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Oportunidades de recuperación de
calor residual
en la industria cementera
Estudio de mercado y de proveedores
Congreso Tecnico FICEM 2014
Luis Salomón Arguedas – Advisory Services, IFC
Santo Domingo,
Republica Dominicana
Setiembre 8, 2014
Recuperación de calor residual en el sector
cementero
• Producción de cemento se duplicó entre 2002 y 2012
• En el África Subsahariana el promedio de crecimiento del sector es de
8% por año
• Waste Heat Recovery (WHR) – es una tecnología comprobada pero con
implementación limitada, a excepción de China
739 instalaciones en China vs. 126 instalaciones en el resto del mundo.
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3
La Industria Cementera de América Latina, el Caribe, España y
Portugal* tiene instalaciones fabriles en 29 países donde operan 83
compañías productoras de cemento.
• 29 países con producción local de cemento
• 660 millones de habitantes
• 83 compañías productoras de cemento
• 328 centros de producción (entre centros integrales y moliendas)
• 200 millones de toneladas de producción anual de cemento
• 5.6 % de la producción mundial de cemento
* Source: FICEM 2013 Report
Una gran oportunidad de negocios.
Qué se requiere para implementarse globalmente?
Recuperación de calor residual del
cemento
4
Rotary Kiln
PH Boiler
AQC Boiler
Steam Turbine Generator
Condenser
NSP -
Preheater
High Pressure Steam
Feedwater Kiln Exhaust
Clinker Cooler Air
AQC
Clinker
Kiln Exhaust
Cooling Tower
Potencial para generar entre 20% a 30% de la potencia requerida por la planta que la planta requiere (reduciendo el gasto/necesidades de autogeneración)
Reduce costos de operación
Protege contra el alza de los precios de la electricidad
Mejora la fiabilidad de la energía
Disminuye el consumo de energía específica, reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero
Source: Adapted from Holcim 2012
Estatus del mercado de recuperación
de calor residual-WHR
5
El sistema de recuperación de calor residual - WHR (por sus siglas en inglés) es una tecnología comprobada y conocida globalmente.
• Inicialmente, encabezado por los distribuidores japoneses
• China es ahora el líder en la utilización y venta del calor residual recuperado para aplicaciones del concreto
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5
7
15
24
9
12
24
26
739
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Rest of World
Americas
Europe
Mid East
Other Asia
Pakistan
Thailand
Japan
India
China
Source: OneStone Research, CemPower 2013
WHR Systems in Cement – Number of Units - 2012
Estatus del mercado de recuperación
de calor residual-WHR
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Factores de éxito para China
• Leyes y regulaciones específicas que establecen que las nuevas líneas de clinker deben tener instalado un sistema de recuperación de calor
• Capital de inversión (CAPEX) mucho más bajo
• Alza de los precios de la energía electrica
• En algunos casos, preocpación sobre la confiabilidad de la electricidad distribuida por una red
• Compromiso del gobierno para reducir los gases de efecto invernadero
Development of Cement WHR Systems in China
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
WHR Units
Accum. Units
New
WH
R U
nit
s p
er Y
ear
Acc
um
ula
ted
WH
R U
nit
s
Source: OneStone Research, CemPower 2013
Desempeño del sistema de recuperación de calor
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Rango de eficiencia de generación entre 15 a 25%
La cantidad de calor disponible dependerá de:
• Humedad de la alimentación de la materia prima
• Número y eficiencia de las etapas de precalentamiento y precalcinación
• Cantidad de exceso de aire y de infiltración
• Configuración del sistema de enfriamento de cemento
El proyecto económico dependerá de la cantidad de potencia neta
Source: OneStone Research 2013, Penta Engineering 2013
0
5
10
15
20
25
2.500 3.500 4.500 5.500 6.500 7.500 8.500 9.500 10.500
Po
wer
Cap
acit
