen la constante de inercia de 4,58 s. De ahí el enclavamiento de hornos:

EstadoInerciaCalderaDecisión
Ambos hornos en servicio4,58 s7,11 MW—
Un horno parado4,51 s≈ 9,4 MWAutorizada
Ambos hornos parados4,45 s11,77 MWRechazada

La parada simultánea de los dos hornos queda prohibida porque la inercia caería por debajo del mínimo de 4,50 s y la caldera tendría que asumir todo el calor perdido.

Prueba de esfuerzo

En el escenario de disparo súbito del horno de cal a las 11:00, simulado en el gemelo digital (Apéndice 17), el colector se mantiene a 12,0 bar, el suministro de vapor a los procesos es del 100 %, la inercia queda en 4,51 s, el RoCoF máximo es de 0,95 Hz/s y el nadir de 49,51 Hz. Son valores de un evento extremo, ligeramente peores que la envolvente N-1 del día de operación normal (0,94 Hz/s y 49,52 Hz) y todavía dentro del criterio N-1, que exige RoCoF ≤ 1,0 Hz/s y nadir ≥ 49,0 Hz. El resultado indica que el diseño cumple sus criterios dentro del modelo: es una verificación interna. Validarlo exige contrastar el gemelo con datos medidos, como los de un piloto, y ese contraste está pendiente.

Balance climático

El anillo sustituye la combustión de combustibles fósiles para generar vapor: el calor recuperado de los humos no requiere combustible, y la caldera de electrodos se alimenta con la generación propia del clúster —renovable en las horas de recurso y biometano del digestor en las horas de calma—, de modo que su electricidad no procede de la red y no genera emisiones del alcance 2.

Seguridad y operación

Fundamento teórico y normativa de respaldo