Diseño óptimo de sistemas energéticos integrados considerando simultáneamente criterios económicos, ambientales y sociales

Abstract

This work proposes the design and synthesis of heat exchanger networks integrated with other energy industrial subsystems such as absorption refrigeration cycles and thermodynamic Rankine cycles for the production of electricity. Nowadays, typically the supply of external energy to this type of systems is carried out through fossil fuels (such as carbon, fuel oil or natural gas) and considering that the environmental aspects play an important role, also it includes the possibility of the using biofuels (i.e., biomass, bioethanol, biodiesel and others) and solar collectors. In this sense, the solar collector is one of the best environmental alternatives to obtain energy for industrial processes; then, an important part of the present documents deals with the configuration and design of a storage system for the optimal conservation of solar energy. The previous problems are solved considering simultaneously the three key aspects os sustainability: economic, environmental and social criteria. The economic criteria consists in the minimization of costs, as well as in the maximization of profits; the environmental aspect is an indirect assessment of the environmental impact generated by the primary energy sources (solar collectors, biofuels and fossil fuels) through the minimization of the greenhouse gasses; finally, an essential criteria of sustainable schemes are the social criteria, particularly the jobs that can be created in the production of primary energies with the operation of the project (mainly in rural areas for the production of biofuels), therefore this aspect can be attractive for the decision makers, investors and local governments to mitigate the marginalization.

El presente trabajo propone el diseño y síntesis de redes de intercambio de calor integradas energéticamente con otros subsistemas industriales tales como ciclos de refrigeración por absorción y ciclos Rankine termodinámicos para la producción de electricidad. En la actualidad generalmente el suministro de energía externa a este tipo de sistemas se lleva a cabo a través de combustibles fósiles (como lo son el carbón, combustóleo, o gas natural) y considerando que los criterios ambientales cada vez juegan un papel de mayor relevancia, también se incluye la posibilidad de emplear biocombustibles (por ejemplo biomasa, bioetanol, biodiesel entre otros) y colectores solares. En este sentido, el colector solar representa una de las mejores alternativas ambientales de obtener energía para procesos industriales; es por ello que también una parte muy importante del presente documento aborda la configuración y diseño de un sistema de almacenamiento para la conservación óptima de la energía solar. Los problemas previamente planteados se resuelven considerando simultáneamente los tres aspectos fundamentales de la sustentabilidad, esto es criterios económicos, ambientales y sociales. Los criterios económicos consisten tanto en la minimización de los costos como en la maximización de las ganancias; el aspecto ambiental es una evaluación indirecta del impacto ambiental generado por las fuentes de energía primaria (colectores solares, biocombustibles y combustibles fósiles) a través de la minimización de los gases de efecto invernadero; por último, un criterio imprescindible de los esquemas sustentables son los criterios sociales, particularmente los empleos que se generan en la producción de las energías primarias con la puesta en marcha del proyecto (principalmente en las zonas rurales para la producción de biocombustibles), por lo que este aspecto puede resultar atractivo para inversionistas y gobiernos locales en el combate a la marginación.