Fusión por inducción solar fuera de la red: Operación de una fundición sin suministro eléctrico de la red
La fusión por inducción fuera de la red eléctrica parece imposible hasta que se ve en funcionamiento. Una fundición en Australia Occidental lleva operando un horno de inducción de 2 MW con energía solar y almacenamiento en baterías desde 2022, sin conexión a la red eléctrica. Una fundición de cobre en el desierto de Atacama, en Chile, lleva operando un horno de inducción de 5 MW con un sistema híbrido solar-diésel desde 2021. Una planta de reciclaje de chatarra en Mali lleva operando un horno de inducción de 1 MW con energía solar y baterías desde 2023. La tecnología es real, las operaciones están en marcha y la rentabilidad es cada vez más atractiva para emplazamientos remotos.
Cuándo tiene sentido vivir fuera de la red eléctrica
La fusión por inducción fuera de la red eléctrica resulta útil en tres situaciones: emplazamientos remotos sin acceso a la red, emplazamientos con suministro eléctrico inestable y emplazamientos donde el coste de extender la red es prohibitivo. El primer caso es el más común: las explotaciones mineras, los campamentos petroleros y gasísticos, las bases militares y las comunidades remotas necesitan la fusión de metales para el mantenimiento y la fabricación, y el coste de tender una línea eléctrica de 50 a 100 km hasta un emplazamiento remoto puede superar el coste de todo el sistema solar con inducción.
El segundo caso es común en mercados en desarrollo con redes eléctricas inestables. Muchas fundiciones de África, el sur de Asia y el sudeste asiático pierden entre el 5 y el 20 por ciento de su tiempo de producción debido a cortes de energía. El costo de la producción perdida suele superar el costo de un sistema de respaldo solar con baterías, y este sistema también puede suministrar la mayor parte de la energía durante el funcionamiento normal.
El tercer caso es común en los mercados desarrollados, donde el costo de extender la red eléctrica es elevado. En el oeste de Estados Unidos, extender una línea trifásica 10 km hasta un nuevo emplazamiento industrial puede costar más de un millón de dólares. Un sistema solar con baterías en el mismo emplazamiento puede costar entre 1,5 y 2 millones de dólares, pero al ser independiente de la red, su costo es más predecible.
Dimensionamiento del sistema para operación fuera de la red
La fusión por inducción solar fuera de la red requiere un dimensionamiento preciso del sistema. El conjunto de paneles solares fotovoltaicos debe producir suficiente energía durante el año para cubrir el consumo del horno, y el almacenamiento en baterías debe ser lo suficientemente grande como para soportar períodos nublados de varios días y el funcionamiento nocturno.
Para un horno de inducción de 2 MW que funciona 5000 horas al año (aproximadamente 14 horas al día, 365 días al año), el consumo energético anual es de 10 GWh. Un sistema fotovoltaico solar en un lugar con alta insolación (de 5 a 6 kWh por metro cuadrado al día) puede producir de 1500 a 1800 kWh por kW al año, por lo que la capacidad fotovoltaica requerida es de 5,5 a 6,7 MW. El almacenamiento en baterías debe cubrir de 12 a 16 horas de funcionamiento con el consumo de potencia promedio (del 60 al 75 por ciento de la potencia nominal), lo que equivale a entre 15 y 25 MWh.
El coste total de un sistema de fusión por inducción solar aislado de 2 MW en un emplazamiento con alta irradiación solar oscila entre 12 y 18 millones de dólares, dependiendo de la preparación del terreno, el tamaño del sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) y la complejidad del sistema de control. El coste se amortiza en un plazo de 20 a 25 años, y el coste operativo se ve incrementado principalmente por la sustitución del BESS entre los años 12 y 15.
Sistemas híbridos solares-diésel
Para instalaciones que requieren operación continua las 24 horas del día, los 7 días de la semana, y no pueden permitirse el riesgo de agotamiento del sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS), un sistema híbrido solar-diésel es la solución ideal. El generador diésel proporciona energía de respaldo, y el sistema solar combinado con el BESS cubre entre el 60 y el 80 por ciento de la energía anual. El generador diésel funciona a una carga del 80 al 100 por ciento, que es su punto de operación más eficiente, y su eficiencia de combustible es mucho mejor que la de una carga continuamente variable.
