Análisis energético de la modernización de la planta de desalación de agua de mar Lanzarote IV

Abstract

+A medida que el agua dulce continúa retrocediendo hacia partes inaccesibles de los acuíferos, especialmente en las regiones más vulnerables del mundo, los esfuerzos de investigación buscan constantemente nuevas formas de proporcionar agua potable de manera eficiente y rentable a partir de la desalación. Hasta hace poco, la desalación del agua de mar se limitaba a zonas donde los recursos de aguas superficiales y subterráneas eran y son escasos. Sin embargo, los desafíos del cambio climático y otras actividades antropogénicas han obligado sistemáticamente a la mayoría de las comunidades cercanas a la costa o montañas a recurrir a la desalación del agua de mar como medio para obtener el agua potable. En los últimos 20 años, los grandes avances en equipos de recuperación de energía y tecnología de membranas han reducido a la mitad la energía necesaria para desalinizar el agua de mar. La desalación de agua de mar ha tenido una evolución enorme en los últimos 50 años, de manera que la tecnología predominante en cada época ha ido variando hasta llegar a nuestros días, en los cuales la desalación mediante membranas de ósmosis inversa es claramente, la principal técnica utilizada. El objetivo principal de este proyecto es la modernización de la planta de desalación por ósmosis inversa “Lanzarote IV” en Lanzarote, mediante la modernizacion de bombas de alta presión, sistemas de recuperación de energía y membranas. Previo a la optimización de la planta, se exponen brevemente las diferentes técnicas y etapas del proceso de desalación y se realiza un estudio global de las tecnologías, plantas y capacidad actuales de desalación. Este documento describe y simula la posible modernización de las actuales turbinas Pelton por líneas de recuperadores de energía PX ERI dentro de la planta de SWRO de Lanzarote IV. En general, se han simulado diversas situaciones, concluyendo que el diseño compuesto por una única etapa con elementos SW LG SW 440 GR para los trenes del 1 al 4 y el último tren con LG SW 400 R reúne las mejores ventajas para lograr una mejora sustancial de la producción y reducción de energía en la planta desaladora. Este diseño puede reducir el consumo de energía actual en un 55 % al reducir la presión de trabajo a 53,27 bar. La línea de tubos de presión diseñada con esta combinación de elementos da flexibilidad y permite incrementar la producción de permeado hasta un 7,2 % en el momento en que se requiere una mayor capacidad. Además, es posible reducir el número de PV ya que se elimina el segundo paso en más de 41. Además, se analizan y describen hasta cuatro posibles modificaciones para los cinco trenes RO existentes. Como la desaladora de Lanzarote IV es una instalación que no dispone de espacios para ampliaciones, se recomienda la sustitución de las turbinas Pelton por ERD isobáricas conectada a cada tren RO para los trenes RO núms. 1 a 5. El requerimiento total de energía en esta configuración es de 1300 kW, por lo que se obtiene un ahorro del 26,11 % con una reducción de la SEC en 1,81 kWh/m3 en esta aplicación. Este ahorro permite una rápida recuperación de la inversión en equipos nuevos instalados de muy bajo coste.

As freshwater continues to recede to inaccessible parts of aquifers, especially in the world's most vulnerable or water-stressed regions, research efforts constantly seek new ways to provide drinking water efficiently and cost-effectively using desalination. Until recently, the use of seawater desalination has been confined to desert environments, where surface and groundwater resources are scarce. However, challenges posed by climate change and other anthropogenic activities have systematically forced most near-shore or coastal communities to resort to seawater desalination as a means of obtaining drinking water. Great advances in energy recovery equipment and membrane technology in the last two decades have created two-fold reduction in the energy required to desalinate seawater. In the last 50 years, seawater desalination has undergone an enormous evolution, because the predominant technology has varied over time until the present day, when desalination using reverse osmosis membranes is now clearly the most widely used technique. The main objective of this project is the modernization of the reverse osmosis desalination plant “Lanzarote IV” in Lanzarote, by updating energy recovery methods and using Danfos APP pumps. Prior to the optimization of the plant, the different techniques and stages of the desalination process are briefly outlined, and a global study of current technologies, plants, and desalination capacity is carried out. This study describes and simulates the possible modernization of current Pelton turbines by PX ERI energy recovery lines within the SWRO plant in Lanzarote IV. In general, various situations have been simulated, concluding that the design composed of a single stage with SW LG SW 440 GR elements for trains from 1 to 4 and the last train with LG SW 400 R brings together the best advantages to achieve a substantial improvement. in both energy production and reduction in the desalination plant. This design can reduce current energy consumption by 55% by reducing the working pressure to 53.27 bar. The pressure tube line designed with this combination of elements provides flexibility and allows the production of permeate to increase by up to 7.2% at the moment when a greater capacity is required. Also, it is possible to reduce the number of VPs since the second step is eliminated by more than 41. In addition, up to four possible modifications for the five existing RO trains are analyzed and described. As the Lanzarote IV desalination plant is a facility that does not have spaces for extensions, it is recommended that the Pelton turbines be replaced by isobaric ERD connected to each RO train for RO trains nos. 1 to 5. The total energy requirement in this configuration is 1300 kW, so a saving of 26.11% is obtained with a reduction of the SEC of 1.81 kWh/m3 in this application. This saving allows for a short payback period on the investment of the very lowcost new equipment installed.