y, M
W
Clinker Capacity, tpd
45 kWh/t clinker
25 kWh/t clinker
WHR Generation Potential as Function of Kiln Capacity
2
4
6
8
10
12
300 350 400 450
Po
wer
Gen
erat
ion
Po
ten
tial
, MW
Preheater Exhaust Temperature, oC
Assumptions: 5,000 tpd clinker line Gases cooled to 150 C at boiler outlet
WHR Generation Potential as Function of Exhaust Temperature
Costos del proyecto de WHR
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Los costos de instalación y equipo se ven afectados por lo siguiente:
tamaño
tecnología
• Ciclo de vapor
• Ciclo orgánico de Rankine
• Ciclo Kalina
Ubicación
Distribución
0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
8.000
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26
Inst
alle
d C
ost
s, $
/kW
Power System Size, MW
WHR projects in Europe and North America
WHR projects in Asia
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
CHINA A S IA EUROPE
China Equip. Local Scope
Inst
alla
tio
n C
ost
s, M
US$
/ M
We
Typical Range:
1,100 – 1,400 $/kW
Based on 5000 tpd, 4-5 stage preheater, 3-4% moisture content
Typical Range: 1,600 – 2,200 $/kW
Typical Range: 2,000 – 3,000 $/kW
Source: Holcim 2013, OneStone Research 2013, IFC
Ubicación (planta de agua, sistema eléctrico,
mantenimiento …)
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Rentabilidad del proyecto-WHR
10
La rentabilidad se ve afectada por:
El tamaño de la planta
Los costos del sistema - WHR
Costos de operación y mantenimiento (2.5% del capital por año del sistema con vapor – ORC y Kalina son mas altos)
Horas de operación
Valor de la electricidad desplazada (comprada o propia)
El valor del incremento de la confiabilidad de la energía
Source: Holcim 2013, OneStone Research 2013
0
4
8
12
16
20
24
40 60 80 100 120 140
Electricity Price, US$/MWh
An
nu
al S
avin
gs, m
illio
n U
SD
20 MW
10 MW
5 MW
1 MW
Annual Operating Savings from WHR
0
1
2
3
4
5
6
7
8
40 60 80 100 120 140
Sim
ple
Pay
bac
k, Y
ear
s
Electricity Price, US$/MWh
Assumptions: 10 MW WHR system 7,500 annual operating ours $2,000 / kW installed cost Annual O&M costs 2.5 % of capital cost Auxiliary power requirements of 7%
Simple Paybacks for a 10 MW WHR System
Oportunidades en el mercado-WHR
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Mercado potencial evaluado en 11 países
• Perspectiva de la industria cementera
• Costos de combustible y energía
• Confiabilidad del suministro de la energía
Un mercado estimado de 1.6 a 2.9 GW; inversión de $5 mil millones
• Fuerte potencial en Asia y América Latina
• Oportunidades en Africa y el Medio Oriente
Análisis de mercado por país-WHR
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13
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
South Africa
Nigeria
Philippines
Pakistan
Brazil
Thailand
Egypt
Mexico
Vietnam
Turkey
India
MWe
Existing WHR Capacity WHR Capacity Potential
Potencial estimado de
inversión
$1,400
$400
$480
$490
$490
$90
$430
$160
$170
$200
$170
Potencial de inversión del proyecto WHR
Proyecto de estructuración y financiamiento de
IFC
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Proyecto “Programa de
financiamiento basado en la
utilidad de China de
Eficiencia Energética - CHUEE
• WHR 7.5 MW
• Inversión total
$7.9 m
• RSI (retorno sobre la
inversión) 25.2%
• Costo por generar
electricidad
US¢ 2/kWh
• El proyecto le pertenece
y es operado por la
planta de cemento
Otras estructuras de
financiamiento para el
proyecto:
•Financiamiento directo de IFC (deuda y capital)
•Financiamiento al proveedor
•Financiamiento fuera del balance (modelo BOOT Build – Operate - Transfer)
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http://www.ifc.org/wps/wcm/connect/topics_ext_conten
t/ifc_external_corporate_site/ifc+sustainability/publicati
ons/report_waste_heat_recovery_for_the_cement_sector_
market_and_supplier_analysis
Muchas gracias
Contactos:
Alexander Sharabaroff
Daniel Shepherd
Luis Alberto Salomon Arguedas
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