Aplicación de energía fotovoltaica en el proceso de trituración de áridos para balasto ferroviario

Abstract

Introducción y justificación: La transición energética global impulsa el uso de energías renovables en sectores intensivos en consumo eléctrico. En este contexto, la energía solar fotovoltaica se posiciona como una alternativa madura y competitiva. Este trabajo estudia la viabilidad de implantar un sistema de autoconsumo fotovoltaico en una planta de áridos en Ciñera (León), destinada a producir balasto ferroviario de alta velocidad, un proceso con alta demanda energética. Objetivos del proyecto: El objetivo principal es evaluar la viabilidad técnica, económica, energética y ambiental de la instalación de autoconsumo fotovoltaico conectada a red en la planta de Ciñera . Los objetivos específicos incluyen: Analizar el perfil de consumo energético y las fases críticas del proceso, diseñar la instalación fotovoltaica (selección de componentes, ubicación y configuración), dimensionar adecuadamente el sistema para garantizar eficiencia e integración, simular la producción eléctrica y prever el comportamiento en operación real, realizar un análisis económico: inversión inicial, costes operativos, amortización y rentabilidad, evaluar el impacto ambiental en reducción de emisiones de CO₂, valorar la replicabilidad del modelo en otras industrias similares. Metodología: Estudio energético:** la planta demanda unos 225 kW en continuo. Diseño FV:** 72 módulos de 455 Wp (32,76 kWp), inversor GoodWe GW30K-MT, montaje coplanar en cubierta. Simulación: producción estimada 42,5 MWh/año; tras pérdidas, 36,2 MWh útiles. Integración: modalidad autoconsumo con excedentes, sin baterías, vertido a red. Resultados principales: Producción anual: 36,2 MWh (6–7% del consumo), ahorro económico: ~4.050 €/año. Amortización: 7–9 años, impacto ambiental: reducción de ~10 t de CO2/año, ventajas adicionales: mayor competitividad, alineación con normativas y objetivos europeos. Conclusiones: El estudio demuestra que: La instalación es técnicamente viable y cubre una parte significativa de la demanda energética, genera un ahorro económico sostenido durante la vida útil de la planta, favorece la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero, alineándose con los objetivos europeos de descarbonización, la ausencia de acumuladores reduce costes iniciales, aunque limita independencia de la red, existen barreras administrativas para proyectos industriales, pero el marco regulatorio es favorable, el proyecto es replicable en otras industrias intensivas en energía, lo que refuerza su valor estratégico, se recomienda en futuras fases integrar almacenamiento y explorar esquemas de autoconsumo colectivo para aumentar la autonomía. Valor añadido del trabajo: Este TFM no solo presenta un diseño técnico completo de una instalación solar industrial, sino que ofrece una referencia práctica y replicable para el sector de áridos y materiales de construcción ferroviarios. Representa un aporte realista al proceso de transición energética, con un equilibrio entre viabilidad técnica, económica y ambiental.

Introduction and Justification: The global energy transition is fostering the use of renewable sources in energy-intensive sectors. In this context, photovoltaic solar energy stands out as a mature and competitive alternative. This work examines the feasibility of implementing a self-consumption photovoltaic system in an aggregate plant in Ciñera (León), dedicated to producing high-speed railway ballast, a process with very high energy demand. Project Objectives: The main objective is to evaluate the technical, economic, energy, and environmental feasibility of a grid-connected photovoltaic self-consumption installation at the Ciñera plant. Specific objectives include: analyze the energy consumption profile and the most critical stages of the process, design the photovoltaic installation (component selection, location, and configuration), properly size the system to ensure efficiency and integration, simulate electricity generation and predict behavior under real operating conditions, conduct an economic analysis: initial investment, operating costs, payback period, and profitability, assess the environmental impact in terms of CO₂ emissions reduction, evaluate the replicability of the model in other similar industries. Methodology: Energy study: the plant requires about 225 kW in continuous operation. PV design: 72 modules of 455 Wp (32.76 kWp total), GoodWe GW30K-MT inverter, coplanar rooftop mounting. Simulation: estimated production of 42.5 MWh/year; after losses, 36.2 MWh usable. Integration: self-consumption with surplus, no batteries, surplus exported to the grid. Main Results: annual production: 36.2 MWh (6–7% of total demand), economic savings: ~€4,050/year. Payback: 7–9 years, environmental impact: ~10 t of CO₂ avoided per year, additional advantages: greater competitiveness, alignment with European regulations and sustainability goals. Conclusions: The study demonstrates that: the installation is technically feasible and meets a significant part of the plant’s energy demand, it provides sustained economic savings throughout its service life, it helps reduce greenhouse gas emissions, aligning with European decarbonization targets, the absence of storage reduces initial costs, though it limits grid independence, there are administrative barriers for industrial projects, but the regulatory framework is favorable, the project is replicable in other energy-intensive industries, reinforcing its strategic value, future phases should include storage systems and collective self-consumption schemes to increase autonomy. Added Value of the Thesis: This Master’s Thesis not only presents a complete technical design of an industrial solar installation but also offers a practical and replicable reference for the aggregates and railway construction materials sector. It represents a realistic contribution to the energy transition process, balancing technical, economic, and environmental feasibility.