Un sistema híbrido solar-diésel de 5 MW para una fundición de cobre en Chile incluye 12 MW de energía fotovoltaica, 15 MWh de almacenamiento de energía en baterías (BESS) y 5 MW de generación diésel. El sistema lleva funcionando 3 años con una contribución solar del 75 %, y el consumo de diésel se ha reducido en un 70 % en comparación con el sistema anterior, que funcionaba exclusivamente con diésel. El retorno de la inversión en el sistema solar con BESS se sitúa entre 6 y 8 años, considerando los precios locales de electricidad y diésel.
Sistemas de control de microrredes
El sistema de control de la microrred es el núcleo de la instalación aislada de la red. Este sistema coordina la producción fotovoltaica, el estado de carga del sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS), el generador diésel (si lo hubiera) y la carga de la caldera. Los objetivos del control son: maximizar la contribución solar, mantener el estado de carga del BESS dentro de límites seguros y garantizar que la caldera siempre disponga de la energía necesaria.
La arquitectura de control estándar consiste en un controlador maestro que interactúa con el inversor fotovoltaico, el sistema de gestión del sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS), el controlador del generador diésel y el sistema de control de la caldera. El controlador maestro ejecuta un algoritmo de control predictivo basado en modelo (MPC) que pronostica la producción fotovoltaica (utilizando pronósticos meteorológicos y datos históricos) y programa el consumo de energía de la caldera para maximizar la contribución solar.
MONTE INTELLIGENCE suministra sistemas de control de microrredes para instalaciones de fusión por inducción solar aisladas e híbridas. El sistema de control está integrado con el sistema de control del horno y proporciona una única interfaz hombre-máquina (HMI) para el operador.
Desafíos operativos
La fusión por inducción solar fuera de la red presenta desafíos operativos que no existen en las operaciones conectadas a la red. El primer desafío es la gestión del estado de carga del sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS). Un BESS profundamente descargado puede dañar las celdas, y el horno debe regularse para evitar una descarga por debajo del límite de seguridad. El sistema de control debe comunicar la potencia disponible al operador del horno, y este debe estar capacitado para gestionar la carga.
El segundo desafío reside en el polvo y las temperaturas extremas. Los paneles solares fotovoltaicos en ubicaciones remotas acumulan polvo que puede reducir su rendimiento entre un 10 y un 30 por ciento. Estos paneles requieren una limpieza regular, y el sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) necesita un control de temperatura para evitar daños térmicos en climas cálidos.
El tercer desafío radica en la capacitación para el mantenimiento. En ubicaciones remotas, rara vez hay técnicos capacitados en energía solar fotovoltaica o sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS), por lo que el mantenimiento debe ser realizado por especialistas visitantes. MONTE INTELLIGENCE ofrece un servicio de monitoreo remoto que supervisa el rendimiento del sistema y envía técnicos cuando este requiere mantenimiento.
El cuarto desafío es el suministro de combustible (para sistemas híbridos). El diésel debe transportarse al sitio remoto, y la cadena de suministro puede verse interrumpida. Un sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) con una capacidad de 8 a 12 horas puede soportar un retraso en el suministro de combustible, y un sistema solar de respaldo puede mantener el BESS cargado incluso cuando no hay diésel disponible.
Estudio de caso: Fundición aislada de la red eléctrica en Malí
Una planta de reciclaje de chatarra en Bamako, Mali, opera desde 2023 un horno de inducción de 1 MW con un sistema solar y de almacenamiento de energía en baterías (BESS). El sistema incluye 2,5 MW de energía fotovoltaica, 4 MWh de baterías LFP y un inversor de 1 MW conectado a la red (que se utiliza como respaldo). El sistema suministra el 75 % de la energía anual mediante energía solar, y la red proporciona el 25 % restante. El costo energético anual es de 0,06 USD por kWh, frente a 0,15 USD por kWh con la red eléctrica únicamente. El sistema fue financiado por un banco de desarrollo internacional y su período de recuperación de la inversión es de 7 años.
Hable con MONTE INTELLIGENCE sobre la inducción solar fuera de la red.
Para los compradores que estén considerando una instalación de fusión por inducción solar aislada o híbrida, la ingeniería de MONTE INTELLIGENCE puede modelar el tamaño del sistema, el costo operativo y el ahorro de carbono para un sitio específico. El modelo incluye la evaluación del recurso solar, el dimensionamiento del BESS, el diseño del sistema de control y los requisitos de respaldo de la red. Visitewww.cnlymonte.com/products-solar-induction-furnace.html Para obtener especificaciones del producto y estudios de caso, o para hablar sobre su proyecto, envíe un correo electrónico a helenxu@cnlymonte.com con el asunto "Inducción solar fuera de la red" e incluya detalles sobre su ubicación, el tamaño del horno y las horas de funcionamiento